塑料合金PC/ABS与PC/PBT的化学结构与材料特性,有何不同?

360影视 2025-02-07 11:43 3

摘要:欢迎来到聚合物世界的终极对决。一边是多功能且坚韧的PC/ABS,另一边是耐化学腐蚀且耐用的PC/PBT。这两种材料都具有独特的性能和应用,因此成为各个行业的热门选择。

欢迎来到聚合物世界的终极对决。一边是多功能且坚韧的PC/ABS,另一边是耐化学腐蚀且耐用的PC/PBT。这两种材料都具有独特的性能和应用,因此成为各个行业的热门选择。

但究竟哪一种会在这场激烈的竞争中脱颖而出呢?让我们深入研究每种材料的优缺点,比较它们的化学结构、各种性能和加工特性。

PC/ABS是聚碳酸酯 (PC) 和聚丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS) 的混合物或合金。PC以其高冲击强度、刚度和耐热性而闻名,而ABS则具有良好的尺寸稳定性、低翘曲和出色的加工性能。这些聚合物的组合产生了一种材料,它平衡了PC的机械性能与ABS的可加工性和低温性能。

ABS是一种具有三种不同功能的三元共聚物,这一事实使其属性可以进一步定制。丙烯腈可提高耐热性和耐化学性;丁二烯有助于提高冲击强度和低温性能保持性;最后,苯乙烯可提高表面光洁度和可成型性。

PC/PBT是聚碳酸酯 (PC) 和聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)的不相溶物理混合物。这里的PC与PC/ABS中的聚碳酸酯相同,而PBT是一种半结晶聚合物,具有出色的耐化学性和高抗拉强度,以及高抗紫外线、耐候性、耐磨性和耐电性。PC和PBT的混合物可产生一种在冲击强度、尺寸稳定性和耐化学性之间实现良好平衡的材料。

由于成分不同,PC/ABS和PC/PBT表现出不同的热行为(图1)。PC/ABS 的较高玻璃化转变温度(Tg)受PC成分的影响,其Tg约为150°C。如图1所示,添加ABS可以略微降低混合物的整体Tg,无论是可混合还是不可混合。另一方面,PC/PBT的Tg较低,这是因为PBT的存在,其Tg约为60°C。由于PBT与PC不可混合,因此材料的Tg保持固定在 60°C。

图1 – 差示扫描量热法 (DSM) 热图展示了PC/ABS共混物PC/ABS合金和PC/PBT的热转变

PC/ABS的Tg高于PC/PBT,这也意味着在PC/ABS材料的玻璃化转变温度之前,其机械性能保持得更好。图2说明了这一点,其中PC/ABS和PC/PBT的动态机械分析 (DMA) 热图的比较表明,PC/PBT的储能模量在其Tg约为50°C时低于PC/ABS。

图2 – PC/ABS和PC/PBT的动态机械分析 (DMA) 比较

值得注意的是,PC/PBT(或任何塑料)的可用温度可以通过添加玻璃纤维等增强材料来提高。如图3所示,由于玻璃纤维增加了材料的刚度,因此含有11%玻璃纤维的PC/PBT的储能模量与100°C下的原始PC/ABS非常相似。

图3 – 玻璃纤维含量为11%的PC/PBT与原始PC/ABS和原始PC/PBT的DMA比较

PC/ABS和PC/PBT均具有良好的刚度和抗拉强度平衡,但也存在一些显著差异(表1)。PC和ABS在很宽的温度范围内均具有出色的抗冲击性能。ABS 中的丁二烯成分特别提高了其低温抗冲击性。

另一方面,PBT缺乏固有的抗冲击强度,依靠PC来承载抗冲击性能,但如果没有丁二烯,其低温抗冲击强度较差。由于PC和PBT都具有固有的耐磨性,因此PC/PBT共混物比PC/ABS共混物具有更优异的耐磨性能——尽管特定应用的特定磨损条件可能取决于多种因素,应进行彻底测试。

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化合物的实际耐化学性取决于成分比例。一般而言,由于PBT具有半结晶结构,PC/PBT比PC/ABS具有更好的耐化学性。PBT成分对多种化学品具有出色的耐性,包括溶剂、酒精和油(表2)。

总体而言,PC/ABS和PC/PBT具有良好的耐环境性,但也存在一些差异。PBT在接近其熔点的Tg以上具有长期抗热氧化 (TO) 性。PC和ABS作为无定形树脂,仅在其Tg以下具有抗TO性。因此,PC/PBT的抗TO性预计会高于PC/ABS。

在室温下,PC/ABS和PC/PBT的吸湿性较低,但PC/PBT对60°C以上的水的耐受性较差。这是因为PC和PBT都是缩合聚合物,容易水解。虽然ABS不会发生水解,但它无法克服PC/ABS混合物中PC的水解,尤其是在高温下。因此不建议在热水应用中使用PC/ABS或PC/PBT。

PC/ABS和PC/PBT都具有一定程度的固有抗紫外线性能。PC和PBT都保留了各自的特性,PC会出现黄变。ABS,特别是丁二烯成分,更容易受到紫外线降解的影响。预计这两种混合物都具有良好的固有抗紫外线性能,但由于PC的存在,会有一些黄变。重要的是要记住,对于涉及大量紫外线照射的应用,PC/ABS和PC/PBT的配方通常都包含紫外线吸收剂和稳定剂,以提高长期性能。

PC/ABS和PC/PBT具有不同的加工特性。PC/ABS以其出色的加工性能而闻名,在成型时具有良好的流动性和低收缩性。ABS成分有助于混合物具有良好的流动性和低翘曲性。PC/ABS可以轻松模制成具有严格公差的复杂形状。

PC/PBT也具有良好的加工特性,但与PC/ABS相比还是有一些区别的。PC/PBT通常具有较高的熔体粘度和较高的成型收缩率。PBT成分是导致粘度和收缩率较高的原因之一。然而,PC/PBT仍然具有良好的尺寸稳定性,可以成型为各种形状。需要注意的是,由于PC和PBT都是缩合聚合物,如果不遵循适当的干燥程序,它们在成型过程中都容易发生水解。

在PC/ABS与PC/PBT的较量中,没有明显的赢家。这两种聚合物混合物之间的选择取决于具体的应用要求。

PC/ABS成为需要高冲击强度(特别是在低温下)和出色加工性能的应用的冠军。其韧性、刚度和尺寸稳定性的结合使其成为各种行业的通用选择。

另一方面,PC/PBT在要求高耐化学性和良好耐环境性的应用中占据优势。它能够耐受多种化学品,并且在恶劣环境下经久耐用,使其成为汽车、电气和工业应用的首选。

最终,特定应用的最佳材料取决于机械性能、耐化学性、耐环境性、加工特性和成本考虑等因素。通过仔细评估这些因素,工程师和设计师可以选择最符合其应用需求的聚合物混合物(表6)。

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来源:科学抢先知

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