CN102321363B - 一种仿陶瓷塑胶复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种仿陶瓷塑胶复合材料及其制备方法，涉及一种高分子复合材料。提供一种将塑料与陶瓷优点结合起来，耐冲击、易成型、易回收、表面高光泽度的仿陶瓷塑胶复合材料及其制备方法。仿陶瓷塑胶复合材料的成分为塑胶材料、氧化锌、偶联剂、润滑剂、增重填料、增韧剂和纤维。将氧化锌和增重填料加入混合机内，再喷洒偶联剂，然后将润滑剂、增韧剂、塑胶材料加入混合机内，得到混合原料；将所得到的混合原料投入到双螺杆挤出造粒机中，经熔融挤出成线、冷却、切粒得到仿陶瓷塑胶复合材料，如配方中有纤维，纤维在挤出造粒过程中从双螺杆造粒机的侧喂料口加入。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子复合材料，尤其是涉及一种仿陶瓷的高分子复合材料及其制备方法。
背景技术
陶瓷制品以其自然、美观、耐用、低成本等特点，深受人们喜爱，在生活中随处可见。但是陶瓷也存在着烧制能耗高、韧性差易碎等缺点。开发生产工艺简单、易回收利用、机械性能优越的新型材料取代现有的陶瓷材料成为一种趋势。
因为陶瓷具有上述各种优点，所以长期以来人们希望用加工性能更为优异的塑料来仿造陶瓷外观，例如在塑胶材料中添加百分之几的色粉就可以将塑胶材料外观调节成各种的陶瓷外观，或者通过表面喷漆也可以模仿陶瓷的外观，但这些措施换来的仅仅是外观方面的效果，除此以外无法提供更多陶瓷所应有的特点。
中国专利200810048047.X公开了一种仿陶瓷塑胶材料，采取在聚对苯二甲酸丁二醇酯塑料(PBT)中添加大量的硫酸钡的方法实现仿陶瓷的目的。该方法的缺点是其为了得到类似陶瓷的密度，在塑胶材料中填充了大量硫酸钡。而由于硫酸钡自身的特点，这样做不但容易使塑胶材料变得难加工，而且容易导致塑胶材料抗冲击性能下降，做成的制品容易摔破。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的陶瓷材料存在工艺复杂、加工能耗高、不易回收、易碎等缺陷，提供一种将塑料与陶瓷优点结合起来，耐冲击、易成型、易回收、表面高光泽度的仿陶瓷塑胶复合材料及其制备方法。
所述仿陶瓷塑胶复合材料的成分及其按质量比的含量为：
塑胶材料 8％～40％；
氧化锌 30％～75％；
偶联剂 0.2％～2％；
润滑剂 0.3％～3％；
增重填料 5％～50％；
增韧剂 1％～8％。
纤维 0～15％；
所述塑胶材料可选自聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等中的一种。
所述偶联剂可选自乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、异丁烯基硅烷偶联剂、脲基硅烷偶联剂等中的一种。
所述润滑剂可选自聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺等中的一种。
所述增重填料可选自铁粉、铜粉、钨粉、铝粉、锌粉、铅粉、氧化铁、铁氧体、氧化铝、氧化镁等中的一种。
所述增韧剂可选自马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝的聚丙烯、乙烯-甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸缩水甘油酯共聚物等中的一种。
所述纤维可选自经过硅烷偶联剂处理的纤维，所述纤维可选自玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、耐高温的聚合物纤维等中的一种；所述纤维的直径可为5～20μm。
所述仿陶瓷塑胶复合材料的制备方法包括以下步骤：
1)将氧化锌和增重填料加入混合机内，再喷洒偶联剂，然后将润滑剂、增韧剂、塑胶材料加入混合机内，得到混合原料；
2)将所得到的混合原料投入到双螺杆挤出造粒机中，经熔融挤出成线、冷却、切粒得到仿陶瓷塑胶复合材料，如配方中有纤维，纤维在挤出造粒过程中从双螺杆造粒机的侧喂料口加入。
在步骤2)中，所述熔融挤出成线的工艺参数可为：利用辅助喂料系统加入混合原料，加工温度范围为160～290℃；喂料速度为50～90r/min；主机螺杆转速为250～420r/min；切粒的速度可为150～250r/min。
本发明所述偶联剂及其处理方法很好地解决了无机填料与塑胶材料的相容性和分散性问题，在保持材料强度的同时极大提高了材料的柔韧性。材料拉伸测试表明，在相同的填料添加量(60％)情况下，偶联剂的加入可使材料出现屈服点，而未添加偶联剂的材料在未出现屈服点时就已经断裂。
本发明所述增重填料是指比重大于3.0的无机填料，可用于增加仿陶瓷复合材料整体的重量，这样就可根据需要调节增重填料用量得到不同比重的仿陶瓷复合材料并改善复合材料的导热性。
本发明对纤维材料类型没有特别的限制，任何的玻璃纤维、碳纤维、金属纤维以及耐高温的聚合物纤维均可，可通过调节纤维用量得到仿陶瓷复合材料所需的强度和刚度。
众所周知，在一般情况下塑胶材料中填充过高比例(通常是60％以上)的无机填料时，所制备的复合材料其冲击强度就会很低。本发明所述增韧剂是能够对体系起到很好增韧以及相容效果的聚合物，增韧剂都带有极性基团，与无机填料和塑胶都有很好的相容性，可通过调节增韧剂用量得到仿陶瓷复合材料所需的柔韧性。此外，选用有针对性的润滑剂使仿陶瓷塑胶复合材料变得更易于加工。
根据本发明，其它一种或多种热塑性树脂在用量不严重影响上述目的或效果的范围内，可掺入仿陶瓷塑胶复合材料中。其它一种或多种常用无机填料例如，二氧化硅、氮化铝、氮化镁、碳化硅、云母、硅灰石、蒙脱石、碳酸钙在用量不严重影响上述目的或效果的范围内，可加入仿陶瓷塑胶复合材料中。此外，任何一般加到热塑性树脂中的惯用材料例如，抗氧剂、热稳定剂、紫外线吸收剂、抗静电剂、阻燃剂、结晶促进剂、成核剂或抗菌剂在用量不严重影响上述目的或效果的范围内，可加入仿陶瓷塑胶复合材料中。
与现有的陶瓷塑胶复合材料相比，本发明具有以下突出优点：
1)本发明所制备的仿陶瓷塑胶复合材料的比重约为2.0～3.5，具备类似陶瓷的重量感。
2)本发明所制备的仿陶瓷塑胶复合材料既保持类似陶瓷的高刚性，又具备高抗冲击性，克服了陶瓷易碎的缺点。
3)本发明所制备的仿陶瓷塑胶复合材料保持塑胶材料良好的加工性能，可注射、挤出或模压，并且易于回收二次加工。
4)本发明所制备的仿陶瓷塑胶复合材料配合适当的成型工艺可成型表面平整细腻的高光制品，并且可调节各种颜色，得到类似陶瓷的外观。
5)本发明所制备的仿陶瓷塑胶复合材料成型后导热系数较高，其制品具备类似陶瓷的冰冷手感。
具体实施方式
以下实施例将对本发明作进一步的说明。
实施例1
将重量40％氧化锌和30％铁氧体加入混合机内搅拌30min，再将重量1％偶联剂均匀地喷洒到搅拌中的氧化锌和铁氧体上，搅拌20min，然后将重量1％乙撑双硬酯酰胺、重量1％马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物、重量27％聚酰胺一起加入混合机内搅拌20min，得到混合原料。最后，将所得到的混合原料投入到双螺杆挤出造粒机中，经熔融挤出成线、冷却、切粒得到仿陶瓷塑胶复合材料粒料，工艺参数为：利用辅助喂料系统加入混合原料，喂料速度为80r/min；主机螺杆转速为300r/min；一区温度225℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度235℃，五区温度240℃，六区温度245℃，七区温度245℃，八区温度250℃，九区温度250℃，十区温度250℃，模头温度250℃；切粒机切粒速度为200r/min。
将所制得的仿陶瓷塑胶复合材料按照ASTM D638、ASTM D790、ASTM D256和ASTMD792等相关标准注塑成样条并测试其性能，测试结果如表1所示。
实施例2
将重量60％氧化锌和15％铁粉加入混合机内搅拌20min。然后再将重量1％偶联剂均匀地喷洒到搅拌中的氧化锌和铁粉上，然后搅拌25min。然后将重量1％乙撑双硬酯酰胺、重量1％马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物、重量22％聚酰胺一起加入混合机内搅拌20min，得到混合原料。最后，将所得到的混合原料投入到双螺杆挤出造粒机中，经熔融挤出成线、冷却、切粒得到仿陶瓷塑胶复合材料粒料，工艺参数为：利用辅助喂料系统加入混合原料，喂料速度为80r/min；主机螺杆转速为300r/min；一区温度225℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度235℃，五区温度240℃，六区温度245℃，七区温度245℃，八区温度250℃，九区温度250℃，十区温度250℃，模头温度250℃；切粒机切粒速度为200r/min。
将所制得的仿陶瓷塑胶复合材料按照ASTM D638、ASTM D790、ASTM D256和ASTMD792等相关标准注塑成样条并测试其性能，测试结果如表1所示。
实施例3
将重量65％氧化锌和重量5％铁粉加入混合机内搅拌20min。然后再将重量0.8％偶联剂均匀地喷洒到搅拌中的氧化锌和铁粉上，然后搅拌20min。然后将重量0.7％乙撑双硬酯酰胺、重量5％马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物、重量23.5％聚酰胺一起加入混合机内搅拌15min，得到混合原料。最后，将所得到的混合原料投入到双螺杆挤出造粒机中，经熔融挤出成线、冷却、切粒得到仿陶瓷塑胶复合材料粒料，工艺参数为：利用辅助喂料系统加入混合原料，喂料速度为90r/min；主机螺杆转速为330r/min；一区温度225℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度235℃，五区温度240℃，六区温度245℃，七区温度245℃，八区温度250℃，九区温度250℃，十区温度250℃，模头温度250℃；切粒机切粒速度为220r/min。
将所制得的仿陶瓷塑胶复合材料按照ASTM D638、ASTM D790、ASTM D256和ASTMD792等相关标准注塑成样条并测试其性能，测试结果如表1所示。
实施例4
将重量40％氧化锌和重量40％氧化铝加入混合机内搅拌20min。然后再将重量0.8％偶联剂均匀地喷洒到搅拌中的氧化锌和氧化铝上，然后搅拌20min。然后将重量1.2％乙撑双硬酯酰胺、重量15％聚酰胺、重量3％马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物一起加入混合机内搅拌20min，得到混合原料。最后，将所得到的混合原料投入到双螺杆挤出造粒机中，经熔融挤出成线、冷却、切粒得到仿陶瓷塑胶复合材料粒料，工艺参数为：利用辅助喂料系统加入混合原料，喂料速度为85r/min；主机螺杆转速为320r/min；一区温度225℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度235℃，五区温度240℃，六区温度245℃，七区温度245℃，八区温度250℃，九区温度250℃，十区温度250℃，模头温度250℃；切粒机切粒速度为210r/min。
将所制得的仿陶瓷塑胶复合材料按照ASTM D638、ASTM D790、ASTM D256和ASTMD792等相关标准注塑成样条并测试其性能，测试结果如表1所示。
实施例5
将重量61％氧化锌和6％铁氧体加入混合机内搅拌20min。然后再将重量0.5％偶联剂均匀地喷洒到搅拌中的氧化锌和铁氧体上，然后搅拌20min。然后将重量1.5％乙撑双硬酯酰胺、重量19％聚酰胺、重量4％马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物一起加入混合机内搅拌20min，得到混合原料。最后，将所得到的混合原料投入到双螺杆挤出造粒机中，并从侧喂料口加入重量8％玻璃纤维，经熔融挤出成线、冷却、切粒得到仿陶瓷塑胶复合材料粒料，工艺参数为：利用辅助喂料系统加入混合原料，喂料速度为80r/min；主机螺杆转速为300r/min；一区温度245℃，二区温度250℃，三区温度250℃，四区温度255℃，五区温度255℃，六区温度260℃，七区温度260℃，八区温度265℃，九区温度265℃，十区温度270℃，模头温度270℃；切粒机切粒速度为200r/min。
将所制得的仿陶瓷塑胶复合材料按照ASTM D638、ASTM D790、ASTM D256和ASTMD792等相关标准注塑成样条并测试其性能，测试结果如表1所示。
实施例6
将重量63％氧化锌和重量7％铁粉加入混合机内搅拌20min。然后再将重量0.8％偶联剂均匀地喷洒到搅拌中的氧化锌和铁粉上，然后搅拌20min。然后将重量1.2％聚乙烯蜡、重量25％聚丙烯、重量3％马来酸酐接枝的聚丙烯一起加入混合机内搅拌20min，得到混合原料。最后，将所得到的混合原料投入到双螺杆挤出造粒机中，经熔融挤出成线、冷却、切粒得到仿陶瓷塑胶复合材料粒料，工艺参数为：利用辅助喂料系统加入混合原料，喂料速度为75r/min；主机螺杆转速为280r/min；一区温度160℃，二区温度165℃，三区温度165℃，四区温度170℃，五区温度170℃，六区温度175℃，七区温度175℃，八区温度180℃，九区温度180℃，十区温度185℃，模头温度185℃；切粒机切粒速度为180r/min。
将所制得的仿陶瓷塑胶复合材料按照ASTM D638、ASTM D790、ASTM D256和ASTMD792等相关标准注塑成样条并测试其性能，测试结果如表1所示。
表1仿陶瓷塑胶复合材料的力学性能
Claims (2)
1.一种仿陶瓷塑胶复合材料，其特征在于其成分及其按质量比的含量为：
聚酰胺 23.5%；
氧化锌 65%；
偶联剂 0.8%；
润滑剂 0.7%；
铁粉 5%；
增韧剂 5%；
所述偶联剂选自乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、异丁烯基硅烷偶联剂、脲基硅烷偶联剂中的一种；
所述润滑剂选自聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺中的一种；
所述增韧剂选自马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝的聚丙烯、乙烯-甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的一种。
2.如权利要求1所述的一种仿陶瓷塑胶复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将氧化锌和铁粉加入混合机内，再喷洒偶联剂，然后将润滑剂、增韧剂、聚酰胺加入混合机内，得到混合原料；
2）将所得到的混合原料投入到双螺杆挤出造粒机中，经熔融挤出成线、冷却、切粒得到仿陶瓷塑胶复合材料；所述熔融挤出成线的工艺参数为：利用辅助喂料系统加入混合原料，加工温度范围为160～290℃；喂料速度为50～90r/min；主机螺杆转速为250～420r/min；切粒的速度为150～250r/min。
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