CN102702639B - 一种玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈-n-苯基马来酰亚胺-环烯烃共聚物组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到一种玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃共聚物组合物,其特征在于包括下述重量百分比的组分:苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物 45~85%,玻璃纤维 10~30%,相容剂 1~10%,增韧剂 5~10%,润滑剂 0.5~1%,抗氧剂 0.5~2.0%。与现有技术相比,本发明所提供的玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物基本解决了现有高玻璃纤维含量的增强SAN树脂表面浮纤等问题,热变形温度较高、力学性能优良、透明性良好,成本适中,可广泛地应用于电子、电器、仪表、照明及汽车零部件等领域。
Description
技术领域
本发明涉及高聚物改性领域,具体是指一种玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃共聚物组合物。
背景技术
随着汽车工业的发展,以及电子、家电等领域的技术进步,对耐热高强型塑料的需求已经呈现逐渐增加的趋势。玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈共聚物(GF-SAN)因其具有较高的热变形温度、良好的加工性能、尺寸稳定性和拉伸强度及较低的生产成本在家用电器领域具有很好的应用价值,如制作空调中的轴流、贯流和离心风叶,或用于生产仪表盘、仪表透镜及打火机、电池盒等产品。填充玻璃纤维可以起到增强材料性能的作用,但对其表面光洁度会产生消极的影响,而且随着玻璃纤维含量的增加,制品表面会变得越来越粗糙,产生明显的玻璃纤维流纹,特别是黑色的制品表面会因为玻璃纤维外露出现泛白现象,俗称“浮纤”,影响制品的外观效果,限制了高玻璃纤维含量增强SAN产品在外观制品上的推广和应用。
发明专利CN 101914179公开了一种新型的耐热SAN,即芳香烃-不饱和腈-N-取代马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物的制备方法。相对于苯乙烯-丙烯腈共聚物,N-取代马来酰亚胺及环烯烃的分子结构中有环状结构,形成的聚合物分子链刚性很强,而且在分子链上N取代基上的苯环起到了增大分子链运动的空间位阻的作用,从而提高聚合物的玻璃化转变温度,赋予树脂较高的耐热性能。相对于通用SAN,在相同玻璃纤维用量条件下,玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物的综合力学性能相当,但热变形温度有较大幅度的提高,而且表面光洁度更好。
本发明采用玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物作为基体树脂,并辅以玻璃纤维增强处理,基本克服了高玻璃纤维含量的增强SAN树脂表面浮纤的缺点。本发明所得玻璃纤维增强耐热SAN热变形温度较高,力学性能优良,国内外未见相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种同时具有良好的机械性能、耐热性能及加工性能的玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃共聚物组合物。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:该玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物,其特征在于包括下述重量百分比的组分:
所述的苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物采用本体法生产,重均分子量20000-30000,N-苯基马来酰亚胺重量百分比含量为5~20%,环烯烃重量百分比含量为5~30%,220℃熔体流动速率MI为15-40g/10min;
所述的玻璃纤维为采用硅烷偶联剂处理的无碱长玻璃纤维,单丝直径12-14μm。
所述的相容剂为苯乙烯-马来酸酐无规共聚物SMA,其中马来酸酐的重量百分含量为8-20%;
所述的增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯核壳共聚物MBS或聚烯烃马来酸酐接枝弹性体POE-g-MAH;所述POE-g-MAH中MAH接枝率为0.5-1.5%;
所述的润滑剂为季戊四醇酯PETS;
所述的抗氧剂为液体亚磷酸酯抗氧剂TNPP与受阻酚245的复配物,TNPP与245的重量比为1.5:1-3:1。
所述环烯烃可以选自环戊烯、甲基环戊烯,二甲基环戊烯,乙基环戊烯,环已烯,甲基环已烯,二甲基环已烯和乙基环已烯中的一种或多种。
上述玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物的制备方法,其特征在于包括下述步骤:
⑴苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物在90~110℃下进行干燥,控制水分含量在0.02%以下;
⑵按重量配比称取苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物、相容剂、增韧剂、润滑剂和抗氧剂;
⑶将上述原料和助剂放入高混机中1000rpm高速混合5-15分钟出料;
⑷将混合的原料放入同向双螺杆挤出机中挤出造粒,同时所述无碱长玻璃纤维在排气口喂料;所述双螺杆挤出机的长径比为32-36,螺杆机的转速为150-500rpm,各段螺杆温度控制为190-245℃之间,停留时间1-2分钟;
⑸经拉条,冷却,切粒,最后得到成品。
所述双螺杆挤出机中加料段温度为190-200℃,熔融段温度为225-240℃,均化段温度为240-245℃,机头温度为240-245℃。
本发明中选用的耐热SAN树脂的流动性适中,如果选用的耐热SAN树脂的流动性过低,基体对玻璃纤维的浸润作用会减弱,玻璃纤维分散效果较差,材料性能不易保持;如果耐热SAN树脂分子量偏低,流动性过高,材料的力学性能则会明显偏低。抗氧剂采用亚磷酸酯与受阻酚复配物,并适当提高了亚磷酸酯的用量,其作用是不仅可提高材料加工和使用过程中的热稳定性,而且由于亚磷酸酯易于流动,具有一定的增塑作用,少量添加即可增强SAN树脂的浸润能力,使得SAN树脂能将玻璃纤维很好地包覆,注塑成型时可大幅减少了玻璃纤维外露的机率,提高了注塑制品的成品率。此外,由于亚磷酸酯改善了SAN树脂对玻璃纤维的浸润能力,使得玻璃纤维分散更均匀,材料的综合性能也有一定程度的提高。
与现有技术相比,本发明所提供的玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物基本解决了现有高玻璃纤维含量的增强SAN树脂表面浮纤等问题,热变形温度较高、力学性能优良、透明性良好,成本适中,可广泛地应用于电子、电器、仪表、照明及汽车零部件等领域。
具体实施方式
以下结合实施例和对比例对本发明作进一步详细描述。
SAN-1选用宁波镇洋化工发展有限公司生产的苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物,SAN相的重均分子量约为20000g/mol,N-苯基马来酰亚胺含量为10%,环己烯含量为5%,MI=40g/10min。
SAN-2选用宁波镇洋化工发展有限公司生产的苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物,SAN相的重均分子量约为25000g/mol,N-苯基马来酰亚胺含量为20%,环己烯含量为15%,MI=25g/10min。
SAN-3选用宁波镇洋化工发展有限公司生产的苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物,SAN相的重均分子量约为30000g/mol,N-苯基马来酰亚胺含量为5%,环戊烯含量为30%,MI=15g/10min。
SAN-4选自LG甬兴化工的80HF,重均分子量约为28000g/mol,不含N-苯基马来酰亚胺及环烯烃,MI=25g/10min。
玻璃纤维GF选用巨石988A,单丝直径13-14μm。
相容剂SMA选自上海事必达的SMAM25。
增韧剂MBS选自韩国LG公司的EM500A。
增韧剂POE-g-MAH选自上海日之升的CMG5805。
润滑剂选自上海华熠化工助剂的PETS。
抗氧剂选自宁波金海雅宝的245及美国Dover公司的DP-4HR。
黑色母选自宁波精亮色母,PE载体,50%炭黑。
通过添加黑色母,本发明的实施例和对比例制备的都是黑色共混物,因为黑色制品更容易分辨浮纤情况,有助于表观的评价。制品的表观质量采用目测的方法进行评价,并按照1到5进行等级划分,共划分为9个等级:1,1-2,2,2-3,3,3-4,4,4-5,5,等级越高,表示表观越好。
实施例1-8和对比例1-3的配方见表1。
表1实施例1-8和对比例1-3的配方
各实施例和对比例的玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物的制备方法按下列步骤进行:
1、苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物100℃干燥4h;
2、按重量配比称取苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物、相容剂、增韧剂、润滑剂和抗氧剂;
3、将上述原料和助剂放入高混机中1000rpm高速混合10分钟出料;
4、将混合的原料放入同向双螺杆挤出机中挤出造粒,同时无碱长玻璃纤维在排气口喂加料。所用双螺杆挤出机的长径比为32,带有精确的温度控制和真空排气系统,螺杆机的转速为250-500rpm,各段螺杆温度控制为190-245℃之间,停留时间1-2分钟,其中加料段190-200℃,熔融段225-240℃,均化段240-245℃,机头240-245℃。
5、经拉条,冷却,切粒,最后得到成品。
将各实施例及对比例制备的混合物按标准尺寸注塑成标准样条,注塑条件是,注塑温度:220-245℃,模具温度:80℃,注塑压力:90MPa,注塑速度:高速。标准样条的物理性能均按ASTM标准测试,测试方法如表2所示,测试结果如表3所示。
表2
性能 | 测试方法 | 条件 |
拉伸强度 | ASTM D638 | 3.2mm,50mm/min |
弯曲强度 | ASTM D790 | 3.2mm,2mm/min |
弯曲模量 | ASTM D790 | 3.2mm,2mm/min |
Izod缺口抗冲击强度 | ASTM D256 | 3.2mm,23℃ |
热变形温度HDT | ASTM D648 | 6.4mm,1.82MPa |
光泽度 | ASTM D2457 | 60° |
表3
从表三可以看出:随着N-苯基马来酰亚胺含量的增加,材料的耐热性能得到大幅提高;随着环烯烃含量的增加,材料的表观得到提高。
对比例1采用MBS替代SMA,MBS用量由10%提高至15%,由于基体树脂与玻纤之间缺少相容剂SMA的过渡,导致产品综合性能大幅下降,此外,MBS含量的增加引起产品橡胶含量的提高,最终将造成产品表面光泽度的下降。相对实施例2,对比例2样品的拉伸弯曲性能、热变形温度均有大幅下降,表观光泽度略有下降。
对比例2未添加润滑剂,并单独采用受阻酚抗氧剂245,由于缺少抗氧剂的复配增效作用,及润滑剂的内外平衡作用,导致表观效果较差。相对实施例5,对比例2样品的表面光泽大幅下降,表观效果明显恶化。
对比例3采用通用SAN代替苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物,由于通用SAN的刚性相对较低,抗高温蠕变性能相对较差,直接导致玻纤增强样品与刚性有关性能的大幅下降。相对实施例7,对比例3样品的热变形温度大幅下降,而且弯曲模量、光泽度均有一定程度下降。
与采用通用SAN的对比例相比,本发明的实施例具有明显改善玻璃纤维增强SAN的耐热性能和表观性能的优点,而且相对苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺耐热共聚物,实施例的生产成本相对较低。
Claims (4)
1.一种玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃共聚物组合物,其特征在于由下述重量百分比的组分组成,且各组分之和为100%:
所述的苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物采用本体法生产,重均分子量20000-30000,N-苯基马来酰亚胺重量百分比含量为5~20%,环烯烃重量百分比含量为5~30%,220℃熔体流动速率MI为15-40g/10min;
所述的玻璃纤维为采用硅烷偶联剂处理的无碱长玻璃纤维,单丝直径12-14μm;
所述的相容剂为苯乙烯-马来酸酐无规共聚物SMA,其中马来酸酐的重量百分含量为8-20%;
所述的增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯核壳共聚物MBS或聚烯烃马来酸酐接枝弹性体POE-g-MAH;所述POE-g-MAH中MAH接枝率为0.5-1.5%;
所述的润滑剂为季戊四醇酯PETS;
所述的抗氧剂为液体亚磷酸酯抗氧剂TNPP与受阻酚245的复配物,TNPP与245的重量比为1.5:1-3:1。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物组合物,其特征在于所述环烯烃选自环戊烯、甲基环戊烯,二甲基环戊烯,乙基环戊烯,环已烯,甲基环已烯,二甲基环已烯和乙基环已烯中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物组合物的制备方法,其特征在于包括下述步骤:
⑴苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物在90~110℃下进行干燥,水分含量控制在0.02%以下;
⑵按重量配比称取苯乙烯-丙烯腈-N-苯基马来酰亚胺-环烯烃耐热共聚物、相容剂、增韧剂、润滑剂和抗氧剂;
⑶将上述原料和助剂放入高混机中1000rpm高速混合5-15分钟出料;
⑷将混合的原料放入同向双螺杆挤出机中挤出造粒,同时所述无碱长玻璃纤维在排气口喂料;所述双螺杆挤出机的长径比为32-36,螺杆机的转速为150-500rpm,各段螺杆温度控制为190-245℃之间,停留时间1-2分钟;
⑸经拉条,冷却,切粒,最后得到成品。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于所述双螺杆挤出机中加料段温度为190-200℃,熔融段温度为225-240℃,均化段温度为240-245℃,机头温度为240-245℃。
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