CN102311625B - 耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金及制备方法 - Google Patents

耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金及制备方法，该耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金的原料配方由如下重量份数的各组分组成：30～50份PC、30～50份PC再生料、0.3～0.5份FR2025防火剂、0.5～2份二氧化钛、9.5～11.5份玻璃纤维、2～5份EMA、0.1～0.5份抗氧剂1010、0.1～0.5份抗氧剂168、0.3～0.5份抗紫外线剂UV-531、0.03～0.08份扩散粉EBS、0.04～0.08份群青蓝色粉、0.02～0.04份氧化铁红色粉、0.005～0.01份耐高温荧光黄色粉和2～5份耐寒剂2602。本发明的合金具有高性能、高耐寒性、高阻燃、高抗冲、高稳定性和抗静电等特点，可用于制备寒冷地区的智能电表壳体，还可用于制备端子排。

Description

耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金及制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及智能电表壳体用高分子材料领域，具体涉及一种可用于制备耐寒智能电表壳体的聚碳酸酯/玻璃纤维合金及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯（PC）是一种普通通用塑料，含有碳酸酯基，根据酯基的结构可分为脂肪族，芳香族等多种类型，是一种无色透明的无定性热塑性材料，其化学性质为耐弱酸、耐弱碱、耐中性油、不耐紫外光和不耐强碱，其物理性质为线膨胀率：38×10cm/cm2，热变型温度135℃，具有稳定性差、存在应力易于裂开、对缺口抗冲击力低、耐磨性差、对金属件粘合力低、粘度大、流动性差和影响加工注塑成型等缺点。
玻璃纤维（GF）加入到PC中，可增强材料的物理机械刚性。
因为聚碳酸酯为比较常用的材料，所以会产生大量的次料或次品、回收品，目前对于次料、次品或回收品的处理主要有以下几种方法：
（1）焚烧或填埋方式，由于在焚烧过程中汇产生二氧化硫等有害气体，极易造成环境污染，而采取填埋方式，材料的难降解性也会对环境造成很大的危害，目前这种方式正在逐步被淘汰；
   （2）对次料、次品或回收品进行简单的回收抽粒而不进行任何改性，降级为普通塑料使用，虽然解决了环境污染问题，但未能充分利用这些次料的经济价值。
因此，如何回收并充分运用这些次料、次品或回收品，使之再生后产生新的经济效益是一项利国利民的课题。
对于北方等寒冷地区，电表由于长期在室外放置所以对其耐寒性有较高要求，这就对电表壳体所用材料的耐寒性提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供以PC原料结合PC再生料为主要成分，具有高性能、高阻燃、高抗冲、高稳定性、抗静电和耐寒性等特点，可用于制备适用于寒冷地区的智能电表壳体的聚碳酸酯/玻璃纤维合金。
本发明的另一个目的在于提供上述聚碳酸酯/玻璃纤维合金的制备方法。
本发明的上述方法是通过如下方案予以实现的：
一种耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金，其原料配方是由如下重量份数的各组分组成：
聚碳酸酯（PC）                 30～50份；
聚碳酸酯（PC）再生料           30～50份；
FR2025防火剂                  0.3～0.5份；
二氧化钛                       0.5～2份；
玻璃纤维                             9.5～11.5份； 
EMA                                   2～5份；
抗氧剂 1010                          0.1～0.5份；        
抗氧剂 168                           0.1～0.5份；        
抗紫外线剂 UV-531                   0.3～0.5份；
扩散粉 EBS                         0.03～0.08份；       
群青蓝色粉                          0.04～0.08份；
氧化铁红色粉                        0.02～0.04份；
耐高温荧光黄色粉                   0.005～0.01份；
耐寒剂                                 2～5份；
上述耐寒剂是美国罗门哈斯公司生产的耐寒剂2602。
上述聚碳酸酯采用市售的任何一种聚碳酸酯原料均可实现本发明。
上述聚碳酸酯再生料采用任何一种聚碳酸酯再生料均可，如聚碳酸酯次料、次品或回收品等等；由于智能电表壳体其有一定颜色要求，所以本发明的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金中，聚碳酸酯再生料最好不采用具有黑色、深蓝或大红等深颜色的聚碳酸酯再生料，因为将再生料颜色变浅是需要成本的；此外，本发明的耐寒电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金还可以制备端子排，制备端子排的时候，则不对聚碳酸酯再生料的颜色进行要求。
上述FR2025 防火剂为市售产品，FR2025防火剂是环保阻燃剂，在本发明中起到阻燃剂的作用。
上述二氧化钛（TiO2）可对本发明中PC再生料的颜色起到消杂色、增白的作用，使得本发明产品的色泽更合适。
上述玻璃纤维（GF）为市售产品，在本发明中起到使本发明合金绝缘性提高、耐候性加强、抗腐蚀性好、机械强度高、增强物体稳定性和抗冲性的作用。
上述EMA为乙烯-丙烯酸酯共聚物的英文缩写，为市售产品，在本发明中的作用是对本发明合金中的玻璃纤维起到增韧作用，克服玻璃纤维的脆性。
上述抗氧剂 1010和抗氧剂 168均为市售产品，在本发明中起到抗热、抗氧老化的作用。
上述抗紫外线剂 UV-531为市售产品，在本发明中起到克服聚碳酸酯在紫外线照射下变色、变型和易老化的作用。
上述扩散粉EBS为市售产品，在本发明中起到润滑、扩散的作用。
上述群青蓝色粉、氧化铁红色粉和耐高温荧光黄色粉的作用是搭配一起调制出的颜色符合用户要求的1U、4U；群青蓝色粉、氧化铁红色粉和耐高温荧光黄色粉采用市售产品即可。
上述耐寒剂的作用主要是提高合金整体的耐寒性，提高合金在低温下的冲击强度及稳定性；市面上的耐寒剂种类很多，本发明人通过对上百种耐寒剂进行选择后，发现在上述原料配方中加入美国罗门哈斯公司生产的耐寒剂2602（其英文全称为PARALOID EXL2602）后，可取得最好的耐寒效果，而且价格合适。
上述耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金的制备方法是按照上述原料配方，将PC、PC再生料、FR2025 防火剂、二氧化钛、玻璃纤维、EMA、抗氧剂 1010、抗氧剂 168、抗紫外线剂 UV-531、扩散粉EBS、群青蓝色粉、氧化铁红色粉、耐高温荧光黄色粉和耐寒剂2602混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在240～290℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺杆挤出机挤出后，经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，收集粒料即为本发明的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金。
上述制备方法中，将PC、PC再生料、FR2025 防火剂、二氧化钛、玻璃纤维、EMA、抗氧剂 1010、抗氧剂 168、抗紫外线剂 UV-531、扩散粉EBS、群青蓝色粉、氧化铁红色粉、耐高温荧光黄色粉和耐寒剂2602混合均匀，是在650～1300转/分的转速下将PC、PC再生料、FR2025 防火剂、二氧化钛、玻璃纤维、EMA、抗氧剂 1010、抗氧剂 168、抗紫外线剂 UV-531、扩散粉EBS、群青蓝色粉、氧化铁红色粉、耐高温荧光黄色粉和耐寒剂2602混合均匀；采用650～1300转/分的转速进行搅拌，是因为如果搅拌太慢混合不好，搅拌太快，料会裂解。
上述制备方法中，双螺杆挤出机的转速为250～400rPm。
上述制备方法中，熔融混炼采用温度为240～290℃，是因为温度太低，熔融不好，温度太高，料会裂解。
上述制备方法中，由双螺杆挤出机挤出的熔体经水槽冷却时，所用的水槽温度为60～80℃；本发明人通过研究发现，此处水槽冷却的温度也会对产品有一定影响，若水槽温度过低，则粒料间空隙过大而易碎，若水槽温度过高，则粒料易粘结，因此，经过对水槽温度进行优化后，本发明人选择用于冷却熔体的水槽温度为60～80℃。
上述制备方法中，切粒机的转速为600～900rpm；本发明人通过研究发现，若切粒机转速过慢，则粒料会太肥大，若切粒机转速过快，则粒料会太小，因此，切粒机的转速需要调整合适，否则都会对最终粒料的美观有影响；对此，本发明人对切粒机的转速进行了优化调整，最终选择切粒机的转速为600～900rpm。
对上述制备所得聚碳酸酯/玻璃纤维合金进行性能测试，发现该合金具有高性能、高耐寒性、高阻燃、高抗冲、高稳定性和抗静电等特点，可用于制备智能电表壳体（如单项电表壳体、三项电表壳体等），尤其是制备适用于寒冷地区的智能电表壳体，此外还可用于制备端子排。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金，其原料中采用了PC再生料来代替大部分的PC原料，为了保证最终产品的性能优良，本发明人针对再生料的特点搭配了合适的助剂，并对各助剂的用量进行了优化，各助剂的选择使得PC再生料也能制备出性能优良的聚碳酸酯/玻璃纤维合金，为国家节约能源，又是环保再生资源回收利用，全过程做到节能、减排、环保再生，为国家节约能源作贡献；
2.本发明的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金，其各项性能指标均达到或超过国家电力系统的标准，解决了纯原材料粘度大，对金属的粘合性差，流动性差和加工困难等缺点，还解决了PC原料存在易于应力开裂，稳定性能低，对于缺口比较敏感，以及耐磨性欠佳[6~8]等问题；
3.现有技术采用PC原料制备的 PC/玻璃纤维合金，其伸拉强度约64MPa，弯曲模量约2300Mpa；而本发明的耐寒电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金其伸拉强度达到740kg/cm2，弯曲模数达到34000kg/cm2，且产品达到型体稳定，是目前智能电表壳体及端子排最符合最稳定的改性材料；
4.本发明的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金，重点对合金的耐寒性进行了研究，通过对多种耐寒剂筛选后，得到耐寒性效果最好的耐寒剂2602，从而保证了合金的高耐寒性，用该合金制备的电表壳体可保证电表在寒冷地区使用也不易受损；
5.本发明的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金的制备方法，根据其配方原料的特点，对其原料混合转速、双螺杆挤出机的转速和温度进行了优化，从而保证了制备所得合金的优良性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步地描述，但具体实施例并不对本发明做任何限定。
实施例1
本实施例的一种耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金，其原料配方是由如下重量份数的各组分组成：
PC                            30份；
PC再生料                     50份；
FR2025防火剂                 0.5份；
二氧化钛                      2份；
玻璃纤维                      10份； 
EMA                          3份；
抗氧剂 1010                   0.5份； 
抗氧剂 168                    0.3份； 
抗紫外线剂 UV-531            0.5份；
扩散粉 EBS                   0.08份； 
群青蓝色粉                    0.08份；
氧化铁红色粉                  0.04份；
耐高温荧光黄色粉              0.01份；
耐寒剂                          3份；
上述耐寒剂是美国罗门哈斯公司生产的耐寒剂2602。
本实施例耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金的制备方法是按照上述原料配方，将PC、PC再生料、FR2025 防火剂、二氧化钛、玻璃纤维、EMA、抗氧剂 1010、抗氧剂 168、抗紫外线剂 UV-531、扩散粉EBS、群青蓝色粉、氧化铁红色粉、耐高温荧光黄色粉和耐寒剂2602在高速混合机中，以1300转/分的转速混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的转速为400rpm，温度为250℃的条件下熔融混炼，所得熔体由双螺杆挤出机挤出后，经水槽冷却（水槽温度为70℃），引入切粒机，切粒机以600rpm的转速进行切粒操作，收集粒料即为本实施例的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金。
采用ASTM国际标准对本实施例制备的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金进行性能测试，结果如表1所示。
表1  耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金的性能测试结果  
性质 方法 单位 数据
比重 ASTM D792 — 1.26
模收缩 ASTM D955 % 0.3～0.5
拉伸强度 ASTM D638 Kg/c㎡ 740
弯曲强度 ASTM D638 Kg/c㎡ 1100
延伸率  ASTM D90 % 6.1
弯曲模数 ASTM D90 Kg/c㎡ 34000
缺口冲击强度(1/8")(23℃) ASTM D256 Kg·㎝/㎝ 15
缺口冲击强度(1/8")(-40℃) ASTM D256 Kg·㎝/㎝ 12
热变形温度 ASTM D648 ℃ 125
耐燃性 UL94 (1/8") V0
干燥温度 — ℃ 120
干燥时间 — HR 4
熔融温度 — ℃ 240～290
建议模温 — ℃ 110
由表1可以看出，本实施例的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金其各项性能指标均达到国家电力系统对智能电表壳体的材料标准要求，而且在-40℃的条件下，其缺口冲击强度也很好，完全能满足寒冷地区对电表的要求。
实施例2
本实施例的一种耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金，其原料配方是由如下重量份数的各组分组成：
PC                            50份；
PC再生料                     30份；
FR2025防火剂                 0.3份；
二氧化钛                      2份；
玻璃纤维                      10份； 
EMA                           2份；
抗氧剂 1010                   0.5份； 
抗氧剂 168                    0.5份； 
抗紫外线剂 UV-531            0.5份；
扩散粉 EBS                   0.08份； 
群青蓝色粉                    0.08份；
氧化铁红色粉                  0.03份；
耐高温荧光黄色粉              0.01份；
耐寒剂                          4份；
上述耐寒剂是美国罗门哈斯公司生产的耐寒剂2602。
本实施例的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金的制备方法是按照上述原料配方，将PC、PC再生料、FR2025 防火剂、二氧化钛、玻璃纤维、EMA、抗氧剂 1010、抗氧剂 168、抗紫外线剂 UV-531、扩散粉EBS、群青蓝色粉、氧化铁红色粉、耐高温荧光黄色粉和耐寒剂2602混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在260℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺杆挤出机挤出后，经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，收集粒料即为本实施例的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金。
上述制备方法中，将PC、PC再生料、FR2025 防火剂、二氧化钛、玻璃纤维、EMA、抗氧剂 1010、抗氧剂 168、抗紫外线剂 UV-531、扩散粉EBS、群青蓝色粉、氧化铁红色粉、耐高温荧光黄色粉和耐寒剂2602混合均匀，是在1300转/分的转速下混合均匀。
上述制备方法中，双螺杆挤出机的转速为400rPm。
上述制备方法中，水槽冷却所用的水槽温度为80℃。
上述制备方法中，切粒机的转速为900rpm。
采用ASTM国际标准对本实施例制备的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金进行性能测试，结果如表2所示。
表2耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金的性能测试结果
性质 方法 单位 数据
比重 ASTM D792 — 1.25
模收缩 ASTM D955 % 0.3～0.5
拉伸强度 ASTM D638 Kg/c㎡ 740
弯曲强度 ASTM D638 Kg/c㎡ 1150
延伸率  ASTM D90 % 6.3
弯曲模数 ASTM D90 Kg/c㎡ 34000
缺口冲击强度(1/8")(23℃) ASTM D256 Kg·㎝/㎝ 15
缺口冲击强度(1/8")(-40℃) ASTM D256 Kg·㎝/㎝ 12
热变形温度 ASTM D648 ℃ 125
耐燃性 UL94 (1/8") V0
干燥温度 — ℃ 120
干燥时间 — HR 4
熔融温度 — ℃ 240～290
建议模温 — ℃ 110
由表2可以看出，本实施例的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金其各项性能指标均达到国家电力系统对智能电表壳体的材料标准要求，而且在-40℃的条件下，其缺口冲击强度也很好，完全能满足寒冷地区对电表的要求。
实施例3
本实施例的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金，除了原料配方中的耐寒剂采用耐寒剂M721（现有常用的一种耐寒剂）外，其余原料配方各组分，以及合金的制备方法均与实施例2相同。
实施例4
本实施例的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金，除了原料配方中的耐寒剂采用耐寒剂M711（现有常用的一种耐寒剂）外，其余原料配方各组分，以及合金的制备方法均与实施例2相同。
实施例5
采用实施例2的检测方法对实施例3的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金和实施例4的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金均进行23℃和-40℃下的冲击强度测试，将结果与实施例2的测试结果进行对比：
1、实施例2的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金
23℃下的缺口冲击强度（1/8"）为15Kg·㎝/㎝；
-40℃下的缺口冲击强度（1/8"）为12 Kg·㎝/㎝。
2、实施例3的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金
23℃下的缺口冲击强度（1/8"）为12 Kg·㎝/㎝；
-40℃下的缺口冲击强度（1/8"）为8 Kg·㎝/㎝。
3、实施例4的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金
23℃下的缺口冲击强度（1/8"）为12 Kg·㎝/㎝；
-40℃下的缺口冲击强度（1/8"）为8 .5Kg·㎝/㎝。
从上述结果可以看出，用耐寒剂2602制备的耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金，其耐寒性明显优于另外两种，适合在寒冷地区使用。

Claims (1)

1.一种耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金，其原料配方是由如下重量份数的各组分组成：
聚碳酸酯                     30～50份；
聚碳酸酯再生料         30～50份；
FR2025防火剂           0.3～0.5份；
二氧化钛                     0.5～2份；
玻璃纤维                     9.5～11.5份； 
EMA                              2～5份；
抗氧剂 1010                0.1～0.5份； 
抗氧剂 168                  0.1～0.5份； 
抗紫外线剂 UV-531    0.3～0.5份；
扩散粉 EBS               0.03～0.08份； 
群青蓝色粉                 0.04～0.08份；
氧化铁红色粉             0.02～0.04份；
耐高温荧光黄色粉    0.005～0.01份；
耐寒剂                             2～5份；
上述耐寒剂是美国罗门哈斯公司生产的耐寒剂2602。
2、一种权利要求1所述耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金的制备方法，其特征在于该制备方法是按照上述原料配方，将聚碳酸酯、聚碳酸酯再生料、FR2025 防火剂、二氧化钛、玻璃纤维、EMA、抗氧剂 1010、抗氧剂 168、抗紫外线剂 UV-531、扩散粉EBS、群青蓝色粉、氧化铁红色粉、耐高温荧光黄色粉和耐寒剂2602混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在240～290℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺杆挤出机挤出后，经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，收集粒料即为耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金。
3、根据权利要求2所述耐寒智能电表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金的制备方法，其特征在于所述将聚碳酸酯、聚碳酸酯再生料、FR2025 防火剂、二氧化钛、玻璃纤维、EMA、抗氧剂 1010、抗氧剂 168、抗紫外线剂 UV-531、扩散粉EBS、群青蓝色粉、氧化铁红色粉、耐高温荧光黄色粉和耐寒剂2602混合均匀，是将聚碳酸酯、聚碳酸酯再生料、FR2025 防火剂、二氧化钛、玻璃纤维、EMA、抗氧剂 1010、抗氧剂 168、抗紫外线剂 UV-531、扩散粉EBS、群青蓝色粉、氧化铁红色粉、耐高温荧光黄色粉和耐寒剂2602在650～1300转/分的转速下混合均匀。
4、根据权利要求2所述耐寒电智能表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金的制备方法，其特征在于所述双螺杆挤出机的转速为250～400rpm。
5、根据权利要求2所述耐寒电智能表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金的制备方法，其特征在于所述水槽冷却时所用的水槽温度为60～80℃。
6、根据权利要求2所述耐寒电智能表壳体用聚碳酸酯/玻璃纤维合金的制备方法，其特征在于所述切粒机的转速为600～900rpm。
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