高抗冲高模量聚碳酸酯复合材料的制备

现今塑料已经成为一类不可或缺的材料，被广泛用于电子、汽车、建筑、装饰等行业。特别是在国家提倡“以塑代钢、以塑代木”以建设节约型、环保型社会之后，就对其提出了更加广泛和苛刻的要求。而单一的聚合物材料往往难以满足要求，这就需要继续开发合成新型聚合物材料或对现有聚合物进行改性。其中，共混改性是一种非常有效、相对简单的途径，越来越引起人们的兴趣和重视聚碳酸酯(PC) 树脂是一种综合性能优良的热塑性工程塑料，已在很多领域得到了广泛应用。但在某些苛刻条件、环境下，纯PC 材料的性能却不能满足要求。例如，用PC 材料来制造头盔，其抗冲击性能还不能达到高端头盔的使用要求，不能通过美国SNELL 测试标准。虽然玻璃钢能够达到该要求，但此材料加工复杂、成型周期长、制作成本很高。当前解决这一矛盾的行之有效的办法就是对PC 进行共混改性，拓展PC 在防暴盔甲材料等领域的应用具有十分重要的意义。超高分子量聚乙烯(PE–UHMW) 具有极其优异的耐冲击抗撕裂性能，可以用PE–UHMW 作为PC 的抗冲击改性剂。但是PE–UHMW 加工困难，与其它聚合物相容困难，一般需采用四螺杆挤出机等特殊设备及工艺才能达到一定的分散效果，或是用反应型增容剂来改善相容性，但效果都不理想。我司用滑石粉、凹凸棒土、蒙脱土(MMT)、α– 磷酸锆(α–ZrP) 和PE–UHMW 来对PC 进行改性，研究了加工方法、PE–UHMW 添加量、不同类填料对复合材料力学性能及微观结构的影响，得到了高抗冲、高模量等综合性能优良的三元共混复合材料。该材料有望在坦克装甲、防弹背心、头盔等要求高抗冲性的设备中得到应用。

实验证明。MMT 和α–ZrP 的加入都会使复合材料的性能提高，其原因可能归结为以下几点：首先, 在所制备的复合材料中,PE-UHMW 包覆纳米粒子形成“沙袋结构”，此结构增加了PE-UHMW 与PC 的有效界面面积，使材料在受到外力冲击时对银纹的引发和终止更加有效，同时，当材料受到冲击时，团聚的纳米粒子间发生相对滑移，先于聚合物基体发生变形，这种团聚体的变形、银纹的引发和终止需要吸收大量的能力，因此材料的韧性得到改善；此外，MMT，α–ZrP 片层间具有微弱的结合力，在加工过程中受到外力时，片层间会产生相对滑移，这也对分散性有所帮助。加入α–ZrP 的复合材料具有最好的性能，冲击强度提高到了大约900 J／m，这可能是由于PC 基体和α–ZrP 片上的极性基团相互形成了分子间氢键，提高了基体和α–ZrP 的相互作用，致使性能得到提高，同时，α–ZrP 的加入起到了助分散的作用，使PE–UHMW 在复合材料中具有更好的分散效果。