CN102311623A - 一种耐高温聚碳酸酯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温聚碳酸酯复合材料及其制备方法。耐高温聚碳酸酯复合材料，按重量百分比由以下组分组成：聚碳酸酯73.5～92％；耐热剂5～20％；交联剂0.2～0.5％；增韧剂2～5％；其他助剂0.2～1％。本发明的聚碳酸酯复合材料，具有高达145-165度的热变型温度和160-190度的维卡软化温度，并且保持了原材料的良好透明度，可满足各种工业和消费品对透明耐温聚碳酸酯的设计和使用需求；本发明的耐高温聚碳酸酯复合材料可以采用普通的共混挤出造粒制备方法，相比使用反应合成的方法，制备工艺简单，成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，涉及一种耐高温聚碳酸酯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC)是分子链中含有碳酸酯的一类聚合物，它是五大通用工程塑料之一，其产量和消费量仅次于尼龙工程塑料，居第二位。改性PC具有良好的透明性和优异的综合性能，广泛应用于汽车工业、电子电气工业、机械工业等领域。
虽然PC材料及其合金有着极其广泛的应用，但是随着经济的发展和工业技术的进步，人们对PC材料的应用不断提出越来越高的耐温要求。如汽车高反射前灯外罩，聚光灯壳体，焊孔套管，热蒸汽消毒安全阀、医用高温消毒器皿等，要求使用的透明PC材料维卡软化温度高达180度，而普通的PC材料只能达到145度，难以达到其使用要求。目前能达到要求的只有德国拜耳公司生产的共聚碳酸酯PC-HT(商品名为“雅霸”)，但由于其复杂的聚合工艺使其市场售价居高不下，难以在市场上大量推广应用。倘若能用简单的共混挤出方法，生产出高耐温的透明PC材料，必定将大大降低材料的生产成本，具有广阔的市场应用前景。相信这也将对传统的特种透明材料PSU，PEI，PES等应用市场发起有力的挑战，掀起一场材料更新替换的技术革命。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种制备工艺较为简单的耐高温聚碳酸复合材料。
本发明要解决的技术问题在于，提供一种工艺较为简单的耐高温聚碳酸复合材料制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种耐高温聚碳酸酯复合材料，按重量百分比由以下组分组成：
聚碳酸酯 73.5～92％；
耐热剂 5～20％；
交联剂 0.2～0.5％；
增韧剂 2～5％；
其他助剂 0.2～1％。
所述聚碳酸酯为数均分子量为20000-30000的双酚A型PC。
所述耐热剂为多联苯类高极性化合物。多联苯类化合物由于具有非常高刚性和极性，能有效地提高了复合材料的热变形温度，而又使聚碳酸酯保持良好的透明度。
所述交联剂为聚苯并双噁唑类化合物，可以是所述交联剂1，3-聚苯并双噁唑或1，4-聚苯并双噁唑；此类化合物能有效地增大聚碳酸酯的分子量，并与耐热剂有良好的协效作用，能大幅度提高材料的热变型温度，并提高复合材料的韧性。
所述增韧剂为核-壳结构的甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯橡胶-苯乙烯三聚物，其中核为丙烯酸丁酯橡胶-苯乙烯，按重量百分比占69-71％；壳为甲基丙烯酸甲酯，按重量百分比占29-31％。。此增韧剂不影响聚碳酸酯的透明度。
其他助剂包括抗氧剂，润滑剂，分散剂，抗紫外剂，着色剂等，可酌情增减。
以上所述的耐高温聚碳酸酯复合材料，按重量百分比可以由以下组分组成：
聚碳酸酯 74.3～92.6％；
耐热剂 5～20％；
交联剂 0.2～0.5％；
增韧剂 2～5％；
其他助剂 0.2～1％。
一种上述耐高温聚碳酸酯复合材料的制备方法的技术方案，包括以下步骤：
①按前述的重量比称取原料；
②把聚碳酸酯、耐热剂、交联剂，增韧剂及其他助剂加入高速混合机混合均匀；
③将步骤②中得到的混合物置于双螺杆机中，经熔融挤出，造粒，其中螺杆长径比为28～44，工艺条件为：一区温度260～290℃，二区温度270～300℃，三区温度280～320℃，四区温度270～310℃，机头温度为280～330℃，料筒停留时间为0.5～2分钟，熔体压力10～20MPa。
本发明的聚碳酸酯复合材料，具有高达145-165度的热变型温度和160-190度的维卡软化温度，并且保持了原材料的良好透明度，可满足各种工业和消费品对透明耐温聚碳酸酯的设计和使用需求；同时，本发明的耐高温聚碳酸酯复合材料可以采用普通的共混挤出造粒制备方法，相比使用反应合成的方法，制备工艺简单，成本低廉。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：
在本发明的聚碳酸酯复合材料中，聚碳酸酯为中粘树脂，优先选用美国陶氏公司产品，商品牌号为201-10，或日本帝人公司产品，商品牌号为1250Y，或日本出光公司产品，商品牌号IR2200；耐热剂为多联苯类化合物，如氯代三联苯，或溴代四联苯，或聚苯基二乙醇，为市售；交联剂为聚苯并双噁唑类化合物，如1，3-聚苯并双噁唑或1，4-聚苯并双噁唑，为市售；增韧剂为核-壳结构的甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯橡胶-苯乙烯三聚物，其中核为丙烯酸丁酯橡胶-苯乙烯，按重量比，占70％，壳为甲基丙烯酸甲酯，占30％，为韩国LG化学公司生产，商品牌号EM600；其他助剂为抗氧剂，润滑剂，热稳定剂，抗紫外剂，着色剂等，均为市售。
实施例1将重量比91.5％的PC，5％的耐热剂，0.5％的交联剂，2％的增韧剂，1％的其他助剂，放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后，将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼，挤出，造粒，双螺杆挤出机的螺杆直径为35mm，螺杆长度与直径的比例设定为32，挤出温度分别为一区温度260℃，二区温度270℃，三区温度280℃，四区温度270℃，机头温度285℃，停留时间1.4min，压力为15MPa。
实施例2将重量比85.6％的PC，10％的耐热剂，0.4％的交联剂，3％的增韧剂，1％的其他助剂，放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后，将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼，挤出，造粒，双螺杆挤出机的螺杆直径为35mm，螺杆长度与直径的比例设定为36，挤出温度分别为一区温度270℃，二区温度280℃，三区温度290℃，四区温度280℃，机头温度295℃，停留时间1.0min，压力为12MPa。
实施例3将重量比79.7％的PC，15％的耐热剂，0.3％的交联剂，4％的增韧剂，1％的其他助剂，放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后，将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼，挤出，造粒，双螺杆挤出机的螺杆直径为35mm，螺杆长度与直径的比例设定为28，挤出温度分别为一区温度270℃，二区温度285℃，三区温度310℃，四区温度300℃，机头温度315℃，停留时间0.6min，压力为16MPa。
实施例4将重量比73.8％的PC，20％的耐热剂，0.2％的交联剂，5％的增韧剂，1％的其他助剂，放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后，将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼，挤出，造粒，双螺杆挤出机的螺杆直径为35mm，螺杆长度与直径的比例设定为44，挤出温度分别为一区温度280℃，二区温度295℃，三区温度315℃，四区温度305℃，机头温度300℃，停留时间1.8min，压力为18MPa。
将前4个实施例所制得的聚碳酸酯复合材料进行测试，以陶氏PC 201-10和拜耳雅霸PC1800作为对比例，其性能评价方式及实行标准为：
将完成造粒的材料在120℃的鼓风烘箱中干燥3-6小时，然后将干燥好的材料在注射成型机上进行注射成型制样，注射成型模温控制在100℃。拉伸强度测试按ASTM D638标准进行，试样尺寸为180×12.7×3.2mm，拉伸速度为50mm/min；弯曲性能测试按ASTM D790标准进行，试样尺寸为128×13×3.2，弯曲速度为3mm/min，跨距为64mm；悬臂梁冲击强度按ASTM D256标准进行，试样尺寸为63.5×12.7×4.2mm，缺口尺寸为试样厚度的五分之一。
热变型温度测试按ASTM D648标准进行，试样尺寸为128×13×6.4mm；维卡软化点按ASTM D1525-06标准进行，试样尺寸为80×10×4mm；透光率按ASTMD1003标准进行，试样尺寸为50×50×2mm。
实施例和对比例的综合力学性能通过测试所得的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度、热变型温度、维卡软化点及透光率的数值进行评判，结果如表1和所示。
表1
从实施例1～4看，随着耐热剂的含量增加，聚碳酸酯的热变型温度和维卡软化温度也随着增高，但冲击强度和透光率也随即降低，这说明高刚性高极性的联苯类耐热剂的加入，能有效增加材料的耐热性能，但同时也带来韧性降低，透光率下降的负面影响；而透明增韧剂的加入，能弥补材料因耐热剂加入带来的韧性损失，而又不对材料的透明度产生影响。从实施例与对比例PC 201-10看，复合聚碳酸酯材料比普通PC的维卡软化点要高15-45℃，透光率仅轻微下降；而实施例3与雅霸PC1800相比，热变型温度和维卡软化点相等，其他物理性能与透光率基本一致。由此可见，当复合材料采用实施例3的配比时，材料的综合性能达到最优化的程度，基本上与拜耳PC1800性能对等。但是此复合材料是采用普通共混的方法制备，因此有非常高的生产成本优势。
本发明所制备的聚碳酸酯复合材料，具有普通聚碳酸酯无法比拟的耐高温性，能满足电子电器，汽车工业，交通运输，建筑业，医疗卫生等行业对耐高温聚碳酸酯材料的使用要求，并且成本低廉，加工工艺方便简单，具有广阔的应用前景。
以上对本发明所提供的一种耐高温聚碳酸酯复合材料进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种耐高温聚碳酸酯复合材料，其特征在于，按重量百分比由以下组分
组成：
聚碳酸酯 73.5～92％；
耐热剂 5～20％；
交联剂 0.2～0.5％；
增韧剂 2～5％；
其他助剂 0.2～1％。
2.根据权利要求1所述的耐高温聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述聚碳酸酯为数均分子量为20000-30000的双酚A型PC。
3.根据权利要求1所述的耐高温聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述耐热剂为多联苯类化合物。
4.根据权利要求1所述的耐高温聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述交联剂为聚苯并双噁唑类化合物。
5.根据权利要求4所述的耐高温聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述交联剂1，3-聚苯并双噁唑或1，4-聚苯并双噁唑。
6.根据权利要求1所述的耐高温聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述增韧剂剂为核-壳结构的甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯橡胶-苯乙烯三聚物；其中核为丙烯酸丁酯橡胶-苯乙烯，按重量百分比占69-71％；壳为甲基丙烯酸甲酯，按重量百分比占占29-31％。
7.根据权利要求1所述的耐高温聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述其他助剂包括抗氧剂，润滑剂，分散剂，抗紫外剂，着色剂中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的耐高温聚碳酸酯复合材料，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：
聚碳酸酯 78～81％；
耐热剂 13～17％；
交联剂 0.2～0.4％；
增韧剂 3～5％；
其他助剂 0.2～1％。
9.一种权利要求1所述的耐高温聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①按上述的配比称取原料；
②把聚碳酸酯、耐热剂、交联剂，增韧剂及其他助剂加入高速混合机混合均匀；
③将步骤②中得到的混合物置于双螺杆机中，经熔融挤出，造粒，其中螺杆长径比为28～44，工艺条件为：一区温度260～290℃，二区温度270～300℃，三区温度280～320℃，四区温度270～310℃，机头温度为280～330℃，料筒停留时间为0.5～2分钟，熔体压力10～20MPa。
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