CN103013075A - Pet复合材料、其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明适用于工程塑料技术领域，提供了一种PET复合材料、其制备方法和应用。该PET复合材料包括聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、增韧剂、增溶剂、碳纤维、导电炭黑。本发明PET复合材料，通过碳纤维的改性作用使得PET复合材料的强度得到大大增强；通过碳纤维和导电炭黑的协同改性作用使得PET复合材料的抗静电性能得到显著提升。本发明PET复合材料制备方法，操作简单，成本低廉，生产效益高，非常适于工业化生产。

Description

PET复合材料、其制备方法和应用

技术领域

本发明属于工程塑料技术领域，尤其涉及一种PET复合材料、其制备方法和应用。 

背景技术

随着手机普遍性的进入人们的生活之中，手机已经成为各类人群不可或缺的生活品。 

手机外壳是手机的重要组成部分。手机外壳的抗静电性、机械强度及色泽对手机的性能及市场前景有着重要的影响。目前，一般市场上的手机外壳大多采用金属喷漆、聚碳酸酯、聚碳酸酯与丙烯腈~丁二烯~苯乙烯合金材料，这些材料在强度及防静电效果上不能兼顾，影响手机的外观及使用寿命，并且因为静电原因带来系列安全隐患。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种PET复合材料，解决现有手机外壳防静电性能及接卸性能不高的技术问题，以及该PET复合材料的制备方法和应用。 

本发明是这样实现的， 

一种PET复合材料，包括如下重量份数的组分： 

以及， 

上述PET复合材料的制备方法，包括如下步骤： 

提供上述聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、增韧剂、增溶剂、碳纤维及导电炭黑； 

将所述聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、增韧剂、增溶剂及导电炭黑混合，得到第一混合物； 

将所述第一混合物加入主进料口中，所述碳纤维加入侧进料口中进行熔融挤出处理，得到PET复合材料 

本发明进一步提供上述PET复合材料在手机外壳中的应用。 

本发明PET复合材料，通过碳纤维的改性作用使得PET复合材料的强度得到大大增强；通过碳纤维和导电炭黑的协同改性作用使得PET复合材料的抗静电性能得到显著提升。本发明PET复合材料制备方法，采用侧进料的方式将各组分熔融挤出，使得各组分在高速剪切作用下，降低了粘度，增强了各组分的分散性，使得制备的PET复合材料性能稳定。同时该方法只需将按配方将各组分混合挤出，操作简单，成本低廉，生产效益高，非常适于工业化生产。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

本发明实施例提供一种PET复合材料，包括如下重量份数的组分： 

本发明实施例的PET复合材料，通过聚碳酸酯对聚对苯二甲酸乙二醇酯进行改性，有效的提升了聚对苯二甲酸乙二醇酯的机械性能，同时通过碳纤维对聚碳酸酯及聚对苯二甲酸乙二醇酯的改性，能够使得PET复合材料的机械性能进一步得到提升，其强度、刚性得到增强；由于PET复合材料中包括碳纤维及导电炭黑，碳纤维及导电炭黑均具有导电能力，使得PET复合材料的抗静电性能得到显著提升。 

具体地，该聚碳酸酯（PC）的相对密度为1.20~1.22g/cm3，维卡软化温度为145~155℃，熔融指数为9~15g/min，测试条件300℃，1.2KG。该聚碳酸酯的重量份数为100份，例如，100份。 

该聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）相对密度为1.30~1.35g/cm3，熔点为250~255℃，其在熔融状态下的动力粘度为0.65~1.1 Pa·s，优选的动力粘度为0.68 Pa·s。 

PC和PET作为改性基础树脂原料，对整体材料的流动性及韧性有关系，改性的基础是通过添加助剂，抗静电剂，提高材料刚性及强度。 

在具体实施例中，该聚对苯二甲酸乙二醇酯的重量份数为20份、25份、30份、35份或40份等。 

该碳纤维为丙烯腈基碳纤维沥青碳纤维、石墨纤维，该碳纤维的单丝纵截面为圆形，本发明所选的具体型号为东丽的T300或者T800，单丝直径为5-7μm。进一步，该碳纤维为经过表面处理的碳纤维，该表面处理为： 

在碳纤维中加入硅烷偶联剂，搅拌混匀。该硅烷偶联剂的用量为表面处理后碳纤维重量0.5-1.3%。通过使用碳纤维，PET复合材料中的PET在后续的熔融挤出过程中，由于PET为结晶性材料，会在碳纤维表面结晶，PC为非结晶性材料，但根据相似相容原理，PC和PET是相容的，PC并不会在碳纤维表面结晶，PC在整个体系分散均匀，同PET接触就越多，二者相容组分就越多， 整个体系相容性就越高。同时通过碳纤维自身的机械强度使得PET复合材料的强度、刚性得到大大提升；特别是通过硅氧烷表面处理后，碳纤维表面带有大量的活性基团，这些活性基团能够和增溶剂表面的活性基团相结合，使得碳纤维与聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯的相容性得到提升，从而实现PET复合材料的机械性能得到进一步增强。 

该导电炭黑导电炉法碳黑、超导电炉法碳黑、特导电炉法碳黑等或者乙炔碳黑中一种或者两种以上。该导电炭黑的粒径为10-150nm。通过选用上述粒径范围的炭黑，使复合材料的导电效果得到大大提升。在具体实施例中，该导电炭黑的重量份数为5份、7份或9份等。由于导电炭黑和前述的碳纤维均具有导电性，选用上述两种导电物会使得PET复合材料具有较强的抗静电性能；同时，导电炭黑分散于PET复合材料中，由于碳纤维具有一定的长度，因此碳纤维在导电炭黑形成一些“桥接”，使得PET复合材料的抗静电效果进一步提升。 

该增韧剂选自乙烯-甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸缩水甘油酯共聚物（如杜邦的PTW）。该增韧剂的重量份数为4~8份，例如5份、7份等。由于在PET复合材料中加入了导电炭黑，会使得复合材料的脆性增大，不利于复合材料的应用，通过加入增韧剂，有效的抵消这种导电炭黑所带来的脆性，实现复合材料的综合性能得到改善。 

该增溶剂选自EPDM接枝马来酸酐或丙烯酸酯接支三元乙丙弹性体中的一种。该增溶剂的重量份数为5~10份，例如7份、8份、9份。将上述出增溶剂外的各个组分混合在一起，各个组分之间的相容性有一定的缺陷，会导致最终产品分层、掉皮、掉尘；通过试验发现，使用上述的增溶剂能够有效改善上述各个组分之间的相容性，有效防止PET复合材料的分层、掉皮、掉尘等现象。 

进一步，本发明PET复合材料还包括重量份数为1~2份的加工助剂，该加工助剂选中聚二甲基硅氧烷、二氧化硅、二甲基硅油一种或者两种以上。 

本发明实施例进一步提供上述PET复合材料制备方法，包括如下步骤： 

步骤S01，提供原料： 

提供上述聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、增韧剂、相容剂、碳纤维及导电炭黑； 

步骤S02，混合： 

将该聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、增韧剂、相容剂及导电炭黑混合，得到第一混合物； 

步骤S03，挤出处理： 

将所述第一混合物加入主进料口中，所述碳纤维加入侧进料口中进行熔融挤出处理，得到PET复合材料 

步骤S01中，该聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、增韧剂、相容剂、碳纤维及导电炭黑和前述相同，在此不重复阐述。 

进一步，步骤S01所提供的原料中还包括加工助剂，该加工助剂和前述相同，在此不重复阐述。 

步骤S02中，将该聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、增韧剂、相容剂及导电炭黑加入至高速搅拌机中，搅拌混合10分钟以上，得到第一混合物。 

步骤S03中，将第一混合加入至单螺杆挤出机或双螺杆挤出机的主喂料口中，将第一混合物熔融挤出处理，在挤出处理的同时，将碳纤维加入至单螺杆挤出机或双螺杆挤出的侧喂料口中，使碳纤维与第一混合物同时被挤出处理。挤出处理的工艺条件为：一区温度为220~250℃，二区温度为230~260℃，三区温度为230~270℃，四区温度为230~275℃，五区230~270℃，挤出时间为1~5分钟，压力为10~18MPa。 

本发明实施例PET复合材料制备方法，操作简单，成本低廉，生产效益高，非常适于工业化生产。采用侧进料的方式将各组分熔融挤出，使得各组分在高速剪切作用下，降低了粘度，增强了各组分的分散性，使得制备的PET复合材料性能稳定。同时该方法只需将按配方将各组分混合挤出。 

本发明进一步提供上述PET复合材料在手机外壳中的应用。 

以下结合具体实施例对上述PET复合材料及其制备方法进行详细阐述。 

实施例1 

本发明实施例PET复合材料，包括如下重量份数的组分： 

聚碳酸酯100份、聚对苯二甲酸乙二醇酯20份、增韧剂4份、增容剂5份、碳纤维12份、导电碳黑3份、加工助剂1份。 

本发明实施例PET复合材料制备方法，包括如下步骤： 

称取上述原料，将上述聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、增韧剂、增溶剂、导电炭黑及加工助剂在高速速搅拌机中混合10分钟得到第一混合物，将该第一混合物用双螺杆挤出机熔融挤出，造粒的同时用侧喂料加入碳纤维，双螺杆挤出机工艺条件为：双螺杆挤出机一区温度为220~250℃，二区温度为230~260℃，三区温度为230~270℃，四区温度为230~275℃，五区230~270℃，混合料在螺杆中输送时间为1~5分钟，压力为10~18MPa。 

实施例2 

本发明实施例PET复合材料，包括如下重量份数的组分： 

聚碳酸酯100份、聚对苯二甲酸乙二醇酯30份、增韧剂5份、增容剂6份、碳纤维20份、导电碳黑5份、加工助剂1.5份。 

制备方法同实施例1。 

实施例3 

本发明实施例PET复合材料，包括如下重量份数的组分： 

聚碳酸酯100份、聚对苯二甲酸乙二醇酯40份、增韧剂6份、增容剂8份、碳纤维30份、导电碳黑8份、加工助剂1.6份。 

制备方法同实施例1。 

实施例4 

本发明实施例PET复合材料，包括如下重量份数的组分： 

聚碳酸酯100份、聚对苯二甲酸乙二醇酯45份、增韧剂8份、增容剂10份、碳纤维35份、导电碳黑10份、加工助剂2份。 

制备方法同实施例1。 

性能评价方式及实行标准 

一、检测的方法、步骤、条件或标准。 

将按上述方法完成的粒子事先在100～110℃的鼓风烘箱中干燥4小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射机上进行注射成型制样，注射成型模温控制在100℃。 

拉伸强度按ISO 527标准进行检验。试样类型为I型，样条尺寸(mm)：150(长)×(20±0.2)(端部宽度)×(4±0.2)(厚度)，拉伸速度为50mm/min； 

弯曲强度和弯曲模量按ISO 178标准进行检验。试样类型为试样尺寸(mm)：(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2)，弯曲速度为20mm/min； 

缺口冲击强度按ISO 180标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸(mm)：(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2)；缺口类型为A类，缺口深为厚的1/3； 

表面电阻测试按ISO3915进行检验。试样类型为试样尺寸(mm)：(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2) 

塑料洛氏硬度按ISO 2039进行测试，试样类型为试样尺寸(mm)：(40±2)×(40±2)×(6±0.2)，以聚碳酸酯的洛氏硬度123为参考。以上测试所出的室温环境为23℃. 

实施例1-4的原料重量份数及制成的复合材料性能表 

表1 

从表1可以看出，本发明所制备的复合材料在硬度方面远高于PC的硬度，保证了在长期使用时的耐刮擦性能，同时此复合材料的抗静电性能及机械性能优异，通过部分客户试使用，材料各方面性能满足要求。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种PET复合材料，包括如下重量份数的组分： 

2.如权利要求1所述的PET复合材料，其特征在于，所述碳纤维为丙烯腈基碳纤维、沥青碳纤维或石墨纤维。 

3.如权利要求1所述的PET复合材料，其特征在于，所述碳纤维的单丝纵截面为圆形。 

4.如权利要求1所述的PET复合材料，其特征在于，所述导电炭黑选自导电炉法碳黑、超导电炉法碳黑、特导电炉法碳黑等或者乙炔碳黑中一种或两种以上。 

5.如权利要求1所述的PET复合材料，其特征在于，所述聚碳酸酯的相对密度为1.20~1.22g/cm³。 

6.如权利要求1所述的PET复合材料，其特征在于，所述聚碳酸酯的熔融指数为9~15g/min。7、如权利要求1所述的PET复合材料，其特征在于，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的相对密度为1.30～1.35g/cm³，熔融动力粘度为0.65～1.1Pa·s。 

7.如权利要求1~6任一项所述的PET复合材料的制备方法，包 括如下步骤： 

按配方称取所述聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、增韧剂、增溶剂、碳纤维及导电炭黑； 

将所述聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、增韧剂、增溶剂及导电炭黑混合，得到第一混合物； 

将所述第一混合物加入主进料口中，将所述碳纤维加入侧进料口中进行熔融挤出处理，得到PET复合材料。 

8.如权利要求7所述PET复合材料的制备方法，其特征在于，所述挤出处理的工艺条件为： 

一区温度为220~250℃，二区温度为230~260℃，三区温度为230~270℃，四区温度为230~275℃，五区230~270℃，挤出时间为1~5分钟，压力为10~18MPa。 

9.如权利要求1~6任一项所述的PET复合材料在手机外壳或打印机部件中的应用。