PC/ABS熱穩(wěn)定性差的原因、造成損害、如何提升？

PC/ABS熱穩(wěn)定性差的原因、造成損害、如何提升？就此問題，轉(zhuǎn)載了佳易容的文章：

1. PC/ABS熱穩(wěn)定性差造成的損害

作為PC/ABS的改性制造商，常會在造粒過程中，特別是客戶注塑時遇到一些質(zhì)量問題，如表面銀絲，氣痕，顏色發(fā)黃，韌性下降等，或者在后期的熱氧老化試驗、裝配、打螺絲孔等過程中出現(xiàn)失效。而常規(guī)的改善措施在開始時都會失效。這是什么原因造成的呢？我們看一些常見的案例。

案例一

某汽車配套廠在使用PC/ABS注塑某牌號汽車尾燈時，連續(xù)多天出現(xiàn)表面銀絲。經(jīng)過排查，粒料干燥及注塑溫度均無問題。后觀察發(fā)現(xiàn)注塑機(jī)料筒較大，長度較長，其塑化容量為制件重量的近8倍，稍作停留銀絲就會加重。因此熔體受熱過久所致分解氣體較多，是導(dǎo)致此銀絲的根本原因。后通過減少塑化量解決。

案例二 螺絲孔開裂

某汽車配套廠在使用PC/ABS生產(chǎn)TFT面板，在后期打螺絲孔時出現(xiàn)開裂。排查發(fā)現(xiàn)，原材料檢測沖擊合格，通過模流分析也排除了熔接線的原因。后通過降低加工溫度及減短熔膠時間，避免材料由于長時間受熱而分解變脆，問題得到解決。

案例三

某改性廠使用回料PC/ABS制作電纜接線盒（較厚）時，總是出現(xiàn)裝配開裂的情況，即使補(bǔ)充高膠粉也無改善。后通過添加某含有環(huán)氧基團(tuán)的助劑才得以解決，而此環(huán)氧基團(tuán)助劑一個重要作用是提升PC/ABS熱穩(wěn)定性。

通過分析上面的案例，我們可以發(fā)現(xiàn)：其最終原因都指向了PC/ABS的熱穩(wěn)定性問題。然而，在開始面對這些問題的時候，我們卻很難直接想到這一點（如遇到螺絲孔開裂，我們最直接的反應(yīng)就是熔接線問題或者膠量不足），這也反映了PC/ABS熱穩(wěn)定性問題的隱秘性和復(fù)雜性。面對這些問題，我們常用的招數(shù)是降低注塑溫度、減少塑化量等，但這卻是治標(biāo)不治本的。而且在大多數(shù)情況下，工藝的改變是受限制的或者會帶來新的問題。

那么，對于PC/ABS制造商來說，有一個非常重要的問題：為什么PC/ABS的熱穩(wěn)定性這么差？有什么根本的改善措施嗎？

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2. PC/ABS熱穩(wěn)定性差的原因

一般來說，PC/ABS的熱穩(wěn)定性與PC和ABS的熱穩(wěn)定性都有關(guān)系。但由于PC含有強(qiáng)極性的酯基，其在熱的條件下極易受微量水分、酸堿離子、ABS合成中殘留助劑等的影響而發(fā)生降解，因此PC部分對PC/ABS的熱穩(wěn)定性影響至關(guān)重要，因而更需要關(guān)注。

PC的降解很容易發(fā)生。下列左圖是PC的結(jié)構(gòu)示意圖及各化學(xué)鍵鍵能情況，其在單純的高溫、高剪切情況下即可發(fā)生異丙基鏈斷裂、碳酸鍵重排等反應(yīng)，而在微量的水分、醇、ABS合成中殘留的堿性電解質(zhì)及催化劑、阻燃劑 、HALS、金屬鹽等的作用下會極大加劇降解速率，下列右圖為PC受醇和水的進(jìn)攻發(fā)生降解的示意圖。

另外，現(xiàn)在的PC生產(chǎn)商在合成過程中一般已經(jīng)進(jìn)行了封端處理，但仍會有部分羥基殘留，特別是在一些流動性較高、分子量分布較寬的產(chǎn)品里。

因此，針對這些問題，我們能夠著手改善的方法主要是添加抗氧劑和粒料充分干燥?？寡鮿┳饔脵C(jī)理是捕捉降解過程中產(chǎn)生的自由基和分解氫過氧化物，但對已經(jīng)生成的水分和醇類卻難以起到作用，且其本身由于遷移、堿性等因素也會對產(chǎn)品造成損害。

而PC加工時由于酯基對水分的強(qiáng)敏感性，要求水分含量＜0.02%，下圖是PC烘料溫度和時間對含水率的影響?？梢钥闯觯胱尯蔬_(dá)到安全線以下，要求粒料至少在120℃烘干4h以上，由于設(shè)備、效率等因素，很多加工廠是達(dá)不到這個條件的。

PC的降解帶來了很大的傷害。PC分子鏈斷裂位置是隨機(jī)的，而降解中產(chǎn)生的水分等會進(jìn)一步引發(fā)其他分子鏈的斷裂，這會造成分子量的急劇下降和分子量分布寬度的加大，導(dǎo)致整個合金外觀和機(jī)械性能的下降。

下列左圖為PC分子量對缺口沖擊強(qiáng)度的影響，可以看出，PC分子量為2w左右時是一個臨界點，低于此值時其沖擊強(qiáng)度急劇下降。右圖為市場常見PC分別取粒子、正常注塑樣板、注塑熱停留后樣板測分子量，可以看出，各樣品正常注塑打板的分子量與粒子相比稍有下降，但基本還在PC分子量臨界值附近，但稍作熱停留后，即發(fā)生大幅度下降到臨界值之下，沖擊強(qiáng)度損失嚴(yán)重。

通過以上分析，我們就可以理解上一篇文章中那些注塑過程中由于料筒過大、注塑時溫度偏高以及制件較大時導(dǎo)致熔體熱停留時間長而造成的銀絲、螺絲孔開裂等問題了。
綜上所述，PC/ABS是較易發(fā)生熱降解的，而其降解后所帶來的問題現(xiàn)象卻令人很難直接歸因于PC/ABS的熱穩(wěn)定性問題，這顯示了PC/ABS熱穩(wěn)定性問題的隱秘性，而其帶來的損害卻是相當(dāng)嚴(yán)重的。常規(guī)的添加抗氧劑、充分干燥等方式由于作用機(jī)理、本身特性及客觀條件等限制存在其局限性。
那么，有沒有什么方式，可以彌補(bǔ)抗氧劑的缺陷，不僅能夠通過封端中止降解反應(yīng)，也可以消滅降解中產(chǎn)生的小分子，甚至對PC分子鏈進(jìn)行修補(bǔ)呢？

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3. 如何提升PC/ABS熱穩(wěn)定性？

前兩篇文章談到了PC/ABS熱穩(wěn)定性差造成加工過程中易出現(xiàn)變色、銀絲、脆化等問題，而添加抗氧劑、玩命烘干等方法卻難以奏效。根據(jù)前面分析PC/ABS降解的特點，解決問題的關(guān)鍵是如何捕捉高分子鏈上的活性官能團(tuán)、防止連鎖反應(yīng)，以及對分子鏈進(jìn)行修補(bǔ)。

一種帶有環(huán)氧官能團(tuán)的的苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物（佳易容?SAG-001）帶來了令人驚喜的效果。SAG-001偏中性的特點避免了抗氧劑或者其他助劑由于酸堿性對PC的負(fù)面作用，其主鏈的SAN部分可與ABS相容良好，而側(cè)鏈的環(huán)氧基團(tuán)則可與PC的端羥基或端羧基發(fā)生反應(yīng)。其在PC降解前即可與PC活性端基反應(yīng)，減少活性端基的密度；而對降解后的PC同樣可以進(jìn)行封端甚至擴(kuò)鏈。下列是其作用示意圖：

SAG-001對PC/ABS降解的預(yù)防和修復(fù)的雙重防護(hù)帶來了熱穩(wěn)定性的明顯提升：

由上圖可以看到，不論是將PC/ABS粒子直接在200℃做熱氧老化，還是在260℃注塑機(jī)中做熱停留，加入SAG-001后，其黃化程度均大幅減小。同時發(fā)現(xiàn)，其氧化誘導(dǎo)溫度提升了8℃以上：

還有一種檢驗PC/ABS熱穩(wěn)定性的簡單方法，即在含水條件下進(jìn)行加工，看熔指上升的比率，上升比率越大，表明降解越嚴(yán)重。根據(jù)某日本PC/ABS廠商的測試結(jié)果，加入1%SAG-001后，PC/ABS含水加工前后的MVR上升率由310%下降到了250%，PC/ABS的降解得到了抑制。我們發(fā)現(xiàn) SAG-001對PC/ABS（70/30）的機(jī)械性能不會造成損害，甚至略有提升。

加入SAG-001后，PC/ABS的缺口沖擊強(qiáng)度均出現(xiàn)一定幅度的提升，而拉伸、彎曲、耐熱等性能基本不變。

在PC/ABS市場競爭透明化、白熱化的今天，實現(xiàn)產(chǎn)品的差異化、高性能化、提升顧客體驗（如拓寬加工窗口等）成為PC/ABS制造商勝人一籌的必由之路，而提升PC/ABS的熱防護(hù)性能是其中重要一步。
據(jù)悉，國內(nèi)外一些知名PC/ABS生產(chǎn)廠商已經(jīng)規(guī)模化使用此產(chǎn)品或類似產(chǎn)品，如錦湖日麗在幾乎所有的PC/ABS產(chǎn)品（包括通用、阻燃、電鍍、噴涂、吹塑、手機(jī)專用料等）都添加了SAG-001,；三星在其PC/ABS產(chǎn)品中也使用了類似結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，這些也許能為大家提供一些有益的思考和借鑒。

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來源微信號：相容化技術(shù)論壇?佳易容

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