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CN104788930A - 超韧pc/abs合金及其制备方法 - Google Patents

超韧pc/abs合金及其制备方法 Download PDF

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CN104788930A
CN104788930A CN201510210436.8A CN201510210436A CN104788930A CN 104788930 A CN104788930 A CN 104788930A CN 201510210436 A CN201510210436 A CN 201510210436A CN 104788930 A CN104788930 A CN 104788930A
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abs alloy
abs
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super tough
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覃辉林
李强
罗明华
辛敏琦
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Shanghai Kumho Sunny Plastics Co Ltd
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Shanghai Kumho Sunny Plastics Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种超韧PC/ABS合金及其制备方法；所述超韧PC/ABS合金包括如下重量份数的各组分：聚碳酸酯30～70份，ABS树脂20～60份，等离子体处理后的聚丙烯腈纤维1～30份，偶联剂1～5份，抗氧剂0.1～1份，润滑剂0.1～1份。制备时，将上述各组分依次加入混合搅拌机中，充分混合后，置于双螺杆挤出机中挤出造粒，所述双螺杆挤出机的温度为230～320℃，转速为300～1000r/min。本发明通过加入等离子体处理后的聚丙烯腈纤维，利用偶联剂来提高纤维和聚合物的相容性，从而极大地提高PC/ABS合金材料的韧性。

Description

超韧PC/ABS合金及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子改性技术领域，具体涉及一种超韧PC/ABS合金及其制备方法。
背景技术
PC/ABS是由聚碳酸酯(Polycarbonate)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)组成的一种聚合物合金材料，结合了两种材料特性的合金，如ABS材料的成型性和PC的机械性、冲击强度和耐温、抗紫外线(UV)等性质。已经被广泛使用在汽车内部零件等领域。
PC/ABS具有较好的韧性，主要是通过ABS以及其他等增韧剂的含量等手段来调节材料的韧性。但是当材料韧性达到一定水平后，随着增韧剂含量的增加，增韧效果并不理想，有时甚至下降。因此为了满足对材料韧性要求的提高以适应于特殊场合和领域，因此有必要开发出一种超韧性PC/ABS合金的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种超韧PC/ABS合金及其制备方法；该方法主要是将基体树脂和经过等离子体处理后短切的聚丙烯腈纤维通过螺杆挤出来制备一种超韧PC/ABS合金。本发明通过在PC/ABS中加入等离子体处理后的聚丙烯腈纤维来获得超高韧性，聚丙烯腈纤维在加工过程中不能熔融，但是由于聚丙烯腈和聚合物之间的极性差异较大导致相容性特别差，导致聚丙烯腈纤维不能在聚合物中进行良好的分散从而导致性能很差。为了改善聚丙烯腈纤维和基体材料的相容性，对聚丙烯腈纤维进行等离子体处理，增加纤维表面的粗糙度和纤维表面的极性基团，通过添加偶联剂偶联来提高纤维和聚合物的相容性，从而极大地提高PC/ABS合金材料的韧性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
本发明涉及一种超韧PC/ABS合金，所述超韧PC/ABS合金包括如下重量份数的各组分：聚碳酸酯30～70份，ABS树脂20～60份，等离子体处理后的聚丙烯腈纤维1～30份，偶联剂1～5份，抗氧剂0.1～1份，润滑剂0.1～1份。
作为优选技术方案，所述等离子体处理后的聚丙烯腈纤维是由直径为5～15μ的聚丙烯腈纤维经过等离子体处理后短切而成，长度为3～7mm。更优选等离子体处理后的聚丙烯腈纤维10～20份。
作为优选技术方案，所述等离子处理具体指在反应性气体气氛为氧气、氮气或者氨气的条件下，通过调整等离子体反应器的放电功率和等离子体反应器中的气压来调节聚丙烯腈纤维被刻蚀后损失的重量分数，使刻蚀的重量分数保持在0.1～1.0％。为避免聚丙烯腈纤维过度刻蚀损坏材料的性能，聚丙烯腈纤维的失重率为0.1～1.0％；通过失重率来调控等离子体反应器中的脉冲、两级电压和处理时间等参数。
作为优选技术方案，所述聚碳酸酯的相对分子量为16000～35000g/mol，玻璃化温度为140～150℃。
作为优选技术方案，所述ABS树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯组成的接枝共聚物，其中，丁二烯的质量百分比含量为10～55％。
作为优选技术方案，所述偶联剂为硅烷类偶联剂RSiX3，式中，R为氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基或甲基丙烯酰氧基，X为能够水解的烷氧基(如甲氧基、乙氧基等)。本发明的硅烷偶联剂实质上是一类具有有机官能团的硅烷，在其分子中同时具有能和无机质材料(如玻璃、硅砂、金属等)化学结合的反应基团及与有机质材料(合成树脂等)化学结合的反应基团。这些基团和不同的基体树脂均具有较强的反应能力。
作为优选技术方案，所述其他助剂包括抗氧剂、润滑剂中的一种或两种。
作为优选技术方案，所述抗氧剂包括四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]、双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯或三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或多种。
作为优选技术方案，所述润滑剂包括液体石蜡、固体石蜡、硅烷聚合物、脂肪酸盐、硬脂酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸锌、甲撑双硬脂酸酰胺或N，N-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。
本发明还涉及一种所述的超韧PC/ABS合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
A、将所述聚碳酸酯、ABS树脂、偶联剂、抗氧剂及润滑剂依次加入混合搅拌机中，充分混合后，置于双螺杆挤出机；
B、等离子体处理好的聚丙烯腈纤维在空气中停留1～5min后直接导入所述双螺杆挤出机，与步骤A中混合得到的混合物料共混，挤出造粒。
作为优选技术方案，所述双螺杆挤出机的温度为230～320℃，转速为300～1000r/min。
作为优选技术方案，所述双螺杆挤出机的螺杆为同向双螺杆，该同向双螺杆的长径比>30。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
通过在PC/ABS合金中加入聚丙烯腈纤维，由于聚丙烯腈纤维在加工过程中始终保持为纤维状，故在聚合物中最终相态中存在类似微纤的聚丙烯腈纤维，通过对聚丙烯腈纤维进行等离子体处理，并加入特定的偶联剂可明显改善聚丙烯腈纤维在聚合物中的相容性，提高界面强度，从而极大地提高PC/ABS材料的韧性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明中，PC树脂的相对分子量为16000～35000g/mol，其玻璃化温度为140～150℃；所述ABS树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯组成的接枝共聚物，其中丁二烯的质量百分比含量为10～55％；所述的偶联剂主要是硅烷类偶联剂RSiX3，式中，R为氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基或甲基丙烯酰氧基，X为能够水解的烷氧基；所述的聚丙烯腈纤维为等离子体处理过的聚丙烯腈纤维，由直径为5～15μ的聚丙烯腈纤维经过等离子体处理后的长纤经过螺杆剪切所得，长度为3～7mm；所述等离子处理具体指在反应性气体气氛为氧气、氮气或者氨气等反应性气体，通过调整等离子体反应器的放电功率和等离子体反应器中的气压来调节玻璃纤维被刻蚀后损失的重量分数，使刻蚀的重量分数保持在0.1～1.0％，然后让处理好的长丝在空气中停留1～5min后直接导入双螺杆挤出机；为避免聚丙烯腈纤维过度刻蚀损坏材料的性能，聚丙烯腈纤维的失重率为0.1～1.0％；其他助剂包括抗氧剂和润滑剂，均为市售。为了更好的理解和实施，下面结合实施例详细说明本发明一种超韧PC和ABS合金的制备方法。
实施例1
本实施例涉及一种超韧PC/ABS合金及其制备方法，具体包括如下步骤：
(1)按以下组分及重量份备料：
(2)按照步骤(1)中各组分的重量份，将聚碳酸酯树脂、ABS树脂、偶联剂、抗氧剂及润滑剂依次加入混合搅拌机中，充分混合后投置于双螺杆挤出机；等离子体处理好的聚丙烯腈纤维在空气中停留2min后直接导入所述双螺杆挤出机，与前述混合得到的混合物料共混，挤出造粒；控制双螺杆挤出机的机筒温度为260℃，螺杆转速为600rpm。
所述PC树脂的相对分子量为24000g/mol，其玻璃化温度为150℃。
所述聚丙烯腈纤维为等离子体处理后的聚丙烯腈纤维，由直径为6μ的聚丙烯腈纤维经过等离子体处理后的长纤短切成5mm的聚丙烯腈短纤，等离子体处理后聚丙烯腈纤维的失重率为0.5％。
实施例2
本实施例涉及一种超韧PC/ABS合金及其制备方法，具体包括如下步骤：
(1)按以下组分及重量份备料：
(2)按照步骤(1)中各组分的重量份，将聚碳酸酯树脂、ABS树脂、偶联剂、抗氧剂及润滑剂依次加入混合搅拌机中，充分混合后投置于双螺杆挤出机；等离子体处理好的聚丙烯腈纤维在空气中停留2min后直接导入所述双螺杆挤出机，与前述混合得到的混合物料共混，挤出造粒；控制双螺杆挤出机的机筒温度为260℃，螺杆转速为600rpm。
所述PC树脂的相对分子量为20000g/mol，其玻璃化温度为145℃；
所述聚丙烯腈纤维为等离子体处理后的聚丙烯腈纤维，由直径为6μ的聚丙烯腈纤维经过等离子体处理后的长纤短切成5mm的聚丙烯腈短纤，等离子体处理后聚丙烯腈纤维的失重率为0.5％。
实施例3
本实施例涉及一种超韧PC/ABS合金及其制备方法，具体包括如下步骤：
(1)按以下组分及重量份备料：
(2)按照步骤(1)中各组分的重量份，将聚碳酸酯树脂、ABS树脂、偶联剂、抗氧剂及润滑剂依次加入混合搅拌机中，充分混合后投置于双螺杆挤出机；等离子体处理好的聚丙烯腈纤维在空气中停留5min后直接导入所述双螺杆挤出机，与前述混合得到的混合物料共混，挤出造粒；控制双螺杆挤出机的机筒温度为230℃，螺杆转速为300rpm。
所述PC树脂的相对分子量为35000g/mol，其玻璃化温度为150℃；
所述聚丙烯腈纤维为等离子体处理后的聚丙烯腈纤维，由直径为5μ的聚丙烯腈纤维经过等离子体处理后的长纤短切成3mm的聚丙烯腈短纤，等离子体处理后聚丙烯腈纤维的失重率为0.1％。
实施例4
本实施例涉及一种超韧PC/ABS合金及其制备方法，具体包括如下步骤：
(1)按以下组分及重量份备料：
(2)按照步骤(1)中各组分的重量份，将聚碳酸酯树脂、ABS树脂、偶联剂、抗氧剂及润滑剂依次加入混合搅拌机中，充分混合后投置于双螺杆挤出机；等离子体处理好的聚丙烯腈纤维在空气中停留1min后直接导入所述双螺杆挤出机，与前述混合得到的混合物料共混，挤出造粒；控制双螺杆挤出机的机筒温度为320℃，螺杆转速为1000rpm。
所述PC树脂的相对分子量为16000g/mol，其玻璃化温度为140℃；
所述聚丙烯腈纤维为等离子体处理后的聚丙烯腈纤维，由直径为15μ的聚丙烯腈纤维经过等离子体处理后的长纤短切成7mm的聚丙烯腈短纤，等离子体处理后聚丙烯腈纤维的失重率为1.0％。
对比例1
本对比例涉及一种PC/ABS合金及其制备方法，具体包括如下步骤：
(1)按以下组分及重量份备料：
(2)按照步骤(1)中各组分的重量份，将聚碳酸酯树脂、ABS树脂、偶联剂、抗氧剂及润滑剂依次加入混合搅拌机中，充分混合后投置于双螺杆挤出机；聚丙烯腈纤维直接导入所述双螺杆挤出机，与前述混合得到的混合物料共混，挤出造粒；控制双螺杆挤出机的机筒温度为260℃，螺杆转速为600rpm。
所述PC树脂的相对分子量为24000g/mol，其玻璃化温度为150℃；
所述聚丙烯腈纤维为未处理的聚丙烯腈纤维，由直径为6μ的聚丙烯腈纤维经短切成5mm的聚丙烯腈短纤。
对比例2
本对比例涉及一种PC/ABS合金及其制备方法，具体包括如下步骤：
(1)按以下组分及重量份备料：
(2)按照步骤(1)中各组分的重量份，将聚碳酸酯树脂、ABS树脂、偶联剂、抗氧剂及润滑剂依次加入混合搅拌机中，充分混合后投置于双螺杆挤出机，挤出造粒；控制双螺杆挤出机的机筒温度为260℃，螺杆转速为600rpm。
所述PC树脂的相对分子量为24000g/mol，其玻璃化温度为150℃。
对比例3
本对比例涉及一种PC/ABS合金及其制备方法，具体包括如下步骤：
(1)按以下组分及重量份备料：
(2)按照步骤(1)中各组分的重量份，将聚碳酸酯树脂、ABS树脂、抗氧剂及润滑剂依次加入混合搅拌机中，充分混合后投置于双螺杆挤出机；等离子体处理好的聚丙烯腈纤维在空气中停留1～5min后直接导入所述双螺杆挤出机，与前述混合得到的混合物料共混，挤出造粒；控制双螺杆挤出机的机筒温度为260℃，螺杆转速为600rpm。
所述PC树脂的相对分子量为24000g/mol，其玻璃化温度为150℃。
所述聚丙烯腈纤维为等离子体处理后的聚丙烯腈纤维，由直径为6μ的聚丙烯腈纤维经过等离子体处理后的长纤短切成5mm的聚丙烯腈短纤，等离子体处理后聚丙烯腈纤维的失重率为0.5％。
性能测试
将上述各实施例和对比例进行ISO(ISO 179)简支梁冲击实验。测试结果如表1所示。
表1悬臂梁冲击测试结果
实施例1和对比例1、2之间的差异表明聚丙烯腈纤维具有一定的增韧作用，然而等离子体处理对于聚丙烯腈纤维增韧更重要；通过等离子处理可以大大增强玻纤和增韧剂的润湿效果以及玻纤在树脂中的分散；但是当等离子体处理过度后，由于玻纤表面过度腐蚀导致其韧性降低。因此，为避免聚丙烯腈纤维过度刻蚀损坏材料的性能，聚丙烯腈纤维的失重率控制在0.1～1.0％。此外，采用连续纤维可以较大程度的提高材料的韧性,这可能与纤维的保留长度有关。
实施例1与对比例3的区别表明，本发明的偶联剂在聚丙烯腈纤维增韧也有很重要的作用，采用等离子体处理后的聚丙烯腈纤维在偶联剂的作用下可以明显提高材料的冲击韧性。此外，还可通过添加增韧剂可以进一步提高材料的韧性。
综上所述，本发明采用等离子体处理连续玻璃玻纤通过与非交联的增韧剂在偶联剂的配合来增强PC/ABS可以显著提高材料的韧性,而且对材料的刚性影响几乎无影响。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种超韧PC/ABS合金，其特征在于，所述超韧PC/ABS合金包括如下重量份数的各组分：聚碳酸酯30～70份，ABS树脂20～60份，等离子体处理后的聚丙烯腈纤维1～30份，偶联剂1～5份，抗氧剂0.1～1份，润滑剂0.1～1份。
2.根据权利要求1所述的超韧PC/ABS合金，其特征在于，所述等离子体处理后的聚丙烯腈纤维是由直径为5～15μ的聚丙烯腈纤维经过等离子体处理后短切而成，长度为3～7mm。
3.根据权利要求1所述的超韧PC/ABS合金，其特征在于，所述等离子处理具体指在反应性气体气氛为氧气、氮气或者氨气的条件下，通过调整等离子体反应器的放电功率和等离子体反应器中的气压来调节聚丙烯腈纤维被刻蚀后损失的重量分数，使刻蚀的质量分数保持在0.1～1.0％。
4.根据权利要求1所述的超韧PC/ABS合金，其特征在于，所述聚碳酸酯的相对分子量为16000～35000g/mol，玻璃化温度为140～150℃。
5.根据权利要求1所述的超韧PC/ABS合金，其特征在于，所述ABS树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯组成的接枝共聚物，其中，丁二烯的质量百分比含量为10～55％。
6.根据权利要求1所述的超韧PC/ABS合金，其特征在于，所述偶联剂为硅烷类偶联剂RSiX3，式中，R为氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基或甲基丙烯酰氧基，X为能够水解的烷氧基。
7.一种权利要求1～6中任一项所述的超韧PC/ABS合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
A、将所述聚碳酸酯、ABS树脂、偶联剂、抗氧剂及润滑剂依次加入混合搅拌机中，充分混合后，置于双螺杆挤出机；
B、等离子体处理好的聚丙烯腈纤维在空气中停留1～5min后直接导入所述双螺杆挤出机，与步骤A中混合得到的混合物料共混，挤出造粒。
8.根据权利要求7所述的超韧PC/ABS合金的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的温度为230～320℃，转速为300～1000r/min。
9.根据权利要求7所述的超韧PC/ABS合金的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的螺杆为同向双螺杆，该同向双螺杆的长径比>30。
CN201510210436.8A 2015-04-28 2015-04-28 超韧pc/abs合金及其制备方法 Pending CN104788930A (zh)

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