2019塑料材料学课件第九章聚碳酸酯.ppt

第九章 聚碳酸酯（PC）,主要内容 1.双酚A型聚碳酸酯 2.其它聚碳酸酯,PC应用实例,电脑外壳,阳光板,汽车仪表盘,中空板、三层板,光盘,什么是聚碳酸酯？,聚碳酸酯是一类分子主链中含有O-R-O-CO链节的高分子化合物及以它为基质而制得的各种材料的总称。可以看作是由二羟基化合物与碳酸的缩聚产物。 Polycarbonate, 简称PC。 式中R代表生成碳酸酯的二羟基化合物的主体部分,分类,聚碳酸酯是分子主链中含有O-R-O-CO链节的热塑性树脂。,按分子结构中所带酯基不同可分为,1.脂肪族聚碳酸酯,2.脂环族聚碳酸酯,3.脂肪-芳香族聚碳酸酯,4.芳香族聚碳酸酯,双酚A型聚碳酸酯,9.1双酚A型聚碳酸酯,迄今最普遍的是双酚A型聚碳酸酯。 用量第二大的工程塑料。, PC的聚合 由于碳酸不能稳定存在，所以不能通过二羟基和碳酸直接缩聚。,1.光气法：目前约90的PC用该法合成。,4,4-二羟-2，2-二苯基丙烷Bisphenol A (毒性问题),可得分子量为1.52.0×105的PC,2. 酯交换法（熔融缩聚法）,分子量为2.55×104的PC。不使用溶剂、也不使用有毒的光气、聚合反应过程比较环保。是目前PC合成的一个发展方向。,聚碳酸酯的结构,链结构,概括而言，分子链上的苯撑基、酯基的影响大于醚键的影响，决定了分子链属于刚性链。,§9.1.2 结构与性能,总体来讲，双酚A型的聚碳酸酯是刚性较强的分子链。Tg150oC。黏流温度300oC,聚集态结构 1. 基本特征,分子链比较刚硬,分子间有较强的作用力,由于聚碳酸酯具有优异的综合力学性能，又高度透明，故俗称“透明金属”。,2. 超分子结构,PC容易形成分子链束原纤维结构,Flory提出的无定形高聚物的无规线团结构模型。,PC的是由进入和未进入原纤维结构高分子组成的无定形高分子材料。 由原纤混乱交错形成的疏松三维网络结构是整个材料的增强骨架。其间存在较多的微空隙。,微空隙,双酚A型聚碳酸酯具有刚性分子链，但却具有优异的韧性,1.分子链易形成稳定的原纤维聚集状结构。 原纤维会成束并混乱交错排列组成疏松的网络，使聚合物内存在大量空隙(自由空间)。 原纤维内的分子链间作用力较大，敛集密度较高。在快速的外加载荷作用下，聚合物以原纤维为单位可自由移动，吸收大量外载荷的能量。这种结构特性赋予聚合物很高的抗冲击性能。 2.聚合物的无定形结构有利于材料的韧性。,聚碳酸酯的性能, 基本特征 聚碳酸酯为透明的硬而韧的颗粒。 可见光透光率接近90%。 无臭无味、无毒 密度为1.2g.cm-3。, 力学性能,软质PVC,硬质PVC,PS,PA,PC,聚碳酸酯是硬而韧的高聚物：其抗拉、抗弯、抗压强度和硬度较高。 PC是热塑性塑料中抗冲击强度非常高的塑料。(仅低于UHWHDPE),为什么PC会具有高抗冲击性能？,无缺口冲击强度,PC的原纤维增强骨架间存在着大量的微孔隙, 热性能 具有较好的耐热性和耐寒性，可以在-100130oC范围内使用； 强度随温度的变化较小； 线膨胀系数较小； 比热容不大； 导热性在聚合物中居中。, 电性能 PC是弱极性的高分子材料，电性能不如聚烯烃类，但仍有较好的电绝缘性。 PC吸水率小、Tg高，在很宽的温度范围和潮湿的条件下可保持良好的电性能。 PC的介电常数在教宽范围内保持不变，适合做电容器。 PC的电性能优良。, 耐化学药品性 PC的耐化学药品性一般； 常温下耐水、脂肪烃类、油类、醇类； 酮类、芳香烃类、酯类可使之溶胀； 极性有机溶剂可以溶解PC； PC在与一些溶剂接触时会产生应力开裂； 在高温下，PC容易水解，耐沸水性不好。 不耐碱，稀氢氧化钠、稀氨水可使之水解。, 耐候性 PC分子主链上无仲、叔碳原子，抗氧化性强， 无双键、具有良好的耐臭氧性； 在较干燥条件下，具有优异的耐候性；但在潮湿环境下，容易气候老化； PC对紫外光有很强的吸收作用。 升温、水 加速老化,耐候性较好，对热、辐射、空气、臭氧有良好的稳定性， 制品在户外暴露一年，性能几乎不变。,存在的缺陷,因抗疲劳强度差，容易产生应力开裂，抗溶剂性差，耐磨性欠佳。,工艺特性 PC分子链刚性大，熔体黏度高； PC的熔体更接近牛顿流体，提高温度比增大压力更能降低熔体黏度； PC虽然吸湿性很小，但因为容易高温水解，即使微量的水分也要在加工前尽量去除（含水率要0.02）； 光气法PC的分子量较高且分布宽；而酯交换法PC的分子量较低且分布窄，加工特性不同。 PC的分子链刚硬，成型冷却后易残余很大的内应力。,§10.1.3 加工与应用,降低内应力的方法：提高熔体温度、提高模具温度、制品成型后热处理。 PC是无定形聚合物，其制品的尺寸稳定性较好。 PC与金属的黏附性很强，生产结束后应趁热清理料筒。,2PC成型加工方法 聚碳酸酯可以采用注塑、挤出、吹塑、旋塑、热成型和发泡成型等工艺，但主要是前三种方法。 注塑成型主要采用螺杆式注塑机，螺杆应是等距、深度渐变的单头螺纹螺杆，螺杆头部应带有止逆环，喷嘴采用延长式敞开型或大通道密闭型。 挤出成型所用挤出机螺杆与注塑机用螺杆基本相同，但长径比在1820之间，进一步增大长径比，易引起材料降解。 聚碳酸酯可以吹塑中空容器，亦可吹塑薄膜。中空吹塑采用分子量较高的聚合物，薄膜吹塑用分子量稍低的聚合物。,二、PC的应用,聚碳酸酯可以作为E级绝缘材料(最高工作温度120) 。聚碳酸酯薄膜广泛用于电容器中。 聚碳酸酯也广泛用于制造承载的机械零件。 聚碳酸酯由于透光率高，也经常用于制备光学零件或装置。也可用于制备高速飞机的风挡与天窗。在医疗器材方面，可用于制备杯、筒、瓶、人工内脏(肾、肺)等。此外，近年来聚碳酸酯还广泛用于制造影视光盘。 聚碳酸酯在其它方面还有较多应用，如食品包装、各种容器、导管等。,黑角PSP聚碳酸酯保护壳,阻燃PC,护目镜,有机玻璃聚碳酸酯管材,灯具,§10.1.4 双酚A型聚碳酸酯的改性,一、增强聚碳酸酯 用1040的玻璃纤维对聚碳酸酯增强，可以显著改善聚碳酸酯的耐应力开裂性，可以使引起开裂的应力提高45倍，同时也可以提高拉伸、压缩、弯曲、疲劳等强度。增强材料的耐热性也有所提高，但韧性降低、加工性变差。 二、共混聚碳酸酯 1与聚乙烯共混 2与ABS共混 3与聚甲醛共混 此外，向双酚A型聚碳酸酯中加入特定的助剂，可得到特定性能要求的品级，例如耐候型、阻燃型等聚碳酸酯。,ABS合金,主要品种： ABS/PC ABS/PVC ABS/PA ABS/PBT,合金的目的是什么？-取长补短。 以ABS/PC为例。 PC的优点：高强度、高抗冲、高耐热 PC的缺点：熔体黏度大难加工、应力开裂、缺口冲击强度低、昂贵 ABS的优点：加工性好，缺口敏感度低、价格相对便宜。 ABS/PC合金：既具较高的冲击强度、挠曲性、刚性和耐热性, 同时又具有良好的加工性能, 并改善了耐化学品性和低温韧性,热变形温度比ABS 高10 左右, 同时价格适中。用量最大的商品化高分子合金材料。,ABS 合金材料的研究进展.炼油与化工2008(2):15-17. ABS合金的最新研究进展.上海塑料2009(2):1-5.,§9.2 其它聚碳酸酯,§9.2.1 卤代双酚A型聚碳酸酯 如果将制备聚碳酸酯的主要单体双酚A改用其它双酚型单体，则可以得到性能有颇大不同的聚碳酸酯，其中用卤代双酚A最受人们的重视。例如可采用四氯代双酚A和四溴代双酚A。将卤代双酚A(通过钠盐形式)与光气进行界面缩聚，可以制得耐热性更高，同时可保持透明性和良好韧性的聚碳酸酯。 卤代双酚A型聚碳酸酯的缺点是密度大，加工更困难(因熔融温度更高)。,§9.2.2 聚酯聚碳酸酯,聚酯聚碳酸酯是以双酚A、对苯二甲酸、光气为单体进行共缩聚得到的产物，是分子链中含有双酚A型聚碳酸酯链节与双酚A对苯二甲酸酯链节的共聚物，共聚物的全称可称为双酚A聚碳酸酯对苯二甲酸双酚A酯。,§9.2.3 烯丙基二甘醇碳酸酯,烯丙基二甘醇碳酸酯缩写代号为ADC，商品牌号为CR39，是一种优质镜片材料。它是由一缩乙二醇与烯丙基碳酸酯缩聚而得。该聚合物分子链中具有双键，是一种可由过氧化苯甲酰在80左右引发交联的热固性透明塑料。该聚合物的特点是硬度高、耐磨、力学性能亦较好，透光率可达91，折射率为1.498，是目前应用最广泛的镜片材料。,本 章 思 考 题,1试述双酚A型聚碳酸酯两种制备方法的原理，并说明酯交换法的技术要点。比较两种方法的优缺点。 2试述双酚A型聚碳酸酯的结构及性能。 3双酚A型聚碳酸酯分子链是刚性链，为什么却具有优异的冲击韧性? 4双酚A型聚碳酸酯可以结晶吗?为什么一般总是得到无定形制品? 5聚碳酸酯有哪些工艺特性?对成型加工有何影响? 6双酚A型聚碳酸酯的主要缺点是什么?如何克服这些缺点? 7聚酯聚碳酸酯结构与双酚A型聚碳酸醋有何不同?它何以具有更高的耐热性? 8试述烯丙基二甘醇碳酸酯的结构和性能特点。,十 、聚碳酸酯（PC）,塑料材料学,聚碳酸酯（Polycarbonate，PC） 聚碳酸酯为一种线型聚酯，是一种无色或呈微黄色透明的无定形塑料。,CH3 O C OCn CH3,1. 性状： 无色透明（或淡黄色透明）、刚硬 而坚韧的材料，无毒、无味，外观类似于有机玻璃。,硬而韧,特性： 优越的耐高温性能及在高温下的高强度，且耐低温性能也很好，脆化温度低于-100，可在130 下长期使用。其它力学性能，尤其是冲击韧性也非常优良，但耐应力开裂性差。 聚碳酸酯耐稀酸，耐脂肪烃、醇、油脂和洗涤剂，溶于卤代烃，易与碱作用。 薄膜对水、蒸气和空气的渗透率高，可用于蔬菜等需要呼吸的食品的包装，若需阻隔性时，必须进行涂覆处理。 无毒、无味、无臭具有透明性。透光率可达93，作为透明材料，表面不易划伤。 耐候性较好，对热、辐射、空气、臭氧有良好的稳定性，制品在户外暴露一年，性能几乎不变。,聚碳酸酯应用,塑料材料学,1.聚碳酸酯在包装上主要以薄膜形式用于蔬菜、肉类等需要呼吸及氧气的食品， 2.还可制成纯净水桶、婴儿奶瓶、以及瓶、碗、盘类食品包装。,