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专家深度剖析PC/ABS光老化

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空调出风口总成(PC/ABS),来源锦湖日丽

PC/ABS合金材料由于其优异的耐热性、韧性、耐疲劳强度和电镀性能,被广泛应用在存在光线照射的汽车内外饰部件上。如果不要求这些材料有耐光老化的效果,轻则发生颜色、表面光泽变化,重则,发生物性损失从而产生制品损坏甚至安全隐患。

那么,问题来了。


一、为什么PC/ABS合金的制品会在光照下产生颜色和物性的变化呢?

好吧,小编带大家先看看这个制品。

图1:PC/ABS材质电器外壳

一般PC/ABS的这些制品大多是有光照部分的装饰件,为了美观和安全考虑,它的表面都具有一些粗糙的皮纹,从而达到美观和漫反射光线的效果。长期光照以后,这些皮纹会发生变化,从而导致了光泽度的不同。

从微米级上看

我们把观察的尺度缩小一下,放到微米的范围(图2)。我们会发现PCABS分别独立的分为两个相。PC为连续相,称为海相,ABS为分散相,称为岛相。这些结构的不同带来了材料物理性质的不同。他们的变化,也导致了外观的变化。回复“PC”或“ABS”查看更多


图2:PC/ABS表面微米级图片

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二、以下我们具体看看:当PC(聚碳酸酯)遇到紫外光会发生什么?

1、从分子层面上看

为了详细研究聚碳酸酯分子(图3),我们把视野缩小到埃(也就是10 -10米),我们可以看到聚碳酸酯的每一个重复单元是由很多的原子按照一定规律组合而成的,而这些原子之间又通过各种化学键连接在一起。这许多的重复单元按照独特的规律连接在一起,带来了PC独特的特性。

我们再把目光缩小一点,我们可以看到碳原子上的p电子和空轨道如何和周围的氧原子、氢原子以及碳原子手拉手成为好朋友的。

我们再把目光缩小一点,夸克在向我们招手,波粒二相性逐渐体现出来。哦,不,这个……我们走的有点远,我们拉回到“埃”这个尺度。不同的分子键的能量(也就是键能)是不一样的,于是,PC的重复单元我们可以这样看:


图3:聚碳酸酯(PC)结构式


从上图,可以发现,在异亚丙基和碳酸酯碳氧键上,存在两个最弱的键能。也就是说,这里是聚碳酸酯分子最薄弱的环节。


那么问题又来了,这些薄弱的环节是怎么发生变化的呢?

首先我们看看异亚丙基上的反应:

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在受到长波长的作用的时候,PC的分子更加容易在异亚丙基上发生断裂,产生以上两个形态的自由基,引发链式反应。


接着,我们再看看碳酸酯键上是怎么运作的:

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图4:聚碳酸酯(PC)容易发生的重牌形式


在受到短波长的作用的时候,PC的分子更容易发生上述两种形式的重排。


2、从红外色谱图上看

在光、氧的作用下,会逐渐产生苯醌等生色基团,从而导致材料发生颜色变化。同时,分子链的断裂,会导致分子量的降低,从而使得材料的物性发生劣化。


通过下图的红外我们也可以发现随着光照时间的增加,在2h光照后,1690cm-1处的C=O伸缩振动发生降低:酯键断裂并伴随COCO2的散发。在1050cm-1处(碳酸酯键C-O的伸缩振动峰)的强度降低,也可以看出碳酸酯断裂的发生。


图5:聚碳酸酯(PC)不同情况下的红外色谱


3、扫描电镜照片上看

小编再带大家直观地看一下PC光老化的情况。下图是光老化前后PC表面的SEM(扫描电镜)照片。

图6:聚碳酸酯(PC)光老化前后的扫描电镜对比图


SEM显示光照后出现黄色的突起物,直径250nm,高度146nm。平均的表面粗糙度从25.59nm增加到39.82nm

当然,其他组分也会对PC的光老化产生影响。比如,从SEM照片可以看出,下面这种酞青蓝的色粉,就会导致PC的表面在光老化后发生粉化。

图7:酞青蓝对聚碳酸酯(PC)的光老化影响


那么问题再一次来了。

、当PC遇见紫外光,我们该如何改善PC的耐候性呢?

目前常用的是通过添加耐候剂,如紫外线吸收剂和炭黑来解决。

当然,也有童鞋会添加HALS这种自由基猝灭剂,只不过,在湿热老化以后,他会变成这样:

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图8:PC/ABS添加HALS后的湿热老化图


由于受阻胺的碱性的作用,会导致PC的降解,湿热老化后,物性基本完全丧失,ASTM的拉伸样条也完全发泡变形。

看到这里,小编也是醉了。所以,为了您和他人的安全,HALS虽好,可不要贪心哦。在PC的体系里,呵呵,最好还是不要no zuo no die了。


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