高回收含量聚碳酸酯-聚对苯二甲酸丁二醇酯共混物的增强冲击性能研究：纳米级半互穿网络结构与性能优化

本文推荐：研究通过复合回收聚碳酸酯（r-PC）与原生聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT），结合反应型相容剂和核壳冲击改性剂，开发出回收含量高达70%的高性能共混物。该材料展现卓越的冲击强度（>70 kJ/m2）、高弹性模量（2–2.4 GPa），并通过STEM-EDS和DSC揭示了纳米级半互穿网络（SIPN）结构及酯交换反应诱导的非晶化机制，为汽车轻量化及循环经济提供创新解决方案。

　　

摘要

研究聚焦于利用后工业回收聚碳酸酯（r-PC）与原生聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）共混，通过反应型相容剂、热稳定剂及核壳结构冲击改性剂（如MBS型KaneAce M752）的协同作用，制备出回收含量达70%的高性能材料。共混物表现出>60 MPa的拉伸强度、2–2.4 GPa的高弹性模量及>70 kJ/m²的缺口冲击强度。扫描透射电镜（STEM）结合能谱（EDS）揭示了纳米级半互穿网络（SIPN）结构，而差示扫描量热（DSC）证实酯交换反应导致PBT非晶化，动态力学分析（DMA）显示单一松弛峰，表明聚合物相间分子级相容性提升。

引言

汽车行业对轻量化与材料循环的需求驱动了高回收含量工程塑料的开发。聚碳酸酯（PC）因优异的机械性能广泛用于汽车部件，但其缺口敏感性限制了厚壁件应用。通过共混PBT可弥补PC的化学耐受性缺陷，但传统PC/PBT共混物（如XENOY）的冲击性能不足。本研究利用工业废料r-PC，通过反应挤出优化相态结构，目标超越商业材料的性能。

实验方法

材料与加工：采用双螺杆挤出机在240–265°C下复合r-PC（82%–57%）与PBT，添加3%–5%环氧官能化相容剂及4%–10%冲击改性剂（IM-1/IM-2）。注塑试样通过毛细管流变仪（剪切速率100 s^?1）和DSC（20°C/min）表征熔体行为与结晶动力学。

表征技术：STEM-EDS通过锇染色揭示相分布；DMA（10 Hz）测定储能模量；缺口冲击测试（ISO 179）评估室温韧性。

结果与讨论

力学性能：共混物S6（PBT含量31%）展现最高冲击强度73.2 kJ/m²，较商业参比（56 kJ/m²）提升30%。弹性模量在80°C仍保持稳定，归因于r-PC连续相的高温稳定性（DMA显示T_g~100°C）。

热行为与形态：DSC首次加热检测到放热峰（ΔH_exo 10–45 J/g），对应酯交换反应；二次加热后PBT结晶度降至5%–14%，STEM-EDS显示纳米级Os富集区域证实SIPN形成。

流变学：高r-PC含量导致熔体粘度达700 Pa·s（265°C），但IM-2的加入改善加工性，如S4粘度较S3降低20%。

结论

通过调控r-PC/PBT比例（1.9–5.7）及添加剂组合，实现了非晶化SIPN结构，其高界面结合力与橡胶粒子分散协同提升冲击性能。该策略为高值化回收塑料在汽车结构件中的应用提供了新范式。