高分子材料研究报告

前言

聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获的了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。在生活中随处可见PC制品，如平常喝水的太空杯，婴儿的奶瓶，光盘等。鉴于聚碳酸脂在国民生产中巨大的作用和用途，在下文中我们将会讨论聚碳酸脂的结构，性能以及生产工艺，让大家对聚碳酸脂的认识更富有弹性。

一、聚碳酸脂的结构

聚碳酸酯结构式[1]：

聚碳酸脂是由双酚A与碳酸二苯脂通过脂交货和缩聚反应而成，会产生衍生物光气。结构特征是线性、非晶、弱极性、带有苯环、柔性（带来次级转变）。结构决定性能，聚碳酸脂的这些结构特征决定了它的以下几点性能特征。

二、聚碳酸脂的基本性能

2.1抗冲击最好（优于铝和锌）

聚碳酸酯的抗冲击性[2]好是由于其结构是弱极性的，韧性好，并且结构中含有苯环，所以刚度很大，这两者决定了聚碳酸脂具有优良的抗冲击性能。聚碳酸酯的冲击强度在通用工程塑料乃至所有的热塑性塑料中都是很突出的，其数值与45%玻纤增强聚酯PET相似。影响聚碳酸酯冲击强度的主要因素有分子量、缺口半径、温度和添加剂等。

2.2尺寸稳定性好，抗蠕变优于PA、POM

聚碳酸酯的尺寸稳定性[3]好，抗蠕变优于PA、POM是由于其结构中含有苯环且是线性结构而决定的。由于其抗蠕变性能好，所以因吸水而引起的尺寸变化和冷流变形均很小，这是它尺寸温度性优良的重要标志。

2.3使用温度

在通用工程塑料[4]中，聚碳酸酯的耐热性还算是较好的，其分解温度在300℃以上，长期工作温度可高达120℃；同时它具有良好的耐寒性，脆化温度低达-100℃；其长期使用温度范围是-60~120℃。

2.4电性能好

聚碳酸酯是弱极性、玻璃化转变温度高、吸水性低，因此具有优良的电绝缘性能，接近或相对于向来被认为电绝缘性能优良的PET。聚碳酸酯的电绝缘性[5]

与温度、湿度、电场频率和制品厚度密切相关。

2.5透光性能良好

聚碳酸酯的透光率为75%~85%，透光性好是因为其是非晶态物质，各向同性，就跟玻璃一样。但是由于其表面硬度较差，耐磨性不好，表面容易发毛而影响其透光率。

2.6性能缺陷

聚碳酸酯耐磨性差，小于PA和POM(优于金属)耐疲劳性也差，这与聚碳酸脂结构的弱极性和柔性（带来次级转变）特征有关。聚碳酸酯是可燃的，火焰呈淡黄色、冒黑烟；氧指数仅25%，离开火焰自熄。一般加入卤化物、三氧化二锑、氢氧化镁、磷酸和红磷等改性提高阻燃性[6]。

三、聚碳酸脂的应用

性能决定应用，上述聚碳酸脂具有的优异性能决定了其在生活生产中大显身手。其足迹遍布电器（占25.4%）、机械、医疗、办公、日用、建筑[7]等行业。下面我举几个简单的应用的例子。电器：由于聚碳酸酯在较宽的温、湿度范围内具有良好而恒定的电绝缘性，是优良的绝缘材料；同时，其良好的难燃性和尺寸稳定性，使其在电子电器行业形成了广阔的应用领域。聚碳酸酯树脂主要用于生产各种食品加工机械、电动工具外壳、机体、支架、冰箱冷冻室抽屉和真空吸尘器零件等。而且对于零件精度要求较高的计算机、视频录像机和彩色电视机中的重要零部件方面，聚碳酸酯材料也显示出了极高的使用价值；机械：聚碳酸酯具有良好的抗冲击、抗热畸变性能，因此适用于生产轿车和轻型卡车的各种零部件，其主要应用领域集中在制造照明系统、仪表板、加热板、除霜器及聚碳酸酯合金制的保险杠等。医疗：由于聚碳酸酯制品可经受蒸汽、清洗剂、加热和大剂量辐射消毒，且不发生变黄和物理性能下降，因而被广泛应用于人工肾血液透析设备和其他需要在透明、直观条件下操作并需反复消毒的医疗设备中，如生产高压注射器、外科手术面罩、一次性牙科用具、血液充氧器、血液收集存储器、血液分离器等等。日用：由于聚碳酸脂优良的透光性和尺寸稳定性，其可用于制造照相机、显微镜、望远镜及光学测试仪器等，还可用于制造电影投影机透镜、复印机透镜、红外自动调焦投影仪透镜、激光束打印机透镜，以及各种棱镜、多面反射镜等。总之，生活中无处不见聚碳酸脂的身影。

四、聚碳酸脂的研究前沿

普通聚碳酸脂材料科学家们已经做了大量深入的研究，但是金无足赤，人无完人，每一种材料都有自己的缺陷。聚碳酸脂的主要缺陷就是耐疲劳性差，耐磨性差，可燃。征对这些缺陷人们也想出了许许多多的材料改性的方法，这给聚碳酸脂材料的优化带来了巨大的福音，下面我就简单的介绍一下聚碳酸脂研究前沿中对聚碳酸脂改性的研究。（1）通过让PC与PE、ABS、POM、PF、PS、PBT 合金化可获得抗开裂和很高耐磨性的聚碳酸脂复合材料，其可用做机械零部件。（2）通过PC与有机硅共聚，可使聚碳酸脂变得更加耐热、透明、坚韧，其可用于光学、分析、医疗的薄膜。除了对聚碳酸脂进行改性，人们还在改进聚碳酸脂的生产工艺方面付出了巨大的努力，制造出了具有特殊光学性能的聚碳酸脂、液晶型聚碳酸脂还有阻燃型聚碳酸脂。聚碳酸脂的世界就好比浩瀚的星空，还有许许多多精彩的篇章等待人们去谱写。

五、小结

结构决定性能，性能又决定应用，高分子的世界不是无章可循，而是有许许多多的规律去把握，去发现。我们研究某一材料是首先要从材料的结构入手，看它是否极性，是结晶还是非晶，有哪些官能团，支链、侧链分别是什么。通过简单的分析我们脑子里就能大概猜出这个材料具有哪些性能，但是实际情况纷繁复杂，某一种材料往往不能承担某一使用环境下的大任，这时候就需要我们综合不同材料的优良性能，开发出新型复合材料，解决实际难题。世上无难事，只要肯登攀。掌握了高分子材料“结构——性能——应用”这种分析问题的思维方式，加上不懈的努力，相信对高分子世界的认识一定能够取得新的巨大的突破。

参考文献

[1] 合成树脂及塑料技术全书编委会. 合成树脂及塑料技术全书[M].北京：中国石化出版社.

[2] 李复生，殷金柱，魏东炜.聚碳酸酯应用与合成工艺进展[J].化工进展，2002，21：395-398.

[3] 杨振忠，姜振华，马荣堂.聚碳酸酯的发展[J].高分子材料科学与工程，1994，10（7）：

1-7.

[4] 邱鹏.聚碳酸酯国内外生产技术及市场分析[J].化工技术经济，2004.

[5] 朱志刚，梅付名.双酚A型聚碳酸酯合成工艺研究进展[J].湖北化工，2002，19.

[6] 赵淑战.全球聚碳酸酯的供需情况[J]. 国外石油化工快报，2002，32：8-9.

[7] 李复生，殷金柱，魏东炜．聚碳酸酯应用与合成工艺进展[J]．化工进展，2002，21(6)：

395-398.