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CN104387740B - 高性能矿物填充pc/abs合金材料及其制备方法 - Google Patents

高性能矿物填充pc/abs合金材料及其制备方法 Download PDF

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CN104387740B CN201410705041.0A CN201410705041A CN104387740B CN 104387740 B CN104387740 B CN 104387740B CN 201410705041 A CN201410705041 A CN 201410705041A CN 104387740 B CN104387740 B CN 104387740B
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Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及高性能矿物填充PC/ABS合金材料及其制备方法，高性能矿物填充PC/ABS合金材料，由以下重量份的原料组成：双酚A型PC 60‑80份、母粒20‑40份、相容增韧剂1‑4份、抗氧剂0.1‑0.2份、润滑剂0.2‑0.3份、硅烷偶联剂0.4‑0.8份；母粒是滑石粉、偶联剂和ABS以质量比为45‑55:1‑3:45‑55组成的混合物。本发明制得的高性能矿物填充PC/ABS合金材料具有良好的冲击韧性，全面保证材料的综合性能，本发明的制备方法采用二次共混技术，使得无机填料均匀取向分布在基体内部，提高了合金材料的模量、强度和耐热性能。

Description

高性能矿物填充PC/ABS合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及高性能矿物填充PC/ABS合金材料及其制备方法。
背景技术
PC虽然是一种综合性能优异的工程塑料，但是它自身也存在一些缺陷：如熔体粘度大、易应力开裂、缺口敏感性较高等，因此，需要对PC材料进行改性研究，目前PC/ABS合金的改性方向得到了广泛的研究：为了改善PC/ABS合金某一方面的性能或者降低其生产成本，多数情况下会向合金中添加比例不同的无机粉体或纤维等填充剂进行改性，其中玻璃纤维的应用最为广泛。
与单纯的PC/ABS相比，玻璃纤维增强PC/ABS具有强度高，刚性大，耐应力开裂性好，耐热性高和电性能好等优点，但是玻璃纤维增强PC/ABS在刚性、强度提高的同时，使其冲击强度显著下降。而采用无机粉体进行填充，同样会导致材料的冲击韧性的显著下降，这就制约了无机填充类PC/ABS产品在具有高韧性要求的产品中的发展。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供一种高性能矿物填充PC/ABS合金材料及其制备方法，制得的高性能矿物填充PC/ABS合金材料具有良好的冲击韧性，全面保证材料的综合性能，本发明的制备方法采用二次共混技术，使得无机填料均匀取向分布在基体内部，提高了合金材料的模量、强度和耐热性能。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
高性能矿物填充PC/ABS合金材料，由以下重量份的原料组成：
双酚A型聚碳酸酯 60-80份
母粒 20-40份
相容增韧剂 1-4份
抗氧剂 0.1-0.2份
润滑剂 0.2-0.3份
硅烷偶联剂 0.4-0.8份
其中，所述母粒是滑石粉、偶联剂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物以质量比为45-55:1-3:45-55组成的混合物。
优选地，本发明的PC/ABS合金材料中ABS材料的用量为合金总质量的10-20%，确保制得的合金材料韧性好、强度高。
滑石粉分子式为Mg3〔Si4O10〕(OH)2。滑石属单斜晶系，晶体呈假六方或菱形的片状，偶见。通常成致密的块状、叶片状 、放射状、纤维状集合体。无色透明或白色，但因含少量的杂质而呈现浅绿、浅黄、浅棕甚至浅红色；解理面上呈珍珠光泽。硬度1，比重2.7～2.8。
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料，是丙烯腈（ACRYLONITRILE）、1,3- 丁二烯（BUTADIENE）、苯乙烯（STYRENE）三种单体的接枝共聚物，适于制作一般机械零件、减磨耐磨零件、传动零件和电讯零件。
其中，所述相容增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物（MBS）和高胶粉以质量比为2-3:1-2组成的混合物。
甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物（MBS），确保制得的PC/ABS合金材料不分层，物料的相容性好，且MBS材料起到辅助增韧的作用。优选地，高胶粉为ABS高胶粉，固含量高，增韧效果好，MBS材料和高胶粉以质量比为2-3:1-2混合的混合物，相容增韧性好，确保制得的合金材料韧性高，综合性能好。
其中，所述抗氧剂为汽巴1076和汽巴168以质量比为1:1组成的混合物。具体地，汽巴1076为主抗氧剂，汽巴168为辅抗氧剂。
其中，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯，所述硅烷偶联剂是KH550偶联剂。
其中，所述母粒是滑石粉、偶联剂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物以质量比为50:1:50组成的混合物。
季戊四醇硬脂酸酯（PETS），作为PC,ABS等高温专用润滑剂。具有1.显著的耐高温效果，在加工温度达到400℃时,仍然看不到明显的分解现象。2. 在塑料.化纤色母粒生产中可以作为高熔点塑料的颜料分散剂。3. 对部分结晶的塑料有极好的成核作用，所以它可以显著改善透明度及表面光洁度。显著的高效性；它的使用量低于大多数传统的润滑剂,典型用量0.1～1%之间。可降低生产成本。
KH550硅烷偶联剂，外观为无色或微黄色透明液体,通用性强，可溶于有机溶剂，但丙酮、四氯化碳不适宜作稀释剂。可溶于水，在水中水解，沸点217℃，密度P25'g/m1 0.946,折光率ND25:1.4205,闪点104℃,分子量221.4，含量≥97%。
优选地，高性能矿物填充PC/ABS合金材料，由以下重量份的原料组成：
双酚A型聚碳酸酯 60-70份
母粒 35-40份
相容增韧剂 1-3份
抗氧剂 0.1-0.2份
润滑剂 0.2-0.3份
硅烷偶联剂 0.4-0.8份。
更优选地，高性能矿物填充PC/ABS合金材料，由以下重量份的原料组成：
双酚A型聚碳酸酯 70-80份
母粒 25-30份
相容增韧剂 1-3份
抗氧剂 0.1-0.2份
润滑剂 0.2-0.3份
硅烷偶联剂 0.4-0.8份。
进一步优选地，高性能矿物填充PC/ABS合金材料，由以下重量份的原料组成：
双酚A型聚碳酸酯 70-75份
母粒 20-25份
相容增韧剂 1-3份
抗氧剂 0.1-0.2份
润滑剂 0.2-0.3份
硅烷偶联剂 0.4-0.8份。
高性能矿物填充PC/ABS合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述重量份配比称取原料；
（2）一次共混：先将偶联剂喷淋在滑石粉上，然后用混合机混合均匀，得到偶联剂处理的滑石粉；然后将ABS和偶联剂处理的滑石粉按比例共混，挤出造粒做成母粒；
（3）二次共混：将母粒和双酚A型聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、相容增韧剂、抗氧剂、润滑剂和硅烷偶联剂共混进行挤出造粒，制得高性能矿物填充PC/ABS合金材料。
其中，所述步骤（1）中，一次共混的挤出工艺分八区，八区的工艺温度分别为170℃、180℃、180℃、180℃、180℃、180℃、180℃、185℃，螺杆转速为150-250r/min；所述步骤（2）中，二次共混的挤出工艺分八区，八区的工艺温度分别为220℃、230℃、240℃、240℃、240℃、235℃、235℃、240℃，螺杆转速为150-250r/min。
本发明的有益效果：
本发明的高性能矿物填充PC/ABS合金材料通过二次共混后，滑石粉能够均匀的并且取向分布在材料基体里面，这样就很好的保证滑石粉增强的作用，同时由于滑石粉的均匀取向分布，在断裂过程中不同的位置吸收的能量就会比较均匀，所以能够保证材料的冲击性能。如果滑石粉没有均匀且取向分布在材料基体里面，能量的传递集中点就会不均匀，能量的传递方向也会混乱，而导致材料韧性下降。
本发明制得的高性能矿物填充PC/ABS合金材料具有良好的冲击韧性，全面保证材料的综合性能，本发明的制备方法采用二次共混技术，使得无机填料均匀取向分布在基体内部，提高了合金材料的模量、强度和耐热性能，其拉伸强度大于52.5MPa，伸长率大于98%，弯曲强度大于88MPa，热变形温度大于114℃，缺口冲击强度大于50 kJ/m2，且采用二次共混方法可显著降低PC/ABS工业化的成本。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明制得的合金材料的样条断面的5000倍扫描电镜图。
图2是本发明制得的合金材料的样条断面的20000倍扫描电镜图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
双酚A型聚碳酸酯 60.1份
母粒 36份
甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物 2份
高胶粉 1份
汽巴168 0.1份
汽巴1076 0.1份
季戊四醇硬脂酸酯PETS 0.3份
硅烷偶联剂KH550 0.4份；
其中，所述母粒为是滑石粉、KH550硅烷偶联剂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物以质量比为45:1:45组成的混合物。
本发明的高性能矿物填充PC/ABS合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述重量份配比称取原料；
（2）一次共混：先将偶联剂喷淋在滑石粉上，然后用混合机混合均匀，得到偶联剂处理的滑石粉；然后将ABS和偶联剂处理的滑石粉按比例共混，挤出造粒做成母粒；一次共混的挤出工艺分八区，八区的工艺温度分别为170℃、180℃、180℃、180℃、180℃、180℃、180℃、185℃，螺杆转速为200r/min；
（3）二次共混：将母粒和双酚A型聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、相容增韧剂、抗氧剂、润滑剂和硅烷偶联剂共混进行挤出造粒，二次共混的挤出工艺分八区，八区的工艺温度分别为220℃、230℃、240℃、240℃、240℃、235℃、235℃、240℃，螺杆转速为200r/min，制得高性能矿物填充PC/ABS合金材料。
实施例2
双酚A型聚碳酸酯 66.1份
母粒 30份
甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物 2份
高胶粉 1份
汽巴168 0.1份
汽巴1076 0.1份
季戊四醇硬脂酸酯PETS 0.3份
硅烷偶联剂KH550 0.4份；
其中，所述母粒为是滑石粉、KH550硅烷偶联剂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物以质量比为50:1:50组成的混合物。
本实施例的其余部分与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3
双酚A型聚碳酸酯 76.1份
母粒 20份
甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物 2份
高胶粉 1份
汽巴168 0.1份
汽巴1076 0.1份
季戊四醇硬脂酸酯PETS 0.3份
硅烷偶联剂KH550 0.4份；
其中，所述母粒为是滑石粉、KH550硅烷偶联剂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物以质量比为55:3:55组成的混合物。
本实施例的其余部分与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例4
双酚A型聚碳酸酯 70.5份
母粒 26份
甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物 2份
高胶粉 1份
汽巴168 0.1份
汽巴1076 0.1份
季戊四醇硬脂酸酯PETS 0.3份
硅烷偶联剂KH550 0.4份；
其中，所述母粒为是滑石粉、KH550硅烷偶联剂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物以质量比为50:2:50组成的混合物。
本实施例的其余部分与实施例1相同，这里不再赘述。
对比例1
双酚A型聚碳酸酯 69.6份
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 27份
甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物 2份
高胶粉 1份
汽巴168 0.1份
汽巴1076 0.1份
季戊四醇硬脂酸酯PETS 0.2份
该对比例1采用常规一次共混挤出造粒工艺加工。
对比例2
双酚A型聚碳酸酯 62份
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 24.1份
滑石粉 10份
甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物 2份
高胶粉 1份
汽巴168 0.1份
汽巴1076 0.1份
季戊四醇硬脂酸酯PETS 0.3份
硅烷偶联剂KH550 0.4份
该对比例2采用常规一次共混挤出造粒工艺加工。
本发明的实施例和对比例的综合测试数据如下：
本发明将制作的样条在液氮中进行脆断，其断面经过扫描电镜观察微观结构。从图1中扫描电镜中可以看出滑石粉均匀并且取向分布在基体中，这就使得滑石粉片层结构与基体的结合力加强，在外力作用下，基体在变形过程中滑石粉的片层结构会阻碍基体的变形起到增强的作用，同时断裂过程中这种片层结构从基体中拔出，也会消耗很大的能量，这就起到了增韧的作用。图2是图1的放大图，可显著显示出片层滑石粉的结构嵌入材料基体中。
本发明制得的高性能矿物填充PC/ABS合金材料具有良好的冲击韧性，全面保证材料的综合性能，本发明的制备方法采用二次共混技术，使得无机填料均匀取向分布在基体内部，提高了合金材料的模量、强度和耐热性能，其拉伸强度大于52.5MPa，伸长率大于98%，弯曲强度大于88MPa，热变形温度大于114℃，缺口冲击强度大于50 kJ/m2，且采用二次共混方法可显著降低PC/ABS工业化的成本。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.高性能矿物填充PC/ABS合金材料，其特征在于：由以下重量份的原料组成：
双酚A型聚碳酸酯 60-80份
母粒 20-40份
相容增韧剂 1-4份
抗氧剂 0.1-0.2份
润滑剂 0.2-0.3份
硅烷偶联剂 0.4-0.8份
其中，所述母粒是滑石粉、偶联剂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物以质量比为45-55:1-3:45-55组成的混合物；
所述相容增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物和高胶粉以质量比为2-3:1-2组成的混合物；
所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
2.根据权利要求1所述的高性能矿物填充PC/ABS合金材料，其特征在于：所述抗氧剂为汽巴1076和汽巴168以质量比为1:1组成的混合物。
3.根据权利要求1所述的高性能矿物填充PC/ABS合金材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂是KH550偶联剂。
4.根据权利要求1所述的高性能矿物填充PC/ABS合金材料，其特征在于：所述母粒是滑石粉、偶联剂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物以质量比为50:1:50组成的混合物。
5.根据权利要求1所述的高性能矿物填充PC/ABS合金材料，其特征在于：由以下重量份的原料组成：
双酚A型聚碳酸酯 60-70份
母粒 35-40份
相容增韧剂 1-3份
抗氧剂 0.1-0.2份
润滑剂 0.2-0.3份
硅烷偶联剂 0.4-0.8份。
6.根据权利要求1所述的高性能矿物填充PC/ABS合金材料，其特征在于：由以下重量份的原料组成：
双酚A型聚碳酸酯 70-80份
母粒 20-30份
相容增韧剂 1-3份
抗氧剂 0.1-0.2份
润滑剂 0.2-0.3份
硅烷偶联剂 0.4-0.8份。
7.根据权利要求1所述的高性能矿物填充PC/ABS合金材料，其特征在于：由以下重量份的原料组成：
双酚A型聚碳酸酯 70-75份
母粒 20-25份
相容增韧剂 1-3份
抗氧剂 0.1-0.2份
润滑剂 0.2-0.3份
硅烷偶联剂 0.4-0.8份。
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