双酚C改性聚碳酸酯的玻璃化转变与抗划伤性能研究：分子链高效堆积机制及其材料强化效应

为解决聚碳酸酯(PC)抗划伤性能差的核心问题，华东理工大学材料科学与工程学院团队通过熔融酯交换法制备了双酚A(BPA)/双酚C(BPC)共聚碳酸酯。研究发现BPC的引入显著降低动态脆性(m)与玻璃化转变温度(Tg)比值至0.25，证实其促进分子链高效堆积；通过β松弛活化能与密度测试揭示玻璃态更致密链堆积结构，最终使压缩屈服强度提升而应变硬化模量仅轻微下降，实现抗划伤性能突破。该研究为通过分子设计调控玻璃化转变行为优化材料力学性能提供新范式。

　　

聚碳酸酯(PC)作为透明工程塑料的"全能选手"，在汽车大灯、电子设备外壳等领域大显身手，却有个致命弱点——轻轻一划就留下永久伤痕。这种看似表面的缺陷实则暗藏危机：划痕不仅影响美观，更会成为应力集中点，诱发材料脆性断裂。传统解决方案如表面镀膜虽有效，但成本高昂且工艺复杂。更令人困惑的是，尽管PC具有优异的冲击韧性，其铅笔硬度仅为2B级，这种力学性能的矛盾现象背后，究竟隐藏着怎样的分子机制？

华东理工大学材料科学与工程学院先进聚合物材料上海市重点实验室的Jie Zhang、Hui Wang等研究人员独辟蹊径，从玻璃化转变这一基础科学问题入手，通过精确调控双酚A(BPA)与双酚C(BPC)的摩尔比，制备系列共聚碳酸酯。研究发现，BPC分子中新增的邻位甲基如同"分子积木"般重构了材料微观结构：当BPC含量增加时，动态脆性(m)的降幅远超玻璃化转变温度(T_g)，使m/T_g比值从0.42骤降至0.25。这个关键数据揭示，BPC单元能显著提升分子链在玻璃化转变过程中的堆积效率。通过密度测试、β松弛行为表征及活化能计算等实验，团队证实含BPC的共聚物在玻璃态形成了更致密的分子链网络。这种独特的微观结构使材料压缩屈服强度大幅提升，同时保持应变硬化模量基本不变，最终实现抗划伤性能的突破性进展。

研究采用熔融酯交换法合成共聚物，通过¹³C-NMR确认分子结构，差示扫描量热法(DSC)测定T_g和m值，动态力学分析(DMA)表征β松弛行为，纳米压痕仪评估划痕性能。

分子结构表征显示，所有样品均保持非晶态，透光率超过87%。随着BPC含量增加，¹³C-NMR中羰基碳化学位移向低场移动，证实BPC成功引入主链。

玻璃化转变行为分析发现，BPC含量每增加10mol%，T_g线性下降约5K，而m值降幅达15-20，表明BPC单元通过减弱链段协同运动能力改变玻璃化转变动力学。

β松弛与链堆积研究中，β松弛活化能从A-PC的58kJ/mol升至C-PC的67kJ/mol，结合密度增加0.6%，证实BPC促进局部链段运动受限，形成更紧密堆积。

力学性能与抗划伤机制方面，BPC含量30mol%时压缩屈服强度提升25%，划痕深度减少40%。应变硬化模量仅下降8%，说明BPC在增强屈服抗力的同时基本保持网络结构完整性。

这项发表于《Polymer》的研究突破性地建立了玻璃化转变动力学参数(m/T_g)与宏观力学性能的定量关系，阐明通过分子设计调控链堆积效率可定向优化材料性能。不同于传统增刚方法导致脆性增加的技术困境，BPC改性实现了"刚韧平衡"，为开发新一代高性能透明工程塑料提供全新思路。其揭示的"玻璃化转变-分子堆积-力学性能"三元关联机制，对高分子材料设计具有普适性指导意义。