聚碳酸酯（PC）增韧改性研究进展

加入弹性体是公认的聚合物增韧方法，根据Merz等提出的微裂纹理论，Buckball等在微裂纹的基础上提出的多重银纹理论，Pearson等认为的空穴化理论以及Margolina等提出的逾参理论来分析，弹性体在PC基体中作为应力集中点，当试样受到冲击时会引发银纹和剪切带，这将使弹性体发生形变吸收大量能量，使共混物发生“脆-韧”转变，从而提高共混物的韧性。

常用于增韧PC的弹性体材料有乙烯-丙烯酸甲酯（EMA）、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（MBS）、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物（SEBS）、苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）等。

SEBS

EMA弹性体有优秀的柔软性和弹性，对PC有着良好的增韧效果。Lin等分别研究了HRP和EMA弹性体对GF增强PC/ABS合金冲击强度的影响。研究表明，EMA的增韧效果比HRP更为明显。

张金娜等分别研究了POE-g-MAH和EMA弹性体对PC/PMMA共混物冲击强度的影响。研究发现，共混物的缺口冲击强度随着弹性体含量的增加呈上升的趋势，EMA的增韧作用较POE-g-MAH更为明显。

MBS弹性体增韧PC有着和EMA增韧PC相似的增韧机理。杨海民等研究了不同类型的弹性体增韧剂（ABS高胶粉、MBS、含硅增韧剂、EMA）及其含量对PC缺口冲击强度的影响。研究发现，上述4种弹性体类增韧剂在增韧PC常温缺口冲击强度上的效果差别不大，但在增韧PC低温缺口冲击强度上却有很大差别，其中MBS和含硅增韧剂的增韧效果更好。

傅利才等研究了不同增韧剂［MBS、高胶粉（HRP）和有机硅增韧剂］对PC/ABS合金冲击强度和断裂伸长率的影响。研究发现，三类增韧剂均提高了PC/ABS的韧性，相比于PC/ABS合金，添加增韧剂含量为5 %时，MBS弹性体的增韧效果最佳。

SEBS是一种应用广泛的热塑性弹性体，在共混过程中它会产生应力集中点，在共混物界面发生剪切屈服，以此增强了共混物的韧性。Garhwal等研究了不同体积分数的SEBS对PC冲击性能和拉伸性能的影响。研究发现，共混物界面形成的小空腔中发生了剪切屈服，由此共混物的冲击性能得到提高。

SAN分子链中含有丙烯腈单体，因此具有良好的柔韧性，可有效提高PC材料的韧性。Su等研究发现，加入SAN后，PC/SAN共混物的拉伸强度和弹性模量显著提高，但断裂伸长率只有略微提高。

自从Kurauchi等提出“冷拉”概念以来，刚性粒子增韧聚合物基体渐渐引起了研究人员的关注。与弹性体不同，无机刚性粒子的加入通常保持甚至提高共混物的拉伸强度，因为这些粒子的弹性模量比弹性体高，泊松比小。无机刚性粒子在拉伸或冲击断裂过程中能够诱导基体发生塑性变形，吸收大量能量。

常用于增韧PC的无机刚性粒子材料有纳米碳材料（碳纳米管、石墨烯）、纳米氧化物（纳米SiO₂）、无机纤维（玻璃纤维、碳纤维）、硅灰石、滑石粉等。

用纳米碳材料增韧PC已被学术界和工业界广泛应用，这是因为它作为一种非均相成核剂，提高了PC的晶核密度，促进了晶体的形成和生长，增加了共混物的断裂韧性，并且在聚合物中形成分散相，防止裂纹扩展和断裂，提高了共混物的延展性和抗冲击性能。

Bagotia等采用熔融共混法制备了PC/甲基丙烯酸乙烯-多壁碳纳米管（EMA-MWCNTs）共混物，研究了不同质量份数的MWCNTs对PC/EMA（95/5）共混物冲击性能的影响。研究发现，相比于PC/EMA（95/5）共混物，当添加质量份数为5份的MWCNTs时，冲击强度提高了76 %。

程荣强研究了不同含量的石墨烯纳米片、碳纳米管、碳纳米纤维对PC冲击强度和断裂伸长率的影响。结果显示，随着任意一种填料含量的增加，PC共混物的冲击强度和断裂伸长率都是先升高后下降的趋势。3种填料进行对比，碳纳米管增韧效果最好，添加质量分数为2.5 %的碳纳米管时，共混物的冲击强度最高，添加质量分数为1 %的碳纳米管时，共混物的断裂伸长率最高，但持续增加碳纳米管含量会产生团聚使得共混物的冲击强度和断裂伸长率下降。

碳纤维

纳米氧化物粒子是常见的无机纳米填料之一，将其添加到PC中，可以显著提高材料的冲击强度和断裂韧性，这是因为纳米氧化物粒子与PC基体之间接触的表面积较大，冲击时会产生大量微裂纹吸收冲击功，这些微裂纹随后扩展成为大裂纹，消耗了大量冲击能量并抑制了裂纹扩展，从而韧性得到了提高。

无机纤维可以增强颗粒之间的作用，由此达到增韧的目的。钟绍信分别研究了无碱玻璃纤维（E-玻璃纤维）和低介电玻璃纤维（D-玻璃纤维）对PC缺口冲击强度的影响。研究发现，D-玻璃纤维比E-玻璃纤维有更明显的增韧效果，相比于E-玻璃纤维/PC，当添加质量分数为40 %的D-玻璃纤维时，D-玻璃纤维/PC共混物的缺口冲击强度达到最大值提高了48.9 %。

硅灰石是一种天然无机填充物，它可以有效增韧PC并不降低PC的拉伸强度，但硅灰石与PC共混时分散程度有限，可以通过添加合适的弹性体作为增容剂来改善硅灰石与PC的分散性。Tarade等分别研究了苯乙烯-丁二烯共聚物弹性体（SBC）和EMA对PC/硅灰石共混物分散性、冲击强度和断裂伸长率的影响。结果显示了硅灰石与SBC和EMA的夹杂和分布情况，发现硅灰石周围有弹性体，这改善了硅灰石与PC的分散性。

滑石粉是一种常见的填料，它可以增强材料的刚性，其自身粒径的分散效果直接影响着材料的韧性，酸性润滑剂可以显著改善滑石粉在基体中的分散，丁步鹏等研究了当添加质量份数为1份的酸性润滑剂时，滑石粉含量对PC/苯丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）合金力学性能的影响。研究发现，随着滑石粉含量的增加，共混物的弯曲模量逐渐增加，共混物的冲击强度先升高后下降，当添加质量份数为10份的滑石粉时，共混物的冲击强度达到最大。

无机刚性粒子增韧PC的过程中在降低成本的同时还可以显著提高PC的韧性，但添加的无机刚性粒子过多时容易发生团聚现象，从而导致材料的力学性能下降。有机刚性粒子增韧PC是将综合性能优良的有机刚性粒子材料与PC共混来增韧PC的一种方法。共混后的共混物结合了两种或多种材料自身的优点，在提高PC韧性的同时，还提高了其他性能，如加工流动性、热稳定性、抗应力开裂性、硬度和刚性等。

已研究用于增韧PC的有机刚性粒子材料有聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺6（PA6）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、苯丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等。

PET是目前应用广泛的一种工程塑料，PC/PET合金结合两者的优点，提高合金的韧性并具有良好的加工流动性和热稳定性。廖源等发现，随着PET含量的提高，合金材料的断裂伸长率和冲击强度都出现了先升高后降低的现象。相比于纯PC，PC/PET合金材料的断裂伸长率和冲击强度在添加质量分数为20 %的PET时出现最大值，分别提高了12.8 %、17.5 %。

高伟制备了PC/纳米PET（NPET）共混物，研究发现，与PC/PET共混物相比，PC/NPET共混物有着更高的稳定性和相容性，随着NPET含量的增加，PC/NPET共混物的冲击强度和断裂伸长率先增大后减小。

贾义军等以MBS作为相容剂制备了PC/PET合金，研究了相容剂含量对PC/PET冲击强度的影响。研究发现，MBS可明显改善PC和PET两者相界面的相容性，当添加质量分数为8 %的MBS时，PC/PET合金的相容性最佳，缺口冲击强度达到最高。

徐星驰等制备了PC/PET合金，研究了相容剂种类（E-MA-GMA、S-2001、MBS）对PC/PET冲击强度的影响。研究发现，E-MA-GMA作为相容剂时，PC与PET的相容性最优，合金材料的冲击强度最高。

Kim等以PA6颗粒为填料，PC为基体制备了PC/PA6合金材料，研究了不同质量分数的PA6对PC/PA6合金冲击性能和断裂韧性的影响。研究表明，PA6质量分数为3 %时合金材料的韧性最佳。

聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）有着良好的综合性能，不仅可以增韧PC而且可以改善PC的抗应力开裂性。为了使PC和PET充分地结合达到最佳性能，因此要选择合适的相容剂进一步提高PC和PBT之间的相容性。

PC/ABS合金结合了PC和ABS的理想优点，有优异的耐冲击强度、硬度和刚性，成为被广泛使用的聚合物合金。为了进一步提高PC/ABS合金的性能，在工业实践中经常用相容剂将PC与ABS相结合来提高二者间的相容性，加强了界面间的相互作用，从而改善其力学性能。苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯（SBG）是一种很好的相容剂，因为SBG中的苯乙烯和丁二烯相与ABS具有良好的相容性，并且SBG中的环氧基团可能在熔融混合过程中与PC中的羧基和羟基发生反应，这提高了PC相和ABS相的兼容性。

PC及其增韧改性材料具有出色的力学性能，其质量轻、强度高、成本低，使其在汽车领域得到广泛的应用，如保险杠、车窗、照明系统、遮阳板和仪表板等。在车辆发生碰撞时，由于其高冲击强度，乘员可以得到更好的保护，大大提高了车辆的质量和安全性能。PC增韧材料的冲击强度比无机玻璃高250倍，比聚甲基丙烯酸甲酯高30倍。

因此，在汽车制造中，使用PC增韧材料代替无机玻璃可以显著减轻质量，前车灯罩使用PC增韧材料质量比无机玻璃减轻了0.5~1.4 kg。此外，与玻璃车窗相比，聚碳酸酯车窗质量可以减轻50 %，这对于汽车的节能和环保具有重要意义。

在汽车安全方面，汽车发动机罩采用PC增韧改性材料，在事故发生时，发动机罩可以提供良好的吸收能力，以保护乘车人员的生命安全，降低事故造成的损失。另外增韧改性后的PC具有良好的光学性能、耐热性能和加工性能，所以在保险杠、照明系统、车窗及轻质车身制造中都得到广泛的应用。

PC增韧改性材料在建材领域具有广泛的应用前景，相较于传统无机玻璃，PC增韧改性材料具有更优异的机械性能和安全性能，同时其质量更轻、更易于安装和设计，因此可以解决传统无机玻璃存在的自重大、易碎等问题。用增韧改性后的PC材料合成的玻璃材料，其质量只有传统玻璃的一半，但保温能力却优于传统玻璃。在现代建筑领域，PC增韧改性材料逐渐取代传统无机玻璃，成为建筑物和农业顶棚的主要材料。

通过适当的增韧后，PC复合材料的冲击强度和韧性会得到极大的提高并且其他性能并没有较大下降，使得增韧PC材料在航空航天领域应用广泛。在航空航天领域，飞机的座舱罩、挡风玻璃、飞行器顶蓬、遮阳板和安全眼镜都是由增韧PC材料制作。一些现代商用飞机，如波音787梦想客机和空客A350XWB，采用了大量的增韧PC材料，包括舷窗、天窗、机身壁板、内饰板等。

据报道，波音787梦想客机中使用了超过900个PC零件。飞机顶蓬还可以由增韧PC板用增量成型工艺制造，增韧PC板有着独特的性能，如透明性和高抗冲击性，以及优异的耐热性和耐寒性。这种增韧材料在飞机顶篷制造中的应用可以应对温度升高和速度高达2.5马赫的鸟类碰撞的挑战。