液體介質老化對聚碳酸酯結構和沖擊性能的影響.pdf

1、目前，針對聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)的人工加速老化研究大都集中在光氧老化、熱氧老化和濕熱老化等方面。但在制品的實際應用過程中往往服役條件惡劣，不僅受光、熱、氧和水分的影響，更有海水和酸雨等液體環(huán)境的作用。尤其在工業(yè)社會的今天，PC制品在液體環(huán)境中的老化問題日益突出。因此，研究PC在酸和鹽等液體介質中的老化行為，對PC制品的老化預防和性能優(yōu)化具有十分重要的意義。本研究課題來源于國家自然科學基金面上項目“透明聚碳酸酯注塑結

2、構件成型-服役性能的數(shù)值和實驗研究”(11172271)。
　　 本文對無定形聚合物PC在酸性環(huán)境、鹽水環(huán)境及熱水環(huán)境中的老化行為及機理進行了深入探討。旨在揭示各種環(huán)境中PC的老化機理及其對沖擊性能的影響，為提升制品服役安全性和壽命預測提供理論和實驗依據(jù)，并可以對聚合物材料的制備和制品成型進行優(yōu)化指導。主要工作包括:
　　 1.熱水老化對PC結構和沖擊性能影響的研究。通過對熱水老化前后PC注塑試樣的沖擊性能進行研究，考察

3、了PC沖擊強度隨老化時間的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)熱水老化前期試樣的沖擊強度只是略微減小，隨老化時間的增加試樣的沖擊強度急劇減小至平衡值11 KJ/m2，其降幅達83％。光學顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)熱水老化后由于水分子和溫度的共同作用導致高分子材料體系內的增塑劑和水解小分子等可溶性物質的溶解、抽出或遷移使試樣內部形成缺陷。結合傅里葉紅外掃描、DSC等實驗手段發(fā)現(xiàn)PC吸水后發(fā)生水解，其相對分子量降低。同時，在熱的作用下，PC高分子鏈構象重排，自由體積降低

4、。另外，SEM斷面分析發(fā)現(xiàn)PC試樣在熱水老化過程中發(fā)生了脆韌性轉變，斷裂機制從剪切屈服機制為主的韌性斷裂轉變?yōu)殂y紋機制為主的脆性斷裂。另外，次級斷裂源區(qū)的白色銀紋質呈現(xiàn)蓬松結構，將亮條紋放大至10萬倍發(fā)現(xiàn)，其中白色發(fā)亮物質為尺寸為50nm級別的白色塊狀物，成無規(guī)律分布。
　　 2.氯化鈉鹽溶液老化對PC結構和沖擊力學性能影響的研究。通過對鹽溶液老化前后PC注塑試樣沖擊性能變化規(guī)律的研究，并與熱水老化試樣進行了對比分析發(fā)現(xiàn)，熱水老

5、化前期試樣的沖擊強度只是略微減小，而鹽溶液老化24 h后沖擊強度下降幅度高達80％。因為氯離子、鈉離子加速了水分子的擴散，在一定程度上促進了水解作用和熱水的萃取作用，在降低分子量及分子間作用力的同時也加速了試樣內部缺陷的形成（宏觀觀察試樣表面及內部缺陷分布較密）。試樣斷口形貌的SEM分析發(fā)現(xiàn)，老化24 h后的PC試樣的沖擊斷口表面平坦光滑，呈現(xiàn)典型的脆性破壞特征，且在斷裂面上發(fā)現(xiàn)了形態(tài)特殊的次級斷裂源。斷裂機制的不同導致了老化前后試樣沖

6、擊性能的巨大差別，觀察結果表明在鹽溶液老化前期試樣就已經發(fā)生了脆韌性轉變。與熱水老化相比較，發(fā)生脆韌性轉變所需的老化時間較短，說明Na+、Cl-的存在明顯加速了試樣的老化進程。
　　 3.通過懸臂梁缺口沖擊試驗及SEM斷面形貌觀察研究了酸性溶液老化對PC沖擊性能的影響，借助偏光顯微鏡、傅里葉紅外掃描儀及DSC等分析手段對其老化機理進行了探討，并與熱水老化試驗結果進行了對比研究。PC經65℃熱水老化24 h后沖擊強度稍有下降，但在