TWI654253B - 具有聚碳酸酯及聚碸的聚合物摻合物及其複合材料 - Google Patents
具有聚碳酸酯及聚碸的聚合物摻合物及其複合材料Info
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Abstract
本發明提供一種具有聚碳酸酯及聚碸的聚合物摻合物，其包含聚碳酸酯樹脂、聚碸樹脂以及溶解聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂之一溶劑，其中，聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂間的混合比例介於1：3至3：1；藉此，本發明透過調整聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂的混合比例，使聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂的基團能夠穩定相容，且大幅提升玻璃轉移溫度，進一步達到高溫耐受性以及提升機械性能的效果。
Description
本發明係關於一種熱塑性材料之聚合物摻合物，尤指一種具有聚碳酸酯及聚碸的聚合物摻合物及其複合材料。
按，聚碳酸酯係具有優良抗拉強度及抗衝擊性的機械特性，而且聚碳酸酯還具有良好之抗熱性及光學透明性，因此，目前聚碳酸酯廣泛地應用在多種工業領域中。
而許多業者為了提升聚碳酸酯的高溫耐受性及機械特性，進一步製成含有聚碳酸酯的共聚物，如台灣發明專利第I572637號揭示一種聚碳酸酯-聚有機矽氧烷共聚物、其製造方法及含該共聚物之聚碳酸酯樹脂，其透過實驗調配聚碳酸酯及聚有機矽氧烷的濃度比例，進而製備出維持聚有機矽氧烷之耐衝擊性的共聚物，且還能進一步提升高溫耐受的穩定性。
然而，聚有機矽氧烷不具有高機械強度的物理性質，因而上述聚碳酸酯-聚有機矽氧烷製成的共聚物無法提升改善聚碳酸酯的機械特性。
有鑑於此，本發明使用聚碳酸酯與聚碸進行改質相容，其中，聚碸為熱塑性聚合材料，其具有優良機械強度及穩定高溫耐受性，據以，製成聚
碳酸酯及聚碸摻合物具有高溫耐受性以及提升機械性能的效果。
為了解決上述課題，本發明提供一種具有聚碳酸酯及聚碸的聚合物摻合物，其透過有效調配聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂的混合比例，使聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂的基團能夠穩定相容；而且，具有聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂的聚合物摻合物相較於單一聚碳酸酯可大幅提升玻璃轉移溫度，進一步達到高溫耐受性的目的以及提升機械性能的效果。
本發明提供一種具有聚碳酸酯及聚碸的聚合物摻合物，其包含：聚碸樹脂，聚碳酸酯樹脂及一溶解聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂之溶劑，聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂間的混合比例介於1：3至3：1，溶劑為一極性非質子溶劑，極性非質子溶劑可為N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞碸、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、環戊酮及二氯甲烷。
本發明另一實施例提供一種含有上述之聚合物摻合物製成的複合材料，複合材料包含一纖維強化基質，纖維強化基質浸置於聚合物摻合物，浸置後之纖維強化基質置於170℃至300℃之環境固化及壓合形成含有聚碳酸酯樹脂及聚碸樹脂之一薄膜。
藉此，本發明透過有效調配聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂的混合比例，使聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂的基團能夠穩定相容，且大幅提升玻璃轉移溫度，進一步達到高溫耐受性以及提升機械性能的效果。
圖1係為本發明具有聚碳酸酯及聚碸的聚合物摻合物之玻璃轉移溫度曲線圖，表示聚合物摻合物中不同混合比例的聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂條件時，分別測試玻璃轉移溫度。
圖2係為本發明具有聚碳酸酯及聚碸的聚合物摻合物之彎曲係數長條分析圖，表示聚合物摻合物中不同混合比例的聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂條件時，分別測試複合材料之彎曲係數。
圖3係為本發明具有聚碳酸酯及聚碸的聚合物摻合物之彎曲強度長條分析圖，表示聚合物摻合物中不同混合比例的聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂條件時，分別測試複合材料之彎曲強度。
為便於說明本發明於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。實施例中各種不同物件係按適於列舉說明之比例，而非按實際元件的比例予以繪製，合先敘明。
請配合參閱圖1至圖3所示，本發明提供一種具有聚碳酸酯及聚碸的聚合物摻合物，其包含：聚碸樹脂、聚碳酸酯樹脂及一溶解聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂之溶劑。
聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂間的混合比例介於1：3至3：1，且聚碳酸樹脂與聚碸樹脂的總重量百分比介於20%至60%，於本實施例中，聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂的總重量百分比為40%；聚合物摻合物中聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂的總固體含量為30%，其中，溶劑係為一極性非質子溶劑，極性非質子溶劑可為
N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞碸(DMSO)、二甲基甲醯胺(DMAC)、二甲基乙醯胺(DMF)、環戊酮及二氯甲烷所成之群組中的任一種，但本發明不限於此。
本實施例聚合物摻合物的製備步驟，將溶劑填入於容器並加熱升溫至60℃，且聚合物分別緩慢添加於容器中持續加熱攪拌，其中，聚碳酸酯樹脂及聚碸樹脂各別與溶劑的混合比例介於1：4及2：3，使得聚碳酸酯樹脂及聚碸樹脂分別溶解於溶劑中，形成一聚碳酸酯樹脂溶液及一聚碸樹脂溶液。
如上述表1及表2所示，經實驗獲得，聚碳酸酯樹脂與溶劑之混合
比例為1：4條件時，聚碳酸酯樹脂溶液中聚碳酸酯樹脂的固體含量為20%，聚碸樹脂與溶劑之混合比例為1：4條件時，聚碸樹脂溶液中聚碸樹脂的固體含量為20%；換言之，聚碳酸酯樹脂與溶劑之混合比例為2：3條件時，聚碳酸酯樹脂溶液中聚碳酸酯樹脂的固體含量為40%，聚碸樹脂與溶劑之混合比例為2：3條件時，聚碸樹脂溶液中聚碸樹脂的固體含量為40%。於本發明較佳實施例中，聚碳酸酯樹脂與溶劑之混合比例係為3：7，聚碳酸酯樹脂溶液中聚碳酸酯樹脂的固體含量為30%，聚碸樹脂與溶劑之混合比例係為3：7，聚碸樹脂溶液中聚碸樹脂的固體含量為30%。
後續，為了探討聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂間的最佳配比參數，因此，本實驗將聚碳酸酯樹脂溶液與聚碸樹脂溶液間的混合比例分別調配成1：3、1：1及3：1，並以聚碳酸酯樹脂溶液與聚碸樹脂溶液作為對照組。
接著，分別在不同配比含量組成的聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂溶液浸置一纖維強化基質，於本實施例中，纖維強化基質係透過碳纖維材質製成，浸置後的纖維強化基質表面形成含有聚碳酸酯樹脂及聚碸樹脂之薄膜，再將纖維強化基質置於170℃至300℃環境中、固化時間為2分鐘進行乾燥，於本實施例
中，纖維強化基質係升溫至220℃進行乾燥固化。之後，浸置後的纖維強化基質堆疊有複數層結構，並於260℃的溫度以及6MPa壓力進行壓合形成層壓複合材料。
後續，透過ASTM國際標準組織各別測試複合材料的彎曲係數及強度，並利用動態熱機械分析儀(Dynamic Mechanical Analyzer、DMA)分析聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂的聚合物摻合物之玻璃轉移溫度。
請配合圖1及上述表4所示，經銳意實驗發現，聚碸樹脂溶液之玻璃轉移溫度值高達198℃，聚碳酸酯樹脂溶液之玻璃轉移溫度值為155℃，而當聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂間的混合比例為50：50(1：1)及75：25(3：1)條件時，聚合物摻合物分別測得兩個玻璃轉移溫度的Tanδ信號；反之，當聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂間的混合比例調配成25：75(1：3)條件時，聚合物摻合物則測得單一玻璃轉移溫度的Tanδ信號。
特別說明的是，當聚合物材料達到玻璃轉移溫度(Tg℃)時，聚合物材料內的長鏈分子會形成流動性，使得聚合物材料結構軟化，而且單聚合物僅
會呈現單一玻璃轉移溫度信號。
另外，若將兩種聚合物調配混合，可能會出現以下三種情況：
1.當兩聚合物為完全不互相溶，且兩聚合物形成完全分離狀態，此時兩聚合物間無分子作用力，藉以分析出兩個玻璃轉移溫度信號。
2.當兩聚合物為部分相溶，且兩聚合物間保留部分相互鍵結作用力，據以會分析兩個玻璃轉移溫度信號，其值會在各個聚合物玻璃轉移溫度信號之間，而且當兩聚合物混合越相容，兩個玻璃轉移溫度信號越接近彼此。
3.當兩聚合物為完全相溶，此時會分析出單一玻璃轉移溫度信號。
顯然，聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂之混合比例為50：50(1：1)及75：25(3：1)條件時，此時聚碳酸酯樹脂溶液與聚碸樹脂溶液僅為部分相溶，相對地，聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂間的混合比例調配成25：75(1：3)條件時，聚碳酸酯樹脂溶液與聚碸樹脂溶液彼此間形成穩定相溶。
後續，請配合圖2、圖3及上述表5所示，複合材料經過ASTM國際標準組織測試彎曲係數與彎曲強度後發現，複合材料對應聚碸樹脂溶液測得的彎曲
係數為60GPa，且彎曲強度高達950MPa；複合材料對應聚碳酸酯樹脂溶液測得的彎曲係數為53GPa，且彎曲強度高達789MPa。其中，聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂間的混合比例為50：50(1：1)及75：25(3：1)條件時，複合材料測得的彎曲係數反而大幅下降至50GPa，而且當聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂間的混合比例為75：25(3：1)時，複合材料測得的彎曲強度會下降至659MPa；相對地，當聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂間的混合比例為25：75(1：3)時，複合材料測得的彎曲係數為56GPa，此時本發明複合材料的彎曲係數介於單一聚碳酸酯樹脂製成複合材料與單一聚碸樹脂製成的複合材料間，且彎曲強度為780MPa，顯然，聚合物摻合物中聚碳酸酯樹脂的含量對應複合材料的彎曲係數成反比。
經實驗獲得，本實施例之聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂間的混合比例調配成25：75(1：3)時，聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂的基團能夠穩定相容，並相對聚碳酸酯樹脂溶液大幅提升聚合物摻合物的玻璃轉移溫度，進一步達到高溫耐受性的功效，而且還能相對聚碳酸酯樹脂提升複合材料的彎曲係數，達到增進聚合物摻合物之機械性能之目的。
本發明業經參考具體之實施例予以揭示。熟識該技藝之知識者應理解，本發明可於不悖離本發明知基本特徵之範疇內修飾。據此，必須認為，所公開之實施例係其詳細說明之具體實施例而非其限制性具體實施例。本發明之範疇係顯示於後附之申請專利範圍中，且所有處於其同等範疇內之偏差應解釋為包括於本發明中。
Claims (5)
- 一種具有聚碳酸酯及聚碸的聚合物摻合物，其包含：聚碸樹脂；聚碳酸酯樹脂，聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂間的重量混合比例為1：3；以及一溶解聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂之溶劑，該溶劑為一極性非質子溶劑，該極性非質子溶劑選自於由N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞碸、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、環戊酮及二氯甲烷所成之群組中的任一種。
- 如請求項1所述之具有聚碳酸酯及聚碸的聚合物摻合物，其中，聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂的總重量百分比介於20%至60%。
- 如請求項2所述之具有聚碳酸酯及聚碸的聚合物摻合物，其中，聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂的總重量百分比為40%。
- 如請求項1所述之具有聚碳酸酯及聚碸的聚合物摻合物，其中，該聚合物摻合物中聚碳酸酯樹脂與聚碸樹脂的總固體含量為30%。
- 一種含有請求項1之聚合物摻合物製成的複合材料，該複合材料包含一纖維強化基質，該纖維強化基質浸置於該聚合物摻合物，浸置後之該纖維強化基質置於170℃至300℃之環境固化及壓合形成含有聚碳酸酯樹脂及聚碸樹脂之一薄膜。
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