正文 6.2 聚碳酸酯(1 / 2)

聚碳酸酯(Polycarbonate,簡稱PC)是指分子主鏈中含有O—R—O—CO鏈節的線形高分子材料。根據重複單元中R基團種類的不同,PC可分為脂肪族、脂環族、芳香族和脂肪族-芳香族PC等多種類型。由於脂肪族和脂肪族-芳香族PC的耐熱等級較低,目前商業化的PC基本為芳香族PC,而其中占主導地位的是雙酚A型PC,故若沒有特別指出,PC就是指雙酚A型PC。

6.2.1聚碳酸酯的結構特征

雙酚A型的芳香族PC是產量僅次於PA的重要工程塑料品種。PC的分子主鏈由苯環、極性酯基和異丙撐基組成。苯環是PC呈現剛性的主要原因,碳酸酯基是極性吸水基,雖然具有柔性,但它與兩個苯環構成的基是共軛體係,也是增加主鏈剛性、穩定性的基團。這些剛性基團限製了分子鏈的內旋轉,導致分子鏈剛性增大,使PC難以結晶,從而成為無定形極性的高分子材料。異丙撐基是非極性的疏水基,對稱分布的甲基位阻效應降低,是提供主鏈柔性的基團,雖然碳酸酯基的極性會使分子鏈之間的作用力增大,但由兩個苯撐基和異丙撐基隔開,削弱了分子間的作用力,加上分子鏈上的醚鍵又使PC的分子鏈具有一定的柔順性,所以PC是以剛為主兼有一定柔性的材料,具有良好的綜合力學性能。

6.2.2聚碳酸酯的性能

PC是無毒,無色,無味的透明固體,透明性僅次於聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PS,透光率可達90%,被譽為透明金屬,密度約為1.2g/cm3,著色性好,可製成各種色彩鮮豔的製品。

(1)力學性能

PC是典型的強韌聚合物,具有良好的綜合力學性能,其拉伸強度高達50~70MPa,拉伸、壓縮、彎曲強度均相當於

PA6、PA66,衝擊強度高於所有脂肪族PA和大多數工程塑料,抗蠕變性也明顯優於PA、聚甲醛。雖然PC能在廣闊的溫度範圍內保持較高的力學性能,但製品的殘留應力大。這是因為PC分子鏈在外力作用下不易滑移,一旦取向,又不易鬆弛,致使內應力不易消除,容易產生內應力被凍結的現象,所以PC力學性能方麵的主要缺點是易產生應力開裂、耐疲勞性差、缺口敏感性高、摩擦因數較大且不耐磨損等。

PC的衝擊強度與相對分子質量密切相關。當相對分子質量低於2萬時,PC的衝擊強度較低,當相對分子質量為2.8萬~3萬時,其衝擊強度達到最大值,相對分子質量繼續增大,衝擊強度將隨之下降。通用PC的衝擊強度比PS高18倍,比高密度聚乙烯(HDPE)高7~8倍,是丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)的兩倍。

PC的抗蠕變性能非常好,優於PA和聚甲醛。

(2)熱性能

PC具有很好的耐高低溫性能,其熱變形溫度達130~140℃,且受負荷大小影響不大。熱變形溫度和最高連續使用溫度均高於絕大多數脂肪族PA,也高於幾乎所有的熱塑性通用塑料。PC沒有明顯的熔點,在220~230℃呈熔融狀態,熱分解溫度為340℃。PC具有良好的耐寒性,脆化溫度為-100℃,長期使用溫度為-70~120℃。

PC的熱導率及比熱容在塑料材料中居中等水平。

(3)電性能

PC是弱極性高分子材料,極性的存在對其電性能有些不利影響,使其電絕緣性不如PE、PS等,但仍不失為優良的電絕緣材料,並可在較寬的溫度範圍之內保持良好的電性能。

(4)化學性能

PC屬於無定形聚合物,其內聚能密度在塑料中居中等水平,具有一定的抗化學腐蝕能力和耐溶劑性,對有機酸、稀無機鹽類、脂肪烴類、油類、大多數醇類都較穩定,酮類、芳香烴類、酯類可以使其溶脹,二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、三氯乙烷等氯代烴是其良溶劑。

PC含酯基,酯基易水解,並且不耐堿,例如,稀的氫氧化鈉、稀氨水就可使其水解;PC的耐沸水性很差,僅可耐60℃的水溫。

PC可以燃燒,但燃燒緩慢,離火後緩慢熄滅。

6.2.3聚碳酸酯的成型加工

6.2.3.1加工特性

PC的熔體黏度較一般熱塑性塑料高,在加工溫度的條件下(240~300℃),黏度可達104~105Pa·s。

PC的剪切黏度對溫度敏感,對剪切應力不太敏感。這是由於PC屬剛性鏈,其黏流活化能大的緣故。因此在一般情況下通過調節溫度來改善其流動性,而由於PC黏度隨溫度下降很快且黏度較高,所以,宜采用高壓快速注射成型。

雖然PC的熱穩定性非常好,在320℃以下很少降解,在330~340℃才出現熱降解;但PC對水敏感,其平衡吸水率為0.15%~0.2%,而酯基在高溫下易水解,所以加工前必須進行嚴格幹燥,幹燥條件是在100℃烘幹約 4~6h,最終控製成型物料水分含量在0.02%以下。