液體介質(zhì)老化對(duì)聚碳酸酯結(jié)構(gòu)和沖擊性能的影響.pdf

1、目前，針對(duì)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(shí)際應(yīng)用過(guò)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(huì)的今天，PC制品在液體環(huán)境中的老化問(wèn)題日益突出。因此，研究PC在酸和鹽等液體介質(zhì)中的老化行為，對(duì)PC制品的老化預(yù)防和性能優(yōu)化具有十分重要的意義。本研究課題來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“透明聚碳酸酯注塑結(jié)

2、構(gòu)件成型-服役性能的數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究”(11172271)。
　　 本文對(duì)無(wú)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(jī)理進(jìn)行了深入探討。旨在揭示各種環(huán)境中PC的老化機(jī)理及其對(duì)沖擊性能的影響，為提升制品服役安全性和壽命預(yù)測(cè)提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，并可以對(duì)聚合物材料的制備和制品成型進(jìn)行優(yōu)化指導(dǎo)。主要工作包括:
　　 1.熱水老化對(duì)PC結(jié)構(gòu)和沖擊性能影響的研究。通過(guò)對(duì)熱水老化前后PC注塑試樣的沖擊性能進(jìn)行研究，考察

3、了PC沖擊強(qiáng)度隨老化時(shí)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(qiáng)度只是略微減小，隨老化時(shí)間的增加試樣的沖擊強(qiáng)度急劇減小至平衡值11 KJ/m2，其降幅達(dá)83％。光學(xué)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(dǎo)致高分子材料體系內(nèi)的增塑劑和水解小分子等可溶性物質(zhì)的溶解、抽出或遷移使試樣內(nèi)部形成缺陷。結(jié)合傅里葉紅外掃描、DSC等實(shí)驗(yàn)手段發(fā)現(xiàn)PC吸水后發(fā)生水解，其相對(duì)分子量降低。同時(shí)，在熱的作用下，PC高分子鏈構(gòu)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(guò)程中發(fā)生了脆韌性轉(zhuǎn)變，斷裂機(jī)制從剪切屈服機(jī)制為主的韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)殂y紋機(jī)制為主的脆性斷裂。另外，次級(jí)斷裂源區(qū)的白色銀紋質(zhì)呈現(xiàn)蓬松結(jié)構(gòu)，將亮條紋放大至10萬(wàn)倍發(fā)現(xiàn)，其中白色發(fā)亮物質(zhì)為尺寸為50nm級(jí)別的白色塊狀物，成無(wú)規(guī)律分布。
　　 2.氯化鈉鹽溶液老化對(duì)PC結(jié)構(gòu)和沖擊力學(xué)性能影響的研究。通過(guò)對(duì)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(jìn)行了對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，熱水老

5、化前期試樣的沖擊強(qiáng)度只是略微減小，而鹽溶液老化24 h后沖擊強(qiáng)度下降幅度高達(dá)80％。因?yàn)槁入x子、鈉離子加速了水分子的擴(kuò)散，在一定程度上促進(jìn)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(shí)也加速了試樣內(nèi)部缺陷的形成（宏觀觀察試樣表面及內(nèi)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(jí)斷裂源。斷裂機(jī)制的不同導(dǎo)致了老化前后試樣沖

6、擊性能的巨大差別，觀察結(jié)果表明在鹽溶液老化前期試樣就已經(jīng)發(fā)生了脆韌性轉(zhuǎn)變。與熱水老化相比較，發(fā)生脆韌性轉(zhuǎn)變所需的老化時(shí)間較短，說(shuō)明Na+、Cl-的存在明顯加速了試樣的老化進(jìn)程。
　　 3.通過(guò)懸臂梁缺口沖擊試驗(yàn)及SEM斷面形貌觀察研究了酸性溶液老化對(duì)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(duì)其老化機(jī)理進(jìn)行了探討，并與熱水老化試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究。PC經(jīng)65℃熱水老化24 h后沖擊強(qiáng)度稍有下降，但在