湿热老化对聚碳酸酯性能的影响

　第１５期 收稿日期：２０１９－０６－１９作者简介：张艳君（１９８０—），女，山东聊城人，硕士研究生，从事新材料技术研发。

湿热老化对聚碳酸酯性能的影响

张艳君，毕静利，张　超，张　伟

（鲁西集团有限公司，山东聊城　２５２２１１）

摘要：在温度８５℃、湿度８５％条件下，分别对聚碳酸酯（ＰＣ）粒料和ＰＣ注塑样件进行老化试验，研究了湿热老化后ＰＣ结构性能的变化。

结果表明，在水和热的作用下ＰＣ熔融指数升高，断裂伸长率和冲击强度有所降低，但ＰＣ整体性能变化不大；当ＰＣ成型后的制品局部存在缺陷或应力集中时，在湿热环境下冲击性能下降较快。关键词：聚碳酸酯；湿热老化；力学性能中图分类号：ＴＱ３２３．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）１５－００２７－０３

ＥｆｆｅｃｔｏｆＤａｍｐ－ｈｅａｔＡｇｉｎｇｏｎＰｒｏｐｅｒｔｙａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＰｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ

ＺｈａｎｇＹａｎｊｕｎ，ＢｉＪｉｎｇｌｉ，ＺｈａｎｇＣｈａｏ，ＺｈａｎｇＷｅｉ

（ＬｕｘｉＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｉａｏｃｈｅｎｇ　２５２０００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰＣｇｒａｎｕｌａｒａｎｄＰＣｉｎｊｅｃｔｉｏｎＳｐｌｉｎｅｄｕｒｉｎｇｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｇｉｎｇｔｅｓｔａｔ８５℃，８５％，ｈａｓｂｅｅｎｅｖａｌｕａｔｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｍｅｌｔｉｎｄｅｘｏｆＰＣｅｎｌａｒｇｅｄ，ａｎｄｅｌｏｎｇａｔｉｏｎａｔｂｒｅａｋａｎｄｉｍｐａｃｔｓｔｒｅｎｇｔｈｌｏｗｅｒｅｄ．ＨｏｗｅｖｅｒＯｖｅｒａｌｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＰＣｈａｖｅｌｉｔｔｌｅｃｈａｎｇｅ．Ａｔｔｈｅｈｕｍｉｄａｎｄｔｈｅｒｍａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＴｈｅｉｍｐａｃｔｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆＰＣｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｓｄｅｃｌｉｎｅｄｒａｐｉｄｌｙｗｈｅｎｌｏｃａｌｏｆｐｒｏｄｕｃｔｓｅｘｉｓｔｄｅｆｅｃｔｏｒｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ；ｄａｍｐ－ｈｅａｔａｇｉｎｇ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ 聚碳酸酯（ＰＣ）因其结构中包含了柔性的碳酸酯链与刚性的苯环，从而具有优良的耐抗冲击性、高透光性、耐疲劳性、加工尺寸稳定性、阻燃性和高低温性，可在－６０～１２０℃下长期使

用。ＰＣ主要应用于电子电器、汽车、航空、建筑、医疗卫生等领域，是国民经济快速发展必备的高性能材料。然而ＰＣ抗疲劳强度差、表面硬度低、耐溶剂性差，且在实际使用中又会受到热、光、水、应力等外部环境因素的作用，诱发其老化，从而导致综合性能下降。考察在这些环境因素综合作用下老化失效机理［１－３］及规律，对拓宽ＰＣ应用领域有着重要的意义［４－５］。国

内外对其老化失效机理及规律进行过许多研究［６－１０］

，主要从热

空气老化［７］、热水蒸煮［８，１０］、紫外线照射老化［９］

、氙灯照射老

化、辐射老化［１１］、自然环境下老化［１２－１３］

等方面研究材料冲击性能、断面形貌、红外光谱等。本文将进一步研究一定湿度和温度下ＰＣ降解机理、性能变化情况。

１　实验部分１．１　试样制备和湿热老化试验

ＰＣ分别采用韩国ＬＧ公司１２００－１０（Ａ）、日本帝人化成１２２５Ｙ（Ｂ）、鲁西集团ＰＣ（Ｃ）颗粒，３个颗粒试样均为同类型颗

粒。将Ｐ

Ｃ颗粒在１２０℃条件下干燥４ｈ，然后采用注射成型机（

ＭＡ８６０／２６０Ｇ，海天注塑机集团有限公司）制成标准样条，注塑温度２６０、２８０、２７０、２６０、２４０℃，模具温度５０℃；将粒料和样条

置于湿热老化试验箱内（

ＧＳＪ－１００Ｂ，上海苏盈试验仪器有限公司），在温度８５℃、湿度８５％条件下分别老化１００、２００、３００、４００ｈ试验。

１．２　性能测试和结构表征

粒料按照ＧＢ／Ｔ３６８２，采用熔融指数测试仪（ＧＴ－７１００－Ｍ１，高铁检测仪器有限公司）测试熔融指数。注塑样条按ＧＢ２９１８要求在测试环境下存放２４ｈ后，按ＧＢ／Ｔ１０４０、ＧＢ／Ｔ９３４１，用万能试验机（ＴＣＳ－２０００，高铁检测仪器有限公司）测试拉伸性能和弯曲性能，拉伸速率５０ｍｍ／ｍｉｎ，弯曲速率２ｍｍ／ｍｉｎ；试样断面喷金后，在扫描电子显微镜（ｓｉｇｍａｒ－５００，德国蔡司公司）上观察。

２　结果与讨论

２．１　ＰＣ粒料湿热老化

２．１．１　

湿热老化后熔融指数变化

图１　３个ＰＣ样品熔融指数随湿热老化时间变化关系 图２　３个ＰＣ样品相对分子质量随湿热老化时间变化关系

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７２·张艳君，等：湿热老化对聚碳酸酯性能的影响

山　东　化　工

湿热老化后的颗粒干燥后进行熔融指数和相对分子质量

的测定，从测定结果（如图１

）可以看出，Ａ、Ｂ和Ｃ３个ＰＣ样品熔融指数都随着湿热老化时间的延长逐渐地增大，其中帝人ＰＣ熔融指数升高最大；而Ａ、Ｂ和Ｃ３个ＰＣ样品相对分子质量Ｍｗ随着湿热老化时间的延长逐渐地减小，分别减小３．９９％、３．８６％、３．９６％，降低幅度相差较小。熔融指数的变化反应出

ＰＣ平均相对分子质量高低，熔融指数升高，平均相对分子质量

降低，

ＰＣ发生降解。在湿热老化过程中，ＰＣ受到热、氧、水分子共同作用，ＰＣ中酯基发生水解或端基断裂导致分子链断裂，相对分子质量降低。２．１．２　ＰＣ

颗粒湿热老化后力学性能变化

图３　不同老化时间下３个ＰＣ样品粒料力学性能变化

图３是ＰＣ颗粒经过４００ｈ湿热老化后拉伸性能变化。可以看出，相对于湿热老化前的力学性能，在８５℃、８５％湿度条件下老化后，Ａ、Ｂ和Ｃ３个ＰＣ样品冲击强度、断裂伸长率、屈服强度及弯曲强度都显示共同趋势，即冲击强度降低、断裂伸长率减小、拉伸屈服强度和弯曲强度变化不大，如图３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）（ｄ）中，ＰＣ韧性有所降低但整体性能变化不大；三家冲击强

度保留率分别为９４．７％、９７．９％、９７．２０％，降低程度不大，且冲

击样条为韧性断裂［１４］

，这说明ＰＣ在湿热条件下粒子表面分子

会发生部分降解，对整体宏观性能没有造成较大的影响。

２．２　ＰＣ注塑成型样件湿热老化行为２．２．１　

注塑成型样件老化后的力学性能变化图４　不同老化时间下３个ＰＣ样品注塑样条力学性能变化

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８２·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９年第４８卷