CN103059537B - 一种高刚高流动pc/abs合金及其制备方法 - Google Patents

一种高刚高流动pc/abs合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及热塑性高分子材料改性技术领域，公开了一种应用于家用电器、机械制造、电子电气等方面的高刚高流动PC/ABS合金，由以下材料组成：聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、相容增韧剂、抗氧剂、增刚剂、偶联剂、流质改善剂及加工助剂；还公开了该种高刚高流动PC/ABS合金的制备方法。本发明的目的是提供一种强度和流动性均较好的合金，这种合金在一些薄壁及形状复杂的制品上应用，能很好的解决流动性及强度的不足，优化制品的表面质量。

Description

一种高刚高流动PC/ABS合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高刚高流动PC/ABS合金的制备方法，属于热塑性高分子材料改性技术领域。这种材料广泛应用于家电、电子电器、机械制造等领域，属于一种高性能的优良工程塑料。
背景技术
聚碳酸酯（简称PC），具有优良的机械性能和光学性能，广泛应用于建材、汽车制造、电子电器、光学、医疗器械、航空航天及包装领域；其突出的优点具有透明度高、强度高、耐冲击性优异、蠕变性小，良好的耐热性、尺寸精度高等。但由于PC分子链刚性大，树脂熔体粘度大；另抗疲劳强度差，容易产生应力开裂。
ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，具有着色力强，表面光泽度好，吸水率低等特点；力学性能优良，冲击强度较好，可在低温下使用；尺寸稳定性好，耐热性能一般，电绝缘性较好，加工性能优良。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。
将PC和ABS共混既可克服PC成型加工性不佳、易产生内应力等缺陷，同时又弥补ABS冲击强度不高、耐热性差、阻燃不利等缺点，可以获得良好的综合性能。PC与ABS因溶解度参数相近，故有一定的相容性，但非完全相容体系，需进一步增容；通常添加的增容剂为MBS、SMA、ABS-g-MAH、PE-g-MAH等，能在增容合金的基础上进一步提高韧性；PC/ABS合金近年发展很快，应用领域也不断扩展，对于一些精密制品及薄壁制品，仍然需要进一步改进；特别是目前的电子产品如IPAD、电子相框等产品要求越来越轻量化，超薄化，在降低厚度的同时保持一定的刚性就显得尤为重要。传统增刚加硬的方法为填充玻纤，刚度能大幅度提高，但冲击强度降幅较大，且制造出的产品表面无光泽，难以满足客户使用需求。
本发明在采用合适的配方及工艺，制备出刚性及韧性均较好的高性能PC/ABS合金。此合金相比于普通合金，在刚性、韧性、耐热温度及尺寸稳定性方面有着突出的优势，性价比很高；
发明内容
本发明的目的在于制备一种高刚性、尺寸稳定性优异、加工性良好、刚性、韧性和热变形温度高，成本适中的PC/ABS合金。
本发明的另一目的是提供一种高刚高流动PC/ABS合金的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种高刚高流动PC/ABS合金，由以下材料组成：聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、相容增韧剂、抗氧剂、增刚剂、偶联剂、流质改善剂及加工助剂。
可选地，所述高刚高流动PC/ABS合金按重量百分比由下述材料制成：
聚碳酸酯                              50～70%；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物             15～30%；
增韧相容剂                             3～8%；
偶联剂                                 0.2～1%；
抗氧剂                                 0.4～1%；
1万目以上的硅酸镁盐                       6～20%；
流质改善剂                             0.3～2%；
加工助剂                               0.4～1%。
本发明通过在配方中加入1万目以上的硅酸镁盐，有效提高PC/ABS合金的刚性。
可选地，所述聚碳酸酯的分子量为20000～40000的双酚A型聚碳酸酯，选用该分子量的PC流动性与物性平衡性较好，较适合用于改性材料。
可选地，所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）为为熔融流动速率为18-25的树脂，因此种ABS流动性较好。
可选地，所述增韧相容剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)。
可选地，所述抗氧剂为β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八酯和亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯。
可选地，所述偶联剂为钛酸酯。
可选地，所述加工助剂为润滑剂乙撑双脂肪酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或两种。
一种高刚高流动PC/ABS合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）干燥处理聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、相容增韧剂、抗氧剂、增刚剂、偶联剂、流质改善剂及加工助剂，其中，
干燥聚碳酸酯的温度为100~120℃，干燥时间为4~8小时；
干燥ABS、相容增韧剂、抗氧剂、增刚剂、偶联剂、流质改善剂及加工助剂的温度为65~80℃，干燥时间为3~6小时；
（2）根据以下重量百分比称取各组分：
聚碳酸酯                              50～70%；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物             15～30%；
增韧相容剂                             3～8%；
偶联剂                                 0.2～1%；
抗氧剂                                 0.4～1%；
1万目以上的硅酸镁盐            6～20%；
流质改善剂                             0.3～2%；
加工助剂                               0.4～1%。
（3）将称取的所有原料混合均匀；
（4）将混合原料加入平行双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒。
可选地，所述步骤（3）具体是：在常温下将称取的所有原料搅拌10～20分钟，混合均匀。
优选地，所述步骤（4）中熔融阶段的工艺条件为：
所述平行双螺杆挤出机的螺杆直径为35～75毫米，螺杆长径比为36：1；
在双螺杆机控温段中，一区温度为200℃，二区温度为210℃，三区温度为220℃，四区温度为230℃，五区温度为240℃，六区温度为240℃，七区温度为240℃，八区温度为230℃，双螺杆机的机头温度为240℃；
螺杆转速为200～350r/min，转速太小，电流值较大，且产量不高；转速太大，PC所受剪切力过高，易形成过大的内应力，对产品不利；故选择200～350r/min的转速较合适；
与现有技术相比，应用本发明的技术方案，有如下有益效果：
本发明高刚高流动PC/ABS合金通过在配方中加入1万目以上的硅酸镁盐，由聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、相容增韧剂、抗氧剂、1万目以上的硅酸镁盐、偶联剂、流质改善剂及加工助剂组成，将PC和ABS共混既可克服PC成型加工性不佳、易产生内应力等缺陷，同时又弥补ABS冲击强度不高、耐热性差、阻燃不利等缺点，可以获得良好的综合性能。对于传统的PC/ABS合金，本发明通过添加增刚剂及流质改善剂提高刚性及流动性，能应用于薄壁及形状复杂等要求苛刻的制品，很好的改善表面质量问题。
在高刚高流动PC/ABS合金制备时，必须对原材料进行预处理，PC对水份特别敏感，故在共混改性前必须对其进行干燥处理，将经过处理的原料和助剂按百分比称取并混合均匀，加入到平行双螺杆挤出机中，熔融共混挤出，经水冷、风干、造粒，烘干包装为成品。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明所述的一种高刚高流动PC/ABS合金的实施例，由以下材料组成：聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、相容增韧剂、抗氧剂、1万目以上的硅酸镁盐、偶联剂、流质改善剂及加工助剂组成，通过添加增刚剂及流质改善剂提高刚性及流动性，能应用于薄壁及形状复杂等要求苛刻的制品，很好的改善表面质量问题。
本发明实施例中：
聚碳酸酯的分子量为20000～40000的双酚A型聚碳酸酯；
ABS为熔体流动速率18~25的树脂；
增韧相容剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)；
抗氧剂为β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八酯和亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯成核剂为对叔丁基杯[8]芳烃；
偶联剂为钛酸酯；
加工助剂为润滑剂乙撑双脂肪酸酰胺（TAF）、季戊四醇硬脂酸酯（PETS）中的一种或两种。
本发明实施例的高刚高流动PC/ABS合金均可采用同样的制备方法，包括以下步骤：
（1）预处理原料；
（2）根据以下重量百分比称取各组分：
聚碳酸酯                              50～70%；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物             15～30%；
增韧相容剂                             3～8%；
偶联剂                                 0.2～1%；
抗氧剂                                 0.4～1%；
1万目以上的硅酸镁盐            6～20%；
流质改善剂                             0.3～2%；
加工助剂                               0.4～1%。
（3）将称取的所有原料混合均匀；
（4）将混合原料加入平行双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒。
双螺杆机一般分为以下几个部分：喂料系统、减速箱、主电机、螺杆、机筒、加热系统、抽真空系统、冷却系统、联锁控制系统、以及电器控制系统。其中，在加热系统的控温段中，又分为进料区、一区、二区、三区、四区等区段。
其中，本发明实施例中平行双螺杆挤出机熔融阶段的工艺条件为：平行双螺杆挤出机的螺杆直径为35～75毫米；在双螺杆机控温段中，一区温度为200℃，二区温度为210℃，三区温度为220℃，四区温度为230℃，五区温度为240℃，六区温度为240℃，七区温度为240℃，八区温度为230℃，双螺杆机的机头温度为240℃；螺杆转速控制在200～350 r/min；经双螺杆挤出机熔融共混挤出、水冷、风干、切粒，最后包袋成高刚高流动PC/ABS合金成品。
实施例1：
    （1）预处理原料：将PC和ABS分别干燥，PC干燥的温度为100℃，时间8小时；ABS和其余材料干燥的温度为65℃，时间6小时。
（2）称取干燥后的PC 70kg,ABS 19.5kg，MBS 3kg，硅酸镁盐 6kg，抗氧剂1076  0.2kg，168  0.2kg，润滑剂PETS 0.4kg，偶联剂钛酸酯0.2kg，流质改善剂CBT 0.5KG；
（3）将称取的所有原料在高速混合机中混合10min；
（4）将混合均匀的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出、水冷、风干、切粒，最后包袋成PC/ABS合金成品。其中，螺杆转速为200r/min。
将上述的PC/ABS合金注塑成标准试样，测试性能如表1所示。
实施例2：
    （1）预处理原料：将PC和ABS分别干燥，PC干燥的温度为120℃，时间4小时；ABS和其余材料干燥的温度为85℃，时间3小时。
（2）称取PC 54.3kg,ABS 30kg，MBS 6kg，硅酸镁盐 8kg，抗氧剂1076  0.2kg，168  0.3kg，润滑剂TAF 0.5kg，偶联剂钛酸酯0.4kg，流质改善剂CBT 0.3KG；
（3）将称取的所有原料在高速混合机中混合10min；
（4）将混合均匀的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出、水冷、风干、切粒，最后包袋成PC/ABS合金成品。其中，螺杆转速为200r/min。
将上述的PC/ABS合金注塑成标准试样，测试性能如表1所示。
实施例3：
    （1）预处理原料：将PC和ABS分别干燥，PC干燥的温度为120℃，时间6小时；ABS和其余材料干燥的温度为70℃，时间5小时。
（2）称取PC 58.7kg,ABS 24kg，MBS 5kg，硅酸镁盐 10kg，抗氧剂1076  0.3kg，168  0.3kg，润滑剂TAF 0.3kg，PETS 0.3kg，偶联剂钛酸酯0.5kg，流质改善剂CBT 0.6KG；
（3）将称取的所有原料在高速混合机中混合10min；
（4）将混合均匀的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出、水冷、风干、切粒，最后包袋成PC/ABS合金成品。其中，螺杆转速为300r/min。
将上述的PC/ABS合金注塑成标准试样，测试性能如表1所示。
实施例4：
   （1）预处理原料：将PC和ABS分别干燥，PC干燥的温度为120℃，时间4小时；ABS和其余材料干燥的温度为80℃，时间4小时。
（2）称取PC 62.1kg,ABS 15kg，MBS 5kg，硅酸镁盐 15kg，抗氧剂1076  0.4kg，168  0.4kg，润滑剂PETS 0.6kg，偶联剂钛酸酯0.5kg，流质改善剂CBT 1KG；
（3）将称取的所有原料在高速混合机中混合10min；
（4）将混合均匀的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出、水冷、风干、切粒，最后包袋成PC/ABS合金成品。其中，螺杆转速为250r/min。
将上述的PC/ABS合金注塑成标准试样，测试性能如表1所示。
实施例5：
   （1）预处理原料：将PC和ABS分别干燥，PC干燥的温度为120℃，时间4小时；ABS和其余材料干燥的温度为80℃，时间4小时。
（2）称取PC 50kg,ABS 17kg，MBS 8kg，硅酸镁盐 20kg，抗氧剂1076  0.5kg，168  0.5kg，润滑剂TAF 0.5kg，PETS 0.5kg，偶联剂钛酸酯1kg，流质改善剂CBT 2KG；
（3）将称取的所有原料在高速混合机中混合10min；
（4）将混合均匀的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出、水冷、风干、切粒，最后包袋成PC/ABS合金成品。其中，螺杆转速为350r/min。
对比例：
   （1）预处理原料：将PC和ABS分别干燥，PC干燥的温度为120℃，时间4小时；ABS和其余材料干燥的温度为80℃，时间4小时。
（2）称取PC 70.1kg,ABS 25kg，MBS 4kg，抗氧剂1076  0.2kg，168  0.2kg，润滑剂PETS 0.5kg；
（3）将称取的所有原料在高速混合机中混合10min；
（4）将混合均匀的料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出、水冷、风干、切粒，最后包袋成PC/ABS合金成品。其中，螺杆转速为300r/min。
将上述的PC/ABS合金注塑成标准试样，测试性能如表1所示。
表1  PC/ABS合金性能表
性能 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例
密度/g.cm-2 1.18 1.2 1.22 1.27 1.3 1.15
熔体流动速率/g.10min-1 24 25 27 28 27 21
拉伸强度/MPa 54 56 53 55 51 53
断裂伸长率/% 20 16 15 12 11 50
弯曲强度/MPa 85 88 92 102 106 82
弯曲模量/MPa 2510 2815 3685 3920 4208 2257
缺口冲击强度/KJ·m-2 40 32 30 26 21 58
热变形温度/℃1.8MPa 108 106 110 112 116 105
从表1可以看出，在配方中增加1万目以上的硅酸镁盐后，相对没有增加硅酸镁盐的配方而言，增加后的配方的弯曲模量有很大程度的提高，即刚性有很大提高，但韧性（缺口冲击强度）下降的幅度较缓，仍在可应用范围之内。

Claims (5)

1.一种高刚高流动PC/ABS合金，其特征是，按重量百分比由下述材料制成：
其中，所述流质改善剂为对苯二甲酸丁二醇酯环状低聚物(CBT)；所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物为熔融流动速率为18-25的树脂；
上述高刚高流动PC/ABS合金的制备方法如下：
(1)干燥处理聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、相容增韧剂、抗氧剂、增刚剂、偶联剂、流质改善剂及加工助剂，其中，
干燥聚碳酸酯的温度为100～120℃，干燥时间为4～8小时；
干燥ABS、相容增韧剂、抗氧剂、增刚剂、偶联剂、流质改善剂及加工助剂的温度为65～85℃，干燥时间为3～6小时；
(2)根据以下重量百分比称取各组分：
(3)将称取的所有原料混合均匀；
(4)将混合原料加入平行双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒；
其中，所述步骤(3)具体是：在常温下将称取的所有原料搅拌10～20分钟，混合均匀；
所述步骤(4)中熔融阶段的工艺条件为：
所述平行双螺杆挤出机的螺杆直径为35～75毫米，螺杆长径比为36：1；
在双螺杆机控温段中，一区温度为200℃，二区温度为210℃，三区温度为220℃，四区温度为230℃，五区温度为240℃，六区温度为240℃，七区温度为240℃，八区温度为230℃，双螺杆机的机头温度为240℃；
螺杆转速为200～350r/min。
2.根据权利要求1所述的一种高刚高流动PC/ABS合金，其特征是：所述聚碳酸酯的分子量为20000～40000的双酚A型聚碳酸酯。
3.根据权利要求1所述的一种高刚高流动PC/ABS合金，其特征是：所述增韧相容剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)。
4.根据权利要求1所述的一种高刚高流动PC/ABS合金，其特征是：所述抗氧剂为β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯。
5.根据权利要求1所述的一种高刚高流动PC/ABS合金，其特征是：所述偶联剂为钛酸酯。
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