CN101067041A - 一种聚酰胺/丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物合金及其制备方法 - Google Patents

一种聚酰胺/丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚酰胺/丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物合金及其制备方法。聚酰胺/丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物合金由以下重量配比的原料配制成：聚酰胺(PA)35－60％，丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物(ABS)8－50－％，相容剂2－10％，增韧剂2－15％，抗氧化热稳定剂0.2－2％，润滑剂0.3－3％，成核剂0.1－2％。该方法包括：按重量上述配比称取原料；将PA、ABS、增韧剂、相容剂、抗氧化热稳定剂，成核剂，润滑剂在高速混合器中混合1－4分钟；然后将该混合物放在双螺杆挤出机中掺混，经熔融挤出、造粒。本发明的PA/ABS合金材料加工成型简单，并且兼具两种材料各自的性能优点，市场应用前景看好。

Description

一种聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金及其制备方法
[技术领域]
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金及其制备方法。
[背景技术]
聚酰胺作为五大工程塑料之首，特殊的分子结构决定了它有一系列优异的物理和机械性能，但由于其收缩率大、吸水性强、尺寸稳定性差，而ABS树脂的加入正好可以克服以上缺点，所制得的合金材料综合了聚酰胺材料的耐热、耐化学药品性，又综合了ABS的韧性、刚性，具有较好的冲击强度、耐热翘曲性、优良的流动性和表面光泽，已应用在电子电气、汽车、家具、体育用品等领域。但是，现有的聚己内聚酰胺(PA6)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)属于结晶/非结晶共混体系，体系的形态结构呈细微的相分离状态，所制得的合金材料综合性能较差，成型后的制品外观较为粗糙，影响了此类材料更为广泛的应用。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种材料综合机械性能较好，材料结构致密均匀的聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金。本发明还要提供一种该聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金材料，由以下重量配比的原料配制成：
聚酰胺                               35-60％；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)      25-50％；
相容剂                               2-10％；
增韧剂                               5-20％；
抗氧化热稳定剂                       0.2-2％；
润滑剂                               0.3-3％；
成核剂                               0.2-2％。
以上所述的聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金材料，最好由以下重量配比的原料配制成：
聚酰胺                               40-55％；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)      30-45％；
相容剂                               2-10％；
增韧剂                          5-20％；
抗氧化热稳定剂                  0.2-2％；
润滑剂                          0.3-3％；
成核剂                          0.2-2％。
其中，所述的聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金材料，所述聚酰胺是相对密度为1.10-1.15、熔点为225-235℃、熔体粘度为2.0-3.0的聚己内酰胺(PA6)。所述的聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金材料，所述相容剂为一种聚烯烃。所述的聚烯烃为一种接枝聚苯乙烯。所述成核剂为有机成分和无机成分的粉末状混合物。所述的增韧剂为一类核-壳结构的聚合物。所述抗氧化热稳定剂为三甘醇双-3-(3-叔丁基-4羟基-5-甲基苯基)丙稀腈、三(2，4-二叔丁基酚)亚磷酸酯的一种。
上述聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金材料的制备方法，包括以下步骤：
按重量配比称取原料：聚酰胺35-60％，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物8-50％，相容剂2-10％，增韧剂5-20％，抗氧化剂热稳定剂0.2-2％，润滑剂0.3-3％，成核剂0.2-2％；
将聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、相容剂、增韧剂在中速混合器中预混2-3分钟，然后再加入抗氧化热稳定剂、润滑剂混合5-10分钟；
混合的原料置于螺杆组合的双螺杆机中，经熔融挤出，造粒，其工艺为：双螺杆一区温度190-210℃，二区温度200-220℃，三区温度210-230℃，四区温度220-240℃；在料筒中停留时间1-2分钟，熔体压力为10-20MPa。
本发明有益效果在于：采用聚己内聚酰胺(PA)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)作为基材，并添加适量的相容剂改善其界面亲和性，所制得的聚酰胺复合材料中综合机械性能较好，强度、韧性均衡；材料结构致密均匀，制成品外观好，而且成型稳定性好。本发明所采用的所有助剂，如相容剂、增韧剂、抗氧热稳定剂等组分均为价廉易得的市售产品，产品的生产成本较低；本发明提出的聚酰胺材料的制备工艺简单、成本低廉。
[具体实施方式]
下面通过实施例对本发明作进一步阐述：
为了能够改善现有尼龙材料的性能缺陷，本发明提出了一种聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金材料及其制备方法，添加适量的相容剂改善其界面亲和性，加入一定比例的增韧剂以改善其整体材料的冲击性能。
聚己内聚酰胺(PA6)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)合金材料，由于聚己内聚酰胺(PA6)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)属于结晶/非结晶共混体系，体系的形态结构呈细微的相分离状态，所制得的合金材料综合性能较差，成型后的制品外观较为粗糙，而本发明相容剂的加入能够有效改善合金材料的界面亲和性，所制得的合金材料微观结构更加细致，整体材料性能优异，外观光洁，在电子电气、汽车、家具、体育用品等领域的应用必将得到极大的拓广。
在实施例复合材料配方中，聚酰胺为聚己内酰胺(PA6)，相对密度为1.10-1.15、熔点为225-235℃、熔体粘度为2.0-3.0；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，其橡胶相含量约为15-30％，为德国Basf公司生产，商品牌号为GP22；相容剂为共聚型聚苯乙烯，为上海石油化工研究院生产，商品牌号HF-02；增韧剂为一种核-壳状的共聚物，为Rohmhaas公司生产，商品牌号为EXL-2691A的接枝共聚物；抗氧剂化学名称为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，如Ciba公司生产，商品牌号为Irganox 1010；成核剂为德国科莱恩公司生产，商品牌号CAV102。
实施例1
将重量比为PA6---60％；ABS---25％；HF-02---8％；EXL-2691A---6％；1010---0.2％；CAV102---0.3％；润滑剂---0.5％，在高速混合器中在室温下干混4分钟，之后，再加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒制成复合材料。其中螺杆各加温区设置分别为：一区200℃，二区210℃，三区220℃，四区230℃，停留时间为2分钟，压力为20Mpa。
实施例2
将重量比为PA6---55％、ABS---30％；HF-02：8％；EXL2691A---6％、1010---0.2％、CAV102---0.3％、润滑剂---0.5％，在高速混合器中在室温下干混4分钟，之后，再加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒制成复合材料。其中螺杆各加温区设置分别为：一区200℃，二区210℃，三区220℃，四区230℃，停留时间为2分钟，压力为20Mpa。
实施例3
将重量比为PA6---50％、ABS---35％；HF-02---8％；EXL2691A---6％、1010---0.2％、CAV102---0.3％、润滑剂---0.5％，在高速混合器中在室温下干混4分钟，之后，再加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒制成复合材料。其中螺杆各加温区设置分别为：一区200℃，二区210℃，三区220℃，四区230℃，停留时间为2分钟，压力为20Mpa。
实施例4
将重量比为PA6---45％、ABS---40％；HF-02：8％；EXL2691A---6％、1010---0.2％、CAV102---0.3％、润滑剂---0.5％，在高速混合器中在室温下干混4分钟，之后，再加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒制成复合材料。其中螺杆各加温区设置分别为：一区200℃，二区210℃，三区220℃，四区230℃，停留时间为2分钟，压力为20Mpa。
实施例5
将重量比为PA6---40％、ABS---45％；HF-02：8％；EXL2691A---6％、1010---0.2％、CAV102---0.3％、润滑剂---0.5％，在高速混合器中在室温下干混4分钟，之后，再加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒制成复合材料。其中螺杆各加温区设置分别为：一区200℃，二区210℃，三区220℃，四区230℃，停留时间为2分钟，压力为20Mpa。
实施例6
将重量比为PA6---35％、ABS---5 0％；HF-02：8％；EXL2691A---6％、1010---0.2％、CAV102---0.3％、润滑剂---0.5％，在高速混合器中在室温下干混4分钟，之后，再加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒制成复合材料。其中螺杆各加温区设置分别为：一区200℃，二区210℃，三区220℃，四区230℃，停留时间为2分钟，压力为20Mpa。
对比例
将重量比为PA6---63％、ABS---30％；EXL2691A---6％、1010---0.2％、CAV102---0.3％、润滑剂---0.5％，在高速混合器中在室温下干混4分钟，之后，再加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒制成复合材料。其中螺杆各加温区设置分别为：一区200℃，二区210℃，三区220℃，四区230℃，停留时间为2分钟，压力为20Mpa。
性能评价方式及实行标准：
将按上述方法完成造粒的粒子材料预先在80-100℃的鼓风烘箱中干燥3-6小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射成形机上进行注射成型制样。注射成型模温控制在60℃左右。
拉伸强度测试按ISO527-2进行，试样尺寸为150×10×4mm，拉伸速度为50mm/min；弯曲性能测试按ISO 178进行，试样尺寸为80×10×4，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm；简支梁冲击强度按ISO179进行，试样尺寸为55×6×4mm，缺口尺寸为试样厚度的三分之一；圆盘同轴平面旋转试验为自行设计，圆盘直径约为10mm。
实施例1-6以及对比例的配方及力学性能测试结果分别见表1及表2：
表1实施例1-5的配方及材料性能表：
 组成 实施例1  实施例2  实施例3  实施例4  实施例5  实施例6
 PA6(％) 60  55  50  45  40  35
 ABS(％) 25  30  35  40  45  50
 HF-02(％) 8  8  8  8  8  8
 EXL2691A(％) 6  6  6  6  6  6
 1010(％) 0.2  0.2  0.2  0.2  0.2  0.2
 润滑剂(％) 0.5  0.5  0.5  0.5  0.5  0.5
 CAV102(％) 0.3  0.3  0.3  0.3  0.3  0.3
 缺口冲击强度(KJ/M2) 14  20  18  16.5  15  18
  拉伸强度(Mpa)   55   52   46   42   38   32
  断裂伸长率(％)   26   30   28   35   30   24
  弯曲强度(％)   90   86   80   72   68   62
  弯曲模量(Mpa)   1900   1860   1800   1750   1680   1610
  材料结构   致密均匀   致密均匀   致密均匀   致密均匀   致密均匀   致密均匀
表2对比例的配方及材料性能表：
组成 对比例
PA6(％) 63
ABS(％) 30
HF-02(％) -----
EXL2691A(％) 6
1010(％) 0.2
润滑剂(％) 0.5
CAV102(％) 0.3
缺口冲击强度 12
(KJ/M2)
拉伸强度(Mpa) 28
断裂伸长率(％) 12
弯曲强度(Mpa) 50
弯曲模量(Gpa) 1500
材料结构 较粗糙，并有脱皮现象
通过表1实施例1-5及表2对比例1-2的各项性能分析可知，在聚己内聚酰胺(PA6)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)体系中添加了相容剂和增韧剂之后，它们分别对于两相材料的界面亲和性以及整体合金材料的韧性起到了明显的改善作用。并且从表1实施例1-6的各项性能数据来看，PA和ABS存在着一个最佳配比，PA含量较高(实施例1)则对于材料的冲击性能下降。而添加较多(实施例6)则材料的强度下降，丧失了PA材料的刚性特点。相容剂含量为8％时，PA∶ABS的最佳配比为55∶30，而添加了6％的增韧剂对于材料的冲击性能改善相当明显。经过以上改性处理的复合材料综合力学性能、耐冲击性能、耐热翘曲性、流动性和表面光泽均很优异，可以广泛应用在电子电气、汽车、家具、体育用品等领域。

Claims (9)

1.一种聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金材料，其特征在于，由以下重量配比的原料配制成：
聚酰胺                        35-60％；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物    25-50％；
相容剂                        2-10％；
增韧剂                        5-20％；
抗氧化热稳定剂                0.2-2％；
润滑剂                        0.3-3％；
成核剂                        0.2-2％。
2.根据权利要求1所述的聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金材料，其特征在于，由以下重量配比的原料配制成：
聚酰胺                        40-55％；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物    30-45％；
相容剂                        2-10％；
增韧剂                        5-20％；
抗氧化热稳定剂                0.2-2％；
润滑剂                        0.3-3％；
成核剂                        0.2-2％。
3.根据权利要求1或2所述的聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金材料，其特征在于：所述聚酰胺是相对密度为1.10-1.15、熔点为225-235℃、熔体粘度为2.0-3.0的聚己内酰胺。
4.根据权利要求1或2所述的聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金材料，其特征在于：所述相容剂为一种聚烯烃。
5.根据权利要求4所述的聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金材料，其特征在于：所述的聚烯烃为一种接枝聚苯乙烯。
6.根据权利要求1或2所述的聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金材料，其特征在于：所述成核剂为有机成分和无机成分的粉末状混合物。
7.根据权利要求1或2所述的聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金材料，其特征在于：所述的增韧剂为一类核-壳结构的聚合物。
8.根据权利要求1或2所述的聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金材料，其特征在于：所述抗氧化热稳定剂为三甘醇双-3-(3-叔丁基-4羟基-5-甲基苯基)丙稀腈、三(2，4-二叔丁基酚)亚磷酸酯的一种。
9.权利要求1所述的聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
901、按重量配比称取原料：聚酰胺35-60％，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物8-50％，相容剂2-10％，增韧剂5-20％，抗氧化剂热稳定剂0.2-2％，润滑剂0.3-3％，成核剂0.2-2％；
902、将聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、相容剂、增韧剂在中速混合器中预混2-3分钟，然后再加入抗氧化热稳定剂、润滑剂混合5-10分钟；
903、混合的原料置于螺杆组合的双螺杆机中，经熔融挤出，造粒，其工艺为：双螺杆一区温度190-210℃，二区温度200-220℃，三区温度210-230℃，四区温度220-240℃；在料筒中停留时间1-2分钟，熔体压力为10-20MPa。
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