CN101555341A - 一种高强玻纤增强abs复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强玻纤增强ABS复合材料及其制备方法，它是由ABS、玻璃纤维和相容剂制备而成，其中，所述相容剂是由环氧树脂和苯乙烯－马来酸酐共聚物复配而成。与现有技术相比，本发明用环氧树脂和苯乙烯－马来酸酐共聚物复配作为相容剂，具有很好的增容作用，玻璃纤维和ABS基体可以较好的粘结，所制得的玻纤增强ABS复合材料具有很好的强度、韧性、耐热性能、流动性能等，翘曲度得以理想解决，复合材料在注塑成型过程中不产生“浮纤”现象，具有很好的表面质量和良好的加工性能，并且，本发明所提供的制备工艺简单，适合大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及ABS复合材料技术领域，特别是涉及一种高强玻纤增强ABS复合材料及其制备方法。
背景技术
ABS是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，是一种具有较好的耐冲击性、耐化学性、优良的电性能、良好的加工性以及较高性价比的热塑性工程塑料，广泛应用于汽车，电子电器，轻工，建筑等行业。近年来，大型薄壁制件的需求增加，但由于玻璃纤维增强ABS的翘曲变形大，大大限制了其在汽车和家电领域中的应用。因而，开发在汽车和家电领域应用的低翘曲、高流动、高强玻纤增强ABS复合材料，具有极大的市场。
目前长纤维增强热塑性树脂基复合材料的研究主要集中在塑性树脂基片材或者说预浸润料上，其核心工作是通过各种纷繁复杂的模头设计以实现树脂在熔融状态下对增强材料的浸渍。典型的产品是美国PPG公司在1972年实现初步工业化生产的玻璃纤维增强PP片状模塑料，其商品名为AZDEL。其模头的复杂结构使得大规模生产时故障频出，同时，制件表面质量差、加工时需要特殊设备等缺陷也限制了这类材料的大规模应用。目前在长纤维增强热塑性树脂复合材料中存在的主要问题是：(1)长纤维与热塑性树脂基体的界面粘接较差，不能充分发挥纤维的增强作用，形成的复合材料强度、韧性、耐热性等性能较差；(2)纤维增强热塑性复合材料在注塑成型时，熔体在高剪切作用下玻璃纤维易产生取向并富集在制件表面，产生“浮纤”现象，影响制件的表面质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是用玻璃纤维来增强ABS热塑性树脂，改善玻璃纤维与ABS基体的界面粘结性，改善复合材料的表面质量，提供一种高强玻纤增强ABS复合材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
本发明高强玻纤增强ABS复合材料是由ABS、玻璃纤维和相容剂制备而成，其中：按照重量份计算，所述相容剂是由环氧树脂1～6份和苯乙烯-马来酸酐共聚物1～6份复配而成。
上述相容剂是由环氧树脂2～5份和苯乙烯-马来酸酐共聚物2～5份复配而成。
按照重量份计算，前述玻纤增强ABS复合材料是由ABS 30～85份、玻璃纤维5～50份、环氧树脂2～5份、苯乙烯-马来酸酐共聚物2～5份制备而成。
进一步的，前述玻纤增强ABS复合材料是由ABS 40～80份、玻璃纤维10～33份、环氧树脂2～5份、苯乙烯-马来酸酐共聚物2～5份和阻聚剂0.3～3份制备而成。
前述ABS的相对密度为1.04～1.20g/cm3。
前述玻璃纤维的直径为6～17μm。
前述环氧树脂的环氧值为0.1～0.55。
前述苯乙烯-马来酸酐共聚物中马来酸酐的含量为5～25％。
前述高强玻纤增强ABS复合材料的制备方法：分别取ABS、玻璃纤维和苯乙烯马来酸酐共聚物干燥备用，取干燥后的ABS和苯乙烯马来酸酐共聚物，与环氧树脂一起混合均匀，混合料与从玻纤口加入的玻璃纤维一起在同向双螺杆挤出机上挤出造粒，即得。
进一步的，上述高强玻纤增强ABS复合材料的制备方法为：取ABS和苯乙烯-马来酸酐共聚物，在70～90℃真空干燥10～12小时备用，玻璃纤维在100～120℃干燥3～4小时备用，取干燥后的ABS和苯乙烯-马来酸酐共聚物，与环氧树脂和阻聚剂一起混合均匀，混合料与从玻纤口加入的玻璃纤维一起在同向双螺杆挤出机上挤出造粒，即得，其中，同向双螺杆挤出机的螺杆转速为240r/min，挤出造粒的温度范围为205～230℃。
还可以将前述复合材料及其制备方法中的ABS替换成AS来制备高强玻纤增强AS复合材料。AS是丙烯腈-苯乙烯共聚物。
环氧树脂可以选择缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、缩水甘油胺类、脂肪族环氧化合物、脂环族环氧化合物。苯乙烯-马来酸酐共聚物可以选择苯乙烯(S)-马来酸酐(MA)无规共聚物、马来酸酐接枝聚苯乙烯(Ps-g-MAH)。阻聚剂可以选择对苯二酚、邻甲基对苯二酚、二甲基对苯二酚、对叔丁基邻苯二酚、邻苯二酚，对甲氧基苯酚、2.6-二叔丁基对甲酚、特丁基对苯二酚等。
与现有技术相比，本发明用环氧树脂和苯乙烯-马来酸酐共聚物复配作为相容剂，具有很好的增容作用，玻璃纤维和ABS基体可以较好的粘结，所制得的玻纤增强ABS复合材料具有很好的强度、韧性、耐热性能、流动性能等，翘曲度得以理想解决，复合材料在注塑成型过程中不产生“浮纤”现象，具有很好的表面质量和良好的加工性能，并且，本发明所提供的制备工艺简单，适合大规模推广应用。
具体实施方式
实施例1：ABS(牌号PA757)75kg，玻璃纤维(牌号988)25kg。
原料预处理：取ABS在80℃真空干燥烘箱中干燥10小时，玻璃纤维在100～120℃烘箱中干燥4小时，冷却至室温，备用。
在同向双螺杆挤出机上挤出造粒(主机螺杆转速为200r/min，1至7段温度分别为205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、225℃)，玻璃纤维从玻纤口加入。所造粒料在80℃干燥5小时，在注塑机上注塑成型，制得玻纤增强ABS复合材料。
实施例2：ABS(牌号PA757)71kg、玻璃纤维(牌号988)25kg、SMA(牌号218)4kg。
原料预处理：取ABS、SMA在80℃真空干燥烘箱中干燥10小时，玻璃纤维在100～120℃烘箱中干燥4小时，冷却至室温，备用。
将干燥后的ABS、SMA在高速混合机中混合均匀，在同向双螺杆挤出机上挤出造粒(主机螺杆转速为200r/min，1至7段温度分别为205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、225℃)，玻璃纤维从玻纤口加入。所造粒料在80℃干燥5小时，在注塑机上注塑成型，制得玻纤增强ABS复合材料。
实施例3：ABS(牌号PA757)71kg、玻璃纤维(牌号988)25kg、环氧树脂(牌号CYD-011)4kg、阻聚剂(对苯二酚)0.9kg。
原料预处理：取ABS在80℃真空干燥烘箱中干燥10小时，玻璃纤维在100～120℃烘箱中干燥4小时，冷却至室温，备用。
将干燥后的ABS、环氧树脂以及对苯二酚在高速混合机中混合均匀，在同向双螺杆挤出机上挤出造粒(主机螺杆转速为200r/min，1至7段温度分别为205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、225℃)，玻璃纤维从玻纤口加入。所造粒料在80℃干燥5小时，在注塑机上注塑成型，制得玻纤增强ABS复合材料。
实施例4：ABS(牌号PA757)71kg、玻璃纤维(牌号988)25kg、环氧树脂(牌号CYD-011)2kg、SMA(牌号218)2kg、阻聚剂(对苯二酚)0.4kg。
原料预处理：取ABS、SMA在80℃真空干燥烘箱中干燥10小时，玻璃纤维在100～120℃烘箱中干燥4小时，冷却至室温，备用。
将干燥后的ABS、SMA以及环氧树脂、对苯二酚在高速混合机中混合均匀，在同向双螺杆挤出机上挤出造粒(主机螺杆转速为200r/min，1至7段温度分别为205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、225℃)，玻璃纤维从玻纤口加入。所造粒料在80℃干燥5小时，在注塑机上注塑成型，制得玻纤增强ABS复合材料。
实施例5：ABS(牌号PA757)76kg、玻璃纤维(牌号988)20kg、环氧树脂(牌号CYD-011)2kg、SMA(牌号218)2kg、阻聚剂(对苯二酚)0.4kg。
原料预处理：取ABS、SMA在80℃真空干燥烘箱中干燥10小时，玻璃纤维在100～120℃烘箱中干燥4小时，冷却至室温，备用。
将干燥后的ABS、SMA以及环氧树脂、对苯二酚在高速混合机中混合均匀，在同向双螺杆挤出机上挤出造粒(主机螺杆转速为200r/min，1至7段温度分别为205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、225℃)，玻璃纤维从玻纤口加入。所造粒料在80℃干燥5小时，在注塑机上注塑成型，制得玻纤增强ABS复合材料。
实施例6：ABS(牌号PA757)60kg、玻璃纤维(牌号988)30kg、环氧树脂(牌号CYD-011)5kg、苯乙烯-马来酸酐接枝物(牌号MPC1501)5kg、阻聚剂(对苯二酚)0.9kg。
原料预处理：取ABS、SMA在90℃真空干燥烘箱中干燥11小时，玻璃纤维在100～120℃烘箱中干燥3小时，冷却至室温，备用。
将干燥后的ABS、SMA以及环氧树脂、对苯二酚在高速混合机中混合均匀，在同向双螺杆挤出机上挤出造粒(主机螺杆转速为200r/min，1至7段温度分别为205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、225℃)，玻璃纤维从玻纤口加入。所造粒料在90℃干燥4小时，在注塑机上注塑成型，制得玻纤增强ABS复合材料。
实施例7：性能评价方式及实行标准：
拉伸性能测试按GB/T1040-1992进行，试样尺寸为150*10*4mm，拉伸速率为50mm/min。弯曲性能测试按进行，试样尺寸为80*10*4mm，弯曲速率为2mm/min，跨距为64mm。悬臂梁缺口冲击强度按GB/T1843-1996进行，试样尺寸为80*10*4mm，缺口深度为2mm。热变形温度按GB/T1634-1979进行，试样尺寸为127*12.7*3.2mm，载荷为1.82MPa，熔体流动速率按GB/T3682-2000进行，温度为220℃，载荷为10kg，具体性能如下表：
| 复合材料性能 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 |
| 热变形温度(1.82MP)(℃) | 97 | 103 | 104 | 105 | 103 | 107 |
| 悬臂梁缺口冲击强度(KJ/M2) | 6.24 | 6.78 | 8.12 | 11.04 | 10.28 | 12.03 |
| 拉伸强度(MP2) | 87.1 | 106.3 | 109 | 121.1 | 118 | 129 |
| 断裂伸长率(％) | 9.0 | 10.8 | 9.8 | 10.6 | 11 | 11 |
| 弯曲强度(MPa) | 101 | 116 | 116.6 | 148 | 136 | 157 |
| 弯曲模量(MPa) | 4157 | 4326 | 4225 | 5800 | 4300 | 7300 |
| 玻纤含量(％) | 25 | 25 | 25 | 25 | 20 | 30 |
| 熔体流动速率(g/10min) | 10 | 10 | 9 | 9 | 10 | 8 |
| 翘曲 | 严重 | 严重 | 不明显 | 不明显 | 不明显 | 不明显 |
| 表面质量 | 花纹 | 花纹 | 花纹 | 无 | 无 | 无 |
从上表可以看出，用环氧树脂和SMA或苯乙烯-马来酸酐共聚物复配作相容剂的复合材料的综合性能均优于不用相容剂或使用单一相容剂的复合材料，并且，使用复配相容剂，其翘曲和表面质量问题得到解决。
实施例8：取ABS(牌号PA757)30kg、玻璃纤维(牌号988)10kg、环氧树脂(牌号CYD-011)3kg、SMA(牌号218)2kg、阻聚剂(邻苯二酚)0.3kg，按照实施例4的方法制备ABS复合材料。
实施例9：取ABS(牌号PA757)85kg、玻璃纤维(牌号988)50kg、环氧树脂(牌号CYD-011)2kg、苯乙烯-马来酸酐接枝物(牌号MPC1501)5kg、阻聚剂(邻苯二酚)0.3kg，按照实施例4的方法制备ABS复合材料。
实施例10：取AS(牌号80HF)50kg、玻璃纤维(牌号988)5kg、环氧树脂(牌号CYD-011)5kg、SMA(牌号218)2kg、阻聚剂(邻苯二酚)0.5kg，按照实施例4的方法制备ABS复合材料。
Claims (10)
1.一种高强玻纤增强ABS复合材料，它是由ABS、玻璃纤维和相容剂制备而成，其特征在于：按照重量份计算，所述相容剂是由环氧树脂1～6份和苯乙烯-马来酸酐共聚物1～6份复配而成。
2.按照权利要求1所述玻纤增强ABS复合材料，其特征在于：所述相容剂是由环氧树脂2～5份和苯乙烯-马来酸酐共聚物2～5份复配而成。
3.按照权利要求2所述玻纤增强ABS复合材料，其特征在于：按照重量份计算，它是由ABS 30～85份、玻璃纤维5～50份、环氧树脂2～5份、苯乙烯-马来酸酐共聚物2～5份制备而成。
4.按照权利要求3所述玻纤增强ABS复合材料，其特征在于：它是由ABS 40～80份、玻璃纤维10～33份、环氧树脂2～5份、苯乙烯-马来酸酐共聚物2～5份和阻聚剂0.3～3份制备而成。
5.按照权利要求1至4任一所述高强玻纤增强ABS复合材料，其特征在于：所述ABS的相对密度为1.04～1.20g/cm3。
6.按照权利要求1至4任一所述高强玻纤增强ABS复合材料，其特征在于：所述环氧树脂的环氧值为0.1～0.55。
7.按照权利要求1至4任一所述高强玻纤增强ABS复合材料，其特征在于：所述苯乙烯-马来酸酐共聚物中马来酸酐的含量为5～25％。
8.权利要求1至7任一项所述高强玻纤增强ABS复合材料的制备方法，其特征在于：分别取ABS、玻璃纤维和苯乙烯-马来酸酐共聚物干燥备用，取干燥后的ABS和苯乙烯-马来酸酐共聚物，与环氧树脂一起混合均匀，混合料与从玻纤口加入的玻璃纤维一起在同向双螺杆挤出机上挤出造粒，即得。
9.按照权利要求8所述高强玻纤增强ABS复合材料的制备方法，其特征在于：取ABS和苯乙烯-马来酸酐共聚物，在70～90℃真空干燥10～12小时备用，玻璃纤维在100～120℃干燥3～4小时备用，取干燥后的ABS和苯乙烯-马来酸酐共聚物，与环氧树脂和阻聚剂一起混合均匀，混合料与从玻纤口加入的玻璃纤维一起在同向双螺杆挤出机上挤出造粒，即得，其中，同向双螺杆挤出机的螺杆转速为240r/min，挤出造粒的温度范围为205～230℃。
10.权利要求1至4任一所述高强玻纤增强ABS复合材料，其特征在于：将ABS替换成AS制备高强玻纤增强AS复合材料。
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