聚碳酸酯（zhǐ）(PC)是一種綜合性能優良的熱塑性工程塑料（liào）[1]，具有優異的電絕（jué）緣性，較高（gāo）的耐（nài）熱性、耐（nài）寒性、尺寸穩定（dìng）性及耐化學腐蝕性，在工程塑料（liào）中的用量位（wèi）居第二（èr），僅（jǐn）次於聚酰胺，被廣泛用於汽車、電子電氣、包裝、建築（zhù）材（cái）料、醫療等領域[2-4]。但PC分子鏈的剛性較大，空間位阻高，導致其柔韌性和流動性差，加（jiā）工困難，因此在實際（jì）應用（yòng）中，常常對PC進行改性[5-6]。PC改（gǎi）性的方法（fǎ）有很多，通常（cháng）通過加入聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸（suān）丁二酯(PBT)和聚丙烯(PP)等高聚物與PC熔融共（gòng）混（hún），來改變PC的性能不足。但通過現有改性方法（fǎ）製得的複合材料在性能提升上有其局限性，因（yīn）此急需找到一種新的改（gǎi）性方法。筆者選擇細化到納米級的PET作（zuò）為填料與PC熔融共混（hún），以提升PC的綜合性能。PET不僅是重要的合（hé）成纖維原料，而且可用於製造薄（báo）膜，是包裝領域最具潛力的樹脂品種之一，其分子鏈（liàn）柔韌性較高，具有熔體流動性較好等特點[7-8]。此外，納米PET (NPET)具有更大的比表麵（miàn）積、較（jiào）好的耐熱性、較強的力學性能及流動性好等優點[9-12]，將NPET與PC共混可以更好地實現聚酯材料的生（shēng）產加（jiā）工[13]。筆者以PET為（wéi）原料，通過超聲化學沉積法製備了NPET[14-15]，以PC為基材，不同比例的NPET為填料，采用熔融擠出法製備（bèi）了PC/NPET的複合材料，並研究了PC/NPET複合材料的結晶性（xìng）、相（xiàng）容性、熱穩定性以及力學性能等。

1實驗（yàn）部分1.1 主要原材料PC：1302-10，韓國LG化（huà）學公司；PET：CR8863，華潤化學材料科技股（gǔ）份有限公司；六氟異丙醇：H107501，上海阿拉丁生化科技股份有限公司（sī）。1.2 主要儀器及設備轉矩流變儀（yí）：HAAKE Polylab OS型，美國賽默飛世爾科（kē）技公司；切粒機：LSQ-15型，上海科創（chuàng）橡（xiàng）塑機械設備有限公司；微量注塑機：RR/TSMP/B4型，上海威訊科技有（yǒu）限公（gōng）司；電熱鼓風幹（gàn）燥箱：101-0AB型，林茂（mào）科技(北京)有限公司；激光粒度分析儀；90Plus型，美國布（bù）魯克海文公司；掃描電子（zǐ）顯微鏡(SEM)：TM4000型，相確精密儀（yí）器（qì）(上海)有限公司；傅裏葉（yè）變換紅外光譜（pǔ）(FTIR)儀：Spectrum One型，美（měi）國（guó）PE儀器公司；熱重(TG)分析儀：TGA Q500型，美國沃斯（sī）特公司；差示掃描量熱(DSC)儀：DSC Q200型，美國TA儀器公司；溫（wēn）控式電子萬能材（cái）料試驗機：C54504型，美特斯工業係統（tǒng）(中國)有限公司；熔（róng）體流（liú）動速率(MFR)測試儀：XRL-400型，山東德瑞克（kè）儀器股份有限（xiàn）公司。1.3 樣品製備(1) NPET的製備。將20  g的PET在室溫條件下完全溶解在200mL的六氟異丙醇溶劑中，得到濃度為100 mg/mL的聚合物溶液。把得到的有機溶液緩慢滴加到180W超聲波條件下的冰浴（yù）冷卻的蒸餾水中，超聲5~10min。此過程中，聚合物溶劑迅速溶解到蒸餾水中，在空化作用下形成NPET粒（lì）子[16]。超（chāo）聲結束後，將得到的聚合物溶液用旋轉蒸發儀蒸掉有機溶劑，再過濾掉存在的固體懸浮物，最後得到納米顆粒和蒸餾水的懸浮液，該方法（fǎ）得到的NPET的平均粒徑為84 nm，粒徑集中在60~100 nm。(2) NPET和PC材料的預處理。將NPET和（hé）PC嚴格按照質量比例混合均（jun1）勻（yún），放入烘箱中，在(100±10)°C條件（jiàn）下幹燥12 h。(3) PC/NPET複合材料的製備。將幹燥好的NPET和PC一起加入轉矩流變儀中，在(270±10)°C，60 r/min的條件下熔融共混。將（jiāng）得到的混合材料切粒後加入微量注塑機在(280±10)°C，120 MPa的條件下，注（zhù）塑得到（dào）測試樣條，每組製備5根樣條。樣品配方見表1。

1.4 性能測試與（yǔ）表征粒度測試（shì）：通過激光粒度分析儀對利用超聲化學沉積法製備的NPET懸浮液（yè）在室（shì）溫條件下進行粒度測試。SEM測試：將PC/NPET複合（hé）材料進行液氮淬斷並對（duì）斷麵噴（pēn）金處理後（hòu），通過SEM對複合材料的淬斷麵進行（háng）形貌分析。MFR測試：樣品質（zhì）量控製在6 g以內，溫度（dù）設（shè）置為270 °C，預熱時間為（wéi）4 min，切割間隔（gé）時間為15 s，測試5個切割樣品取平均（jun1）值。FTIR測試：通過FTIR儀分析複合（hé）材（cái）料表（biǎo）麵化學基團的變化，掃描次數為32次，掃（sǎo）描範（fàn）圍為400~4000 cm-1。TG測試：樣品質量控製在5 mg以內，氮氣流速為20 mL/min，溫（wēn）度範圍為（wéi）25~800 °C，升溫速率為10 °C/min。DSC測試：樣品質量（liàng）控（kòng）製在5 mg以內，氮氣流速為50 mL/min，溫（wēn）度範圍為25~200 °C，升溫速（sù）率為10 °C/min。力學性（xìng）能測試：①室溫(25 °C)下，采用溫控電子（zǐ）萬能材料（liào）試驗機按照ISO 527-21BA測試複合材料拉伸（shēn）性能，啞鈴型標準樣條，拉伸速率為20 mm/min。②缺口衝擊（jī）強度按照GB/T 1843-2008測試，衝擊能2 J，V型缺口，測試5個試樣取平均值。2結果與討論2.1 粒度分析經計算得（dé）出NPET的平均（jun1）粒徑為84 nm，粒徑集中在（zài）60~100 nm，且分布較窄，達到了（le）納（nà）米材料的要求，為後續測試提供了數據支持，粒徑分布（bù）見圖（tú）1。

2.2SEM和MFR分析NPET作為一種高分（fèn）子（zǐ）聚合物，加入到PC中（zhōng）能夠影響PC/NPET複合材料（liào）的（de）相容（róng）性和分散性等。圖2是PC，NPET，NPET-10，NPET-20，NPET-25和NPET-30複合材（cái）料的淬斷麵在5000倍下的SEM圖。結合表2和圖2可以看出，純PC內部（bù）粒子的（de）結合不夠緊湊，流動性較差，當NPET質量（liàng）分數低於25%時，隨著NPET含量的增加，複合材（cái）料的相容性和流動性得到改善，這可能是因為隨著NPET含量的提高，PC發揮（huī）了成核劑的作用，複合材料的晶（jīng）體結構得（dé）以改善。從圖2e可以看出，當NPET質量分數達到25%時，複合材料已經出現團聚（jù）現象，在其質量分數（shù）達到30%時，團聚現象加重，這可能會影響複合材料的性能提升，具體情況需要後續分析驗證。

通（tōng）過（guò）公式（shì）(1)計算（suàn）得到MFR。W表示（shì）切取樣條質量（liàng）的算數平均（jun1）值；t表示切樣的間隔時間，具體數值見（jiàn）表2。

3FTIR分析圖3為PC/NPET複合材料的FTIR譜圖。從圖3可以看到，NPET與（yǔ）PC熔融（róng）共混後製得的複合材料保留了PC的特征峰，但PC/NPET複合材料在1780 cm-1處特征峰的峰寬變窄且峰（fēng）麵積變（biàn）小，這（zhè）可能是因為（wéi）PC在（zài）兩（liǎng）種聚合物之間發（fā）生了結晶成核（hé）作用，導致複（fù）合（hé）材料在1780 cm-1處的特征（zhēng）基團發生（shēng）了（le）變（biàn）化，結合圖2可以看（kàn）到，複合材料的相界麵（miàn）的相容性更好，這（zhè）也表明（míng）NPET和（hé）PC已經開始混合。圖中2966 cm-1處為—CH3的不對稱（chēng）伸縮振動峰（fēng），隨著NPET含量的增加，2966 cm-1的特征峰開始向波數小的（de）方向偏移，這可能是因為在複合材料中2966cm-1處的—CH3的吸收強度增加，導致該處特征峰發生偏移。1502 cm-1處的振動吸收峰是—C6H5的特征吸收峰，1227，1194 cm-1和1161 cm-1處為PC的3個並列的強吸收峰。此外，可以看到複（fù）合材料出現（xiàn）了NPET特有的特征峰，且（qiě）隨著NPET含量的增加，該特征峰（fēng）特征越明顯，對比圖3a和圖3b可（kě）以發現，當NPET質（zhì）量分（fèn）數（shù）達到5%時，複合材料在（zài）727 cm-1處的特征（zhēng）峰也出現了類似的偏移，這是因為熔融（róng）共混（hún）後複合材料的相互作用增強，導致該處的—CH吸（xī）收強度增加，從而出現了特征峰的偏移，在相關文獻中也有類（lèi）似報道[17-19]。且質量分數30%的NPET複合（hé）材料在（zài）727 cm-1的特征峰比其（qí）他比例處更寬，這可能是因為在熔融共混時，複合材料的分子鏈相互作用減小了能量的轉移率。PC及PC/NPET複合材料（liào）的FTIR振動峰歸屬列於表3。

2.4TG分析圖4是不同比例的PC/NPET複合材料的TG曲線。具體配比見表4。結合圖4和表（biǎo）4可（kě）以看出，隨著NPET含量的增加，複合材料的熱（rè）穩（wěn）定性逐漸降（jiàng）低，NPET比（bǐ）例（lì）從0增加到30%，而熱分解溫度則從364 °C降低到了349 °C，這說明NPET的（de）加入降低了共混體係的熱穩定性，比例越高，分解溫度越低（dī），這可能（néng）是因為隨著NPET含量的增加，複合材料的鏈段結構（gòu）和官能團發（fā）生了變化，從（cóng）而降（jiàng）低（dī）了複合材料的分解（jiě）溫度。此外，從表4可以看到，隨著NPET含量的增加，複合（hé）材料的殘（cán）炭率獲得了較大提升（shēng），NPET比例（lì）從0增加到30%，而殘炭率則從9.64%增加到了20.12%，這可能是因為PC和NPET均有（yǒu）較高的殘炭（tàn）率，且PC在降解過程中形成了不穩定片段，與NPET的（de）分子鏈進一步反（fǎn）應生成聚芳烴等，較高的聚（jù）芳烴限製了複合（hé）材料在較（jiào）低的溫度（dù）下轉化成更多的揮發物，導致了殘炭率提高（gāo）[17]。綜上，隨著NPET含量的（de）增加，PC/NPET複合材料的熱穩定性較PC均有所（suǒ）降低，殘炭率有（yǒu）所增加，與FTIR分析結論一致。

2.5DSC分析（xī）圖5是PC/NPET複合材料的（de）DSC降溫和二次升溫（wēn）曲線。從圖5可以看出，隨著NPET含量的增加，複合材料的（de）結晶溫度(Tc)和熔融溫度(Tm)發生轉變，複合材料的Tc先增大後減小，這是因為隨著NPET含量的增加，複合材料的分子間作用力增強，使其結晶溫度增大（dà），但當NPET比例達到25%時，因為複合（hé）材料開（kāi）始出現團聚，因此結（jié）晶溫度表現為先增大後減（jiǎn）小。Tm逐漸減小，這表明NPET與PC熔（róng）融共混會降低其熔（róng）融溫度，降低複合材料的熱穩定性（xìng），與TG分（fèn）析一致（zhì）。通過公式(2)可以（yǐ）計算出複合材料的結晶度，χPC/NPET為複合材料的結晶度，∆HPC/NPET為複合材料的結晶焓，∆H100%為PC在100%結晶度時的結晶焓，具體的數值見（jiàn）表5。從表（biǎo）5可以看出，在加（jiā）入NPET後（hòu），複合材料的結晶度先增大後減少，說明加入NPET與PC熔融共混能夠改善複合材料的結晶性能

2.6 力學性能（néng）分析圖6是PC/NPET複合材料（liào）的力學性能。從圖（tú）6可以看出，PC/NPET複合材料的斷裂伸長率和缺口衝擊強度（dù）變化趨勢一致，均為先增大（dà）後減小，在NPET質量分數為25%時最大，PC/NPET複合（hé）材料的斷裂伸長率和缺口衝（chōng）擊（jī）強度達（dá）到最大，分別較純PC增加了20.53%，19.52  kJ/m2，但在NPET質量分數（shù）超過25%後，斷裂伸長率和缺口衝擊（jī）強度都出現了下降，這可（kě）能是因為在NPET含量達到一（yī）定比例後，複合材（cái）料的團聚現象影響了其性能的進一步提升。此外，從（cóng）圖6可以看出（chū），隨著NPET含量的增加，PC/NPET複（fù）合材料的拉伸強度逐漸降低，且在NPET質量分數超過25%後下（xià）降幅度更大，同樣說明了複合材料的團聚現象會影響其拉伸強度，這（zhè）可（kě）能減小了（le）複合材料分子鏈間界麵作用力，因而導致複合材料的拉伸強度降低。綜上所述，NPET與PC熔融共（gòng）混（hún）能改善複合材料的力學性能，綜合考（kǎo）慮在NPET質量分數為25%時，力學性能（néng）最優

3結（jié）論（1）粒度分析表明，NPET的平均粒徑為84nm，達到了（le）納米材料的要（yào）求。（2）SEM和MFR分析表明，NPET的加入改善了PC流動性差的問題，但在其質（zhì）量分數超過25%後，複合材料的團聚現象加重。（3）FTIR分析表明，隨著NPET含量的增加，PC/NPET複（fù）合（hé）材料的特征峰發生（shēng）偏移且強度增強。（4）TG分析表明，隨著NPET含量的增加，PC/NPET複合材料的（de）熱穩定（dìng）性較PC均有所降（jiàng）低。（5）DSC分（fèn）析表明，NPET的加入會降低複合材料的結晶度，隨著NPET含量的增加，複合材料的Tc先降（jiàng）低後增加，Tm逐漸減少。(6)力學性（xìng）能分（fèn）析表明，PC/NPET複合材料（liào）的斷裂伸長率和缺口衝擊強度先增加再減小，拉伸強度降低，綜（zōng）合填充（chōng）量和力學性能考慮，最佳配（pèi）比為：mPC/mNPET  =75/25，此時斷裂（liè）伸（shēn）長率較純（chún）PC增加了20.53%，缺口衝擊強度增加了19.52 kJ/m2

摘要：工程塑料應用