CN102604319A - 一种纳米pc/abs改性合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米PC/ABS改性合金的制备方法，包括如下步骤：（1）将纳米SiO2与硅烷偶联剂混合后搅拌，待用；（2）将基体树脂ABS、高胶粉、抗老化剂和经过步骤（1）处理的纳米SiO2按重量份数混合，得到ABS纳米复合材料待用；（3）将步骤（2）中所述ABS纳米复合材料加入双螺杆挤出机中，使物料在熔融状态下挤出，并经过冷却水拉条、造粒、待用；（4）将聚碳酸酯、相容剂和步骤（3）的产物共混后加入双螺杆挤出机中，使物料在熔融状态下挤出，并经过冷却水拉条、造粒，得到所述纳米PC/ABS改性合金。本发明的改性合金具有良好的韧性，能吸收大量冲击能而不破坏材料,其综合性能得到显著提高，而其成本又得到有效的控制。

Description

一种纳米PC/ABS改性合金的制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种纳米PC/ABS改性合金的制备方法。
背景技术
聚碳酸酯（PC）是一种性能优异的工程塑料，具有突出的冲击韧性，宽广的使用温度范围和良好的电绝缘性，已经在汽车和电子电器工业中得到了广泛应用。但PC熔体粘度大，成型加工困难，特别是大型制品容易产生应力开裂，耐化学药品性差，而其价格又较高，使得PC的应用受到了一定限制。
ABS树脂的性能介于工程塑料和通用塑料之间，具有良好的耐冲击性能和加工性能，价格也比较便宜，但其耐热性、耐候性差、机械性能不够理想。
以PC和ABS为主要原料的PC/ABS合金是一种重要的工程塑料合金，具有良好的成型性和耐低温冲击性能，较高的热变形温度和光稳定性。与PC相比，PC/ABS合金降低了熔体粘度，改善了加工性能，并大大提高了产品耐应力开裂性能。与ABS相比，PC/ABS合金提高了耐热性和耐候性，成本低于PC，兼具PC与ABS两者的性能，因此具有广阔的应用前景和巨大的市场价值，其主要应用领域包括汽车、电子、电器等行业。
现有PC/ABS合金的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和热变形温度随PC/ABS合金中PC的含量变化而变化，PC含量增高时，其拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和热变形温度基本呈现线性增高。为提高PC/ABS合金的以上性能，就要提高PC/ABS合金中PC的含量。由于PC 的价格较高，这就使得PC/ABS合金的成本上升。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种纳米PC/ABS改性合金的制备方法，其能使拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和热变形温度得到明显提高，却能降低PC/ABS合金的成本。具体内容如下：
     一种纳米PC/ABS改性合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）将纳米SiO2与占其重量比为1.5～3.5%的硅烷偶联剂在800～1000转/min的转速下搅拌，控制温度为20～110℃混合15～20min，待用；
（2）将基体树脂ABS、高胶粉、抗老化剂和经过步骤（1）处理的纳米SiO2按重量份数混合，在400～500转/min的转速下混合均匀，得到ABS纳米复合材料待用；
（3）将步骤（2）中所述ABS纳米复合材料加入双螺杆挤出机中，设定温度为190～230℃和转速为250～450转/min，使物料在熔融状态下挤出，并经过冷却水拉条、造粒、待用；
（4）将聚碳酸酯、相容剂和步骤（3）的产物共混后加入双螺杆挤出机中，设定温度为200～255℃，转速为250～450转/min，使物料在熔融状态下挤出，并经过冷却水拉条、造粒，得到所述纳米PC/ABS改性合金；
所述纳米PC/ABS改性合金中各组分的重量比为ABS：PC：纳米SiO2 ：高胶粉：抗老化剂：相容剂 = 100：15～30：1.5～4：4～8：2～4：4～7；
所述ABS中各组分的含量为聚丁二烯的重量百分比15～30%，聚苯乙烯的重量百分比40～70%，聚丙烯腈的重量百分比10～30%；
所述高胶粉为经过耐热改性剂处理的丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元接技共聚物，其中各组分的重量百分比含量为：聚丁二烯60～70%，聚丙烯腈5～20%，聚苯乙烯15～30%。
所述硅烷偶联剂是KH550（NH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3）或HR560（CH2CHCH2O(CH2)3Si(OCH3)3）。
所述相容剂为ABS-g-MAH。
本发明的优点和积极效果如下：
a、实验研究表明，用偶联剂处理的纳米粒子与聚合物共混制备的纳米复合
材料，其韧性、强度和耐磨性较普通的含PC较低的PC/ABS有明显提高，如表1所示。实验同时表明，纳米聚合物复合材料在受到外力作用时刚性粒子可以增加耐磨性，且刚性超细粒子可以起到使应力分散的增强增韧的作用，由于保持纳米粒子的尺寸大小及均匀分散性，增强了材料的刚性和硬度。复合材料的增韧作用决定于结构单元的键合强度，以及有多大体积参与吸收冲击能。本发明中的复合材料中由于有不同组分之间的大量的相界面，超细刚性粒子界面结合牢固，结合力会超过基体材料的内聚力，这样破坏时不是界面破裂，而是基体本身的破坏，由于增加了大量的锚固点，材料就近似于以网络形式结合在一起，不容易被破坏。
b、实验表明，在用刚性微粒子制成刚性聚合物复合材料时，采用偶联剂处理，在偶联剂的表面上包覆上薄层柔性聚合物，来调节刚性粒子与基体树脂间界面的状态。当受到冲击时，每个微粒子虽然是应力点，但能通过粒子将应力传递分散到更大的基体体积去共同承担外力，并在各粒子的周边，可诱发产生大量的银纹或微裂纹，在它本身消耗冲击能转化为分子链变形能及新产生的表面能的同时，在银纹或微裂纹的前锋相合处，在两条纹间基本会发生剪切变形，变形需要吸收能量，直至基本条被扭断，微裂纹才能继续发展，这一过程就起到吸收冲击能并抑制微裂纹扩展的作用，有利于提高材料的冲击性。由于材料微裂时内部有裂纹，但宏观表现只是发白，材料并不断裂，能吸收大量冲击能而不破坏材料,具有好的韧性。
c、实验表明，由于用偶联剂处理的纳米粒子在PC/ABS材料中的增韧、增强和增高耐磨性的作用，可使PC/ABS材料中PC用量大大减少，降低了材料成本，但其拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和热变形温度及耐磨性得到不同程度提高。
附图说明
图1是本发明的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面，用实施例来进一步说明本发明内容，但本发明的保护范围并不仅限于实施例。对本领域的技术人员在不背离本发明精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。
参照图1的工艺流程图，具体说明本发明的实施方式：
（1）将纳米SiO2与占其重量比为1.5～3.5%的硅烷偶联剂在800～1000转
/min的转速下搅拌，控制温度为20～110℃，混合15～20min，待用；
（2）将基体树脂ABS、高胶粉、抗老化剂和经过步骤（1）处理的纳米SiO2按重量份数混合，在400～500转/min的转速下混合均匀，得到ABS纳米复合材料待用
（3）将步骤（2）中所述ABS纳米复合材料加入双螺杆挤出机中，设定温度为190～230℃和转速为250～450转/min，使物料在熔融状态下挤出，并经过冷却水拉条、造粒、待用。
双螺杆挤出机的设定温度为：机头190～200℃，一区温度190～200℃，
二区195～205℃，三区195～205℃，四区210～220℃，五区220～230℃，六区220～230℃。
（4）将PC、相容剂和步骤（3）的产物共混后加入双螺杆挤出机中，设定温度为200～255℃，转速为250～450转/min,使物料在熔融状态下挤出，并经过冷却水拉条、造粒、筛选、检验合格，包装、入库。
双螺杆挤出机的设定温度为：机头200～210℃，一区温度200～210℃，
二区215～225℃，三区215～225℃，四区230～245℃，五区245～255℃，六区245～255℃。
所述PC/ABS纳米复合材料中各组分的重量比为ABS：PC：纳米SiO2：高胶粉：抗老化剂：相容剂=100：15～30：1.5～4：4～8：2～4：4～7。
所述ABS中各组分的含量为：丁二烯重量百分比15～30%，苯乙烯重量百分比40～70%，丙烯腈重量百分比10～30%所述高胶粉为经过耐热改性剂处理的丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元接技共聚物，其中丁二烯组分的重量百分比含量为60～70%，丙烯腈5～20%，苯乙烯15～30%。
所述硅烷偶烷剂是KH550（NH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3）或HR560（CH2CHCH2O(CH2)3Si(OCH3)3）。
所述相容剂为ABS-g-MAH。
本发明的纳米PC/ABS改性合金(PC含量18％)与未改性PC/ABS(PC含量分别为20％和40％)材料的机械性能和抗老化性能的对比如下表1所示：
表1  PC/ABS纳米复合材料与未改性PC/ABS材料的机械性能对比
Figure 215130DEST_PATH_IMAGE001
本发明的各实施例的制备方法相同，配方中的组分有差别，如下表2所示：
表2
Figure 154136DEST_PATH_IMAGE002

Claims (4)

1.一种纳米PC/ABS改性合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将纳米SiO2与占其重量比为1.5～3.5%的硅烷偶联剂在800～1000转/min的转速下搅拌，控制温度为20～110℃混合15～20min，待用；
（2）将基体树脂ABS、高胶粉、抗老化剂和经过步骤（1）处理的纳米SiO2按重量份数混合，在400～500转/min的转速下混合均匀，得到ABS纳米复合材料待用；
（3）将步骤（2）中所述ABS纳米复合材料加入双螺杆挤出机中，设定温度为190～230℃和转速为250～450转/min，使物料在熔融状态下挤出，并经过冷却水拉条、造粒、待用；
（4）将聚碳酸酯、相容剂和步骤（3）的产物共混后加入双螺杆挤出机中，设定温度为200～255℃，转速为250～450转/min，使物料在熔融状态下挤出，并经过冷却水拉条、造粒，得到所述纳米PC/ABS改性合金；
所述纳米PC/ABS改性合金中各组分的重量比为ABS：PC：纳米SiO2 ：高胶粉：抗老化剂：相容剂 = 100：15～30：1.5～4：4～8：2～4：4～7；
所述ABS中各组分的含量为聚丁二烯的重量百分比15～30%，聚苯乙烯的重量百分比40～70%，聚丙烯腈的重量百分比10～30%。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高胶粉为经过耐热改性剂处理的丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元接技共聚物，其中各组分的重量百分比含量为：聚丁二烯60～70%，聚丙烯腈5～20%，聚苯乙烯15～30%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂是NH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3或CH2CHCH2O(CH2)3Si(OCH3)3。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述相容剂为ABS-g-MAH。
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