高抗沖高模量聚碳酸酯復(fù)合材料的制備

現(xiàn)今塑料已經(jīng)成為一類不可或缺的材料，被廣泛用于電子、汽車、建筑、裝飾等行業(yè)。特別是在國家提倡“以塑代鋼、以塑代木”以建設(shè)節(jié)約型、環(huán)保型社會(huì)之后，就對其提出了更加廣泛和苛刻的要求。而單一的聚合物材料往往難以滿足要求，這就需要繼續(xù)開發(fā)合成新型聚合物材料或?qū)ΜF(xiàn)有聚合物進(jìn)行改性。其中，共混改性是一種非常有效、相對簡單的途徑，越來越引起人們的興趣和重視聚碳酸酯(PC) 樹脂是一種綜合性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，已在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但在某些苛刻條件、環(huán)境下，純PC 材料的性能卻不能滿足要求。例如，用PC 材料來制造頭盔，其抗沖擊性能還不能達(dá)到高端頭盔的使用要求，不能通過美國SNELL 測試標(biāo)準(zhǔn)。雖然玻璃鋼能夠達(dá)到該要求，但此材料加工復(fù)雜、成型周期長、制作成本很高。當(dāng)前解決這一矛盾的行之有效的辦法就是對PC 進(jìn)行共混改性，拓展PC 在防暴盔甲材料等領(lǐng)域的應(yīng)用具有十分重要的意義。超高分子量聚乙烯(PE–UHMW) 具有極其優(yōu)異的耐沖擊抗撕裂性能，可以用PE–UHMW 作為PC 的抗沖擊改性劑。但是PE–UHMW 加工困難，與其它聚合物相容困難，一般需采用四螺桿擠出機(jī)等特殊設(shè)備及工藝才能達(dá)到一定的分散效果，或是用反應(yīng)型增容劑來改善相容性，但效果都不理想。我司用滑石粉、凹凸棒土、蒙脫土(MMT)、α– 磷酸鋯(α–ZrP) 和PE–UHMW 來對PC 進(jìn)行改性，研究了加工方法、PE–UHMW 添加量、不同類填料對復(fù)合材料力學(xué)性能及微觀結(jié)構(gòu)的影響，得到了高抗沖、高模量等綜合性能優(yōu)良的三元共混復(fù)合材料。該材料有望在坦克裝甲、防彈背心、頭盔等要求高抗沖性的設(shè)備中得到應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)證明。MMT 和α–ZrP 的加入都會(huì)使復(fù)合材料的性能提高，其原因可能歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：首先, 在所制備的復(fù)合材料中,PE-UHMW 包覆納米粒子形成“沙袋結(jié)構(gòu)”，此結(jié)構(gòu)增加了PE-UHMW 與PC 的有效界面面積，使材料在受到外力沖擊時(shí)對銀紋的引發(fā)和終止更加有效，同時(shí)，當(dāng)材料受到?jīng)_擊時(shí)，團(tuán)聚的納米粒子間發(fā)生相對滑移，先于聚合物基體發(fā)生變形，這種團(tuán)聚體的變形、銀紋的引發(fā)和終止需要吸收大量的能力，因此材料的韌性得到改善；此外，MMT，α–ZrP 片層間具有微弱的結(jié)合力，在加工過程中受到外力時(shí)，片層間會(huì)產(chǎn)生相對滑移，這也對分散性有所幫助。加入α–ZrP 的復(fù)合材料具有最好的性能，沖擊強(qiáng)度提高到了大約900 J／m，這可能是由于PC 基體和α–ZrP 片上的極性基團(tuán)相互形成了分子間氫鍵，提高了基體和α–ZrP 的相互作用，致使性能得到提高，同時(shí)，α–ZrP 的加入起到了助分散的作用，使PE–UHMW 在復(fù)合材料中具有更好的分散效果。