CN103319874B - 一种pet/pc合金材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于合金材料技术领域，公开了一种PET/PC合金材料及其制备方法和应用。该PET/PC合金材料，包含以下重量份计的组分：PET5～40份；PC50～85份；增韧剂4～30份；相容剂4～30份；抗紫外剂0.1～4份；稳定剂0.1～2份。本发明制备的PET/PC合金材料具有优异的减振、低温抗冲击和耐疲劳特性；拉伸强度高达75.6MPa，弯曲强度达到120.6MPa。易于加工成型，可制备得到高性能钢轨整体包藏制件，应用于城轨交通中。
Description
技术领域
本发明属于合金材料技术领域，特别涉及一种PET/PC合金材料及其制备方法和应用。
背景技术
城市快速轨道交通，包括地铁与轻轨，都是大城市公共客运交通的骨干，是大众化、大运量、独立专用轨道的城市客运系统。同时又是城市的大型基础工程，在城市建设总体规划中占有十分重要的地位。轨道交通以其运量大、速度快、安全可靠、准点舒适的技术性能，深受市民欢迎，因此修建城市轨道交通系统将成为我国大城市公共交通的发展方向。现有的城市轨道交通中起绝缘减震作用的卡扣、扣件垫和绝缘扣等组件是采用组合式结构，如长期经受重载容易发生粘连变形等问题，导致绝缘减震性能下降，维修成本加剧，同时卡扣等部件目前主要依赖进口，铺设成本较高。如果用绝缘减震材料对钢轨进行整体包藏，再嵌入混凝土道床中，简化了铺设工序，绝缘减震效果更为理想，维护成本降低，能耗降低。在资源和能源紧张的今天，开发整体包藏式轨道结构具有重要意义。
实现钢轨整体包藏关键是材料。现有城市轨道交通主要采用天然橡胶、三元乙丙橡胶（EPDM）和微发泡聚氨酯弹性体作为起绝缘减震作用的轨枕垫。因为橡胶和弹性体的模量低，不能有效固定钢轨，而且它们成型过程中的尺寸精度低，会造成钢轨间距偏差严重，危害高速列车行驶。由于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）有很好的力学性能、耐疲劳性、耐候性、挤塑加工性和价格优势，但低温抗冲击性能和后结晶问题必须解决。而聚碳酸酯（PC）低温抗冲击性能优异，但疲劳性差。利用PET和PC共混开发增韧PET/PC合金，可以综合两者的优点，克服两者的缺陷，适于钢轨整体包藏的应用。然而，由于PET/PC共混合金中两种组分结晶性能存在着巨大差异，影响了共混体系的性能和应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种PET/PC合金材料。
本发明另一目的在于提供一种上述PET/PC合金材料的制备方法。
本发明再一目的在于提供上述PET/PC合金材料在城轨交通中的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种PET/PC合金材料，包含以下重量份计的组分：
所述PET的特性粘度为1～1.5dl/g。
所述PC的特性粘度为1～1.5dl/g。
使用特性粘度大于1dl/g的PET和PC，有利于材料的均匀混合。
所述的增韧剂指核壳型聚丙烯酸酯复合粒子（ACR）、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚的核-壳结构橡胶粒子（MBS）、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）和聚乙烯辛烯共聚弹性体（POE）中的至少一种，优选为SEBS和POE中的至少一种。
SEBS和POE具有优异的耐低温性能和冲击韧性，可制备得到性能优异的合金材料。
所述相容剂是指乙烯/甲基丙烯酸共聚物（EMA）、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元接枝共聚物（E-MA-GMA）、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物（POE-g-MAH）和乙烯-1-辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（POE-g-GMA）中的至少一种。
相容剂的增容作用本质上是借助于分子间的键合力来实现的，可以起到类似油分散于水中所用的表面活性剂的作用。相容剂之所以能将两种不相容的聚合物组成塑料合金，是因为在其分子中具有分别能与两种聚合物进行物理或化学结合的基团的缘故。上述选用的相容剂具有两相结构，既含有极性链段又含有非极性链段，从而可以和共混合金的两个组分都具有良好的相容性。
所述的抗紫外剂包括紫外屏蔽剂和紫外吸收剂。
利用抗紫外剂屏蔽或吸收阳光及荧光光源中的紫外线部分，而本身不发生变化，以提高合金材料寿命。
所述的紫外屏蔽剂指炭黑。
所述的紫外吸收剂指苯并三唑类化合物。
所述的稳定剂指受阻酚和亚磷酸酯中的至少一种。
上述PET/PC合金材料的制备方法，包含以下具体步骤：
把PET5～40重量份与增韧剂4～30重量份在螺杆挤出机第一阶共混后，于第二阶与PC50～85重量份、相容剂4～30重量份、抗紫外剂0.1～4重量份、稳定剂0.1～2重量份共混，挤出造粒，得到PET/PC合金材料；
或包含以下具体步骤：把PET5～40重量份、PC50～85重量份和相容剂4～30重量份在杆挤出机第一阶共混后，于第二阶与增韧剂4～30重量份、抗紫外剂0.1～4重量份、稳定剂0.1～2重量份共混，挤出造粒，得到PET/PC合金材料；
或包含以下具体步骤：把PET5～40重量份、增韧剂4～30重量份、PC50～85重量份、相容剂4～30重量份、抗紫外剂0.1～4重量份、稳定剂0.1～2重量份共混后，用双螺杆挤出机挤出造粒，得到PET/PC合金材料。
所述挤出造粒各段的温度为260～280℃。
所述螺杆挤出机指双阶螺杆挤出机。
上述PET/PC合金材料在城轨交通中的应用。
本发明的机理为：
本发明严格控制合金中的PET质量份数小于45%，从而控制PC和PET两相形态，使二者都呈片状分布在体系中。
在制备过程中，先采用核壳增韧剂与PET共混，降低了PET的结晶性和加工温度，再与低收缩的PC和非结晶相容剂共混，可以进一步抑制了PET的后收缩作用。这种方法使合金中形成了以PET/核壳增韧剂为连续相、共聚物相容剂为界面相、PC为分散相的相结构，同时也降低了PET和PC的加工温度。最后将增韧PET/PC合金在较低的成型温度下（低于纯PET和PC的加工温度）高剪切成型，即可形成具有片状相结构的高性能钢轨整体包藏制件。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
（1）本发明制备得到的PET/PC合金材料具有优异的减振、低温抗冲击和耐疲劳特性；拉伸强度高达75.6MPa，弯曲强度达到120.6MPa。
（2）本发明的PET/PC合金材料易于加工成型，可制备得到高性能钢轨整体包藏制件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：PET/PC合金材料的制备
把PET与增韧剂ACR在螺杆挤出机第一阶共混后，于第二阶与其他组分共混，挤出造粒（270℃），得到PET/PC合金材料。
其中，PET（远纺工业（上海）有限公司，特性粘度为1.0dl/g）40重量份，PC（德国拜耳公司，特性粘度为1.2dl/g）60重量份，ACR（美国罗门哈斯公司）10重量份，相容剂EMA（美国埃克森美孚公司）10重量份，炭黑（安阳德隆化工有限责任公司）2重量份，苯并三唑类化合物（汽巴公司，uv-326）1重量份，受阻酚和亚磷酸酯复配物（汽巴公司，168）1重量份。
实施例2：PET/PC合金材料的制备
把所有组分共混后，于螺杆挤出机挤出造粒（280℃），得到PET/PC合金材料。
其中，PET（远纺工业（上海）有限公司，特性粘度为1.5dl/g）15重量份，PC（德国拜耳公司，特性粘度为1.3dl/g）85重量份，增韧剂MBS（美国罗门哈斯公司）20重量份，相容剂E-MA-GMA（广州合诚化学）15重量份，炭黑（安阳德隆化工有限责任公司）3重量份，苯并三唑类化合物（汽巴公司，uv-326）1重量份，受阻酚和亚磷酸酯复配物（汽巴公司，168）1重量份。
实施例3：PET/PC合金材料的制备
把所有组分共混后，于螺杆挤出机挤出造粒（260℃），得到PET/PC合金材料。
其中，PET（远纺工业（上海）有限公司，特性粘度为1.5dl/g）5重量份，PC（德国拜耳公司，特性粘度为1.3dl/g）85重量份，增韧剂SEBS（美国科腾聚合物有限公司）30重量份，相容剂POE-g-MAH（聚赛龙工程塑料有限公司）20重量份，炭黑（安阳德隆化工有限责任公司）2重量份，苯并三唑类化合物（汽巴公司，uv-326）1重量份，受阻酚和亚磷酸酯复配物（汽巴公司，168）1重量份。
实施例4：PET/PC合金材料的制备
把所有组分共混后，于螺杆挤出机挤出造粒（270℃），得到PET/PC合金材料。
其中，PET（远纺工业（上海）有限公司，特性粘度为1.5dl/g）40重量份，PC（德国拜耳公司，特性粘度为1.3dl/g）50重量份，增韧剂POE（美国杜邦公司）20重量份，相容剂POE-g-GMA（聚赛龙工程塑料有限公司）20重量份，炭黑（安阳德隆化工有限责任公司）3重量份，苯并三唑类化合物（汽巴公司，uv-326）1重量份，受阻酚和亚磷酸酯复配物（汽巴公司，168）1重量份。
实施例5：PET/PC合金材料的制备
把PET、PC和相容剂在杆挤出机第一阶共混后（270℃），于第二阶与其他组分共混（280℃），挤出造粒，得到PET/PC合金材料。
其中，PET（远纺工业（上海）有限公司，特性粘度为1.0dl/g）20重量份，PC（德国拜耳公司，特性粘度为1.2dl/g）80重量份，ACR（美国罗门哈斯公司）4重量份，相容剂EMA（美国埃克森美孚公司）4重量份，炭黑（安阳德隆化工有限责任公司）3重量份，苯并三唑类化合物（汽巴公司，uv-326）0.1重量份，受阻酚和亚磷酸酯复配物（汽巴公司，168）1重量份。
实施例6：PET/PC合金材料的制备
把PET、PC和相容剂在杆挤出机第一阶共混后（280℃），于第二阶与其他组分共混（280℃），挤出造粒，得到PET/PC合金材料。
其中，PET（远纺工业（上海）有限公司，特性粘度为1.0dl/g）30重量份，PC（德国拜耳公司，特性粘度为1.2dl/g）70重量份，ACR（美国罗门哈斯公司）30重量份，相容剂EMA（美国埃克森美孚公司）30重量份，炭黑（安阳德隆化工有限责任公司）3重量份，苯并三唑类化合物（汽巴公司，uv-326）1重量份，受阻酚和亚磷酸酯复配物（汽巴公司，168）1重量份。
实施例7：PET/PC合金材料的制备
把PET、PC和相容剂在杆挤出机第一阶共混后（260～280℃），于第二阶与其他组分共混（260～280℃），挤出造粒，得到PET/PC合金材料。
其中，PET（远纺工业（上海）有限公司，特性粘度为1.0dl/g）40重量份，PC（德国拜耳公司，特性粘度为1.2dl/g）60重量份，增韧剂SEBS（美国科腾聚合物有限公司）4重量份，相容剂E-MA-GMA（广州合成化学）30重量份，炭黑（安阳德隆化工有限责任公司）3重量份，苯并三唑类化合物（汽巴公司，uv-326）1重量份，受阻酚和亚磷酸酯复配物（汽巴公司，168）1重量份。
实施例8：PET/PC合金材料的制备
把PET、PC和相容剂在杆挤出机第一阶共混后（260～280℃），于第二阶与其他组分共混（260～280℃），挤出造粒，得到PET/PC合金材料。
其中，PET（远纺工业（上海）有限公司，特性粘度为1.2dl/g）35重量份，PC（德国拜耳公司，特性粘度为1.1dl/g）65重量份，增韧剂POE（美国杜邦）4重量份，相容剂POE-g-GMA（聚赛龙工程塑料有限公司）30重量份，炭黑（安阳德隆化工有限责任公司）3重量份，苯并三唑类化合物（汽巴公司，uv-326）1重量份，受阻酚和亚磷酸酯复配物（汽巴公司，168）1重量份。
实施例9：PET/PC合金材料的制备
把所有组分共混后，于螺杆挤出机挤出造粒（270℃），得到PET/PC合金材料。
其中，PET（远纺工业（上海）有限公司，特性粘度为1.5dl/g）30重量份，PC（德国拜耳公司，特性粘度为1.3dl/g）70重量份，增韧剂POE（美国杜邦公司）30重量份，相容剂POE-g-GMA（聚赛龙工程塑料有限公司）4重量份，炭黑（安阳德隆化工有限责任公司）3重量份，苯并三唑类化合物（汽巴公司，uv-326）1重量份，受阻酚和亚磷酸酯复配物（汽巴公司，168）1重量份。
实施例10：PET/PC合金材料的制备
把所有组分共混后，于螺杆挤出机挤出造粒（270℃），得到PET/PC合金材料。
其中，PET（远纺工业（上海）有限公司，特性粘度为1.5dl/g）25重量份，PC（德国拜耳公司，特性粘度为1.3dl/g）75重量份，增韧剂MBS（美国罗门哈斯公司）30重量份，相容剂POE-g-MAH（聚赛龙工程塑料有限公司）4重量份，炭黑（安阳德隆化工有限责任公司）3重量份，苯并三唑类化合物（汽巴公司，uv-326）1重量份，受阻酚和亚磷酸酯复配物（汽巴公司，168）1重量份。
实施例11：PET/PC合金材料的制备
把PET与增韧剂ACR在螺杆挤出机第一阶共混后，于第二阶与其他组分共混，挤出造粒（270℃），得到PET/PC合金材料。其中，PET（远纺工业（上海）有限公司，特性粘度为1.0dl/g）40重量份，PC（德国拜耳公司，特性粘度为1.2dl/g）60重量份，MBS（美国罗门哈斯公司）4重量份，相容剂E-MA-GMA（法国阿托菲纳公司）4重量份，炭黑（安阳德隆化工有限责任公司）2重量份，苯并三唑类化合物（汽巴公司，uv-326）1重量份，受阻酚和亚磷酸酯复配物（汽巴公司，168）1重量份。
实施例12：PET/PC合金材料的制备
把PET与增韧剂ACR在螺杆挤出机第一阶共混后，于第二阶与其他组分共混，挤出造粒（270℃），得到PET/PC合金材料。其中，PET（远纺工业（上海）有限公司，特性粘度为1.0dl/g）30重量份，PC（德国拜耳公司，特性粘度为1.2dl/g）70重量份，SEBS（美国科腾聚合物有限公司）4重量份，相容剂E-MA-GMA（法国阿托菲纳公司）6重量份，炭黑（安阳德隆化工有限责任公司）2重量份，苯并三唑类化合物（汽巴公司，uv-326）1重量份，受阻酚和亚磷酸酯复配物（汽巴公司，168）1重量份。
实施例13：PET/PC合金材料的制备
把PET与增韧剂ACR在螺杆挤出机第一阶共混后，于第二阶与其他组分共混，挤出造粒（270℃），得到PET/PC合金材料。其中，PET（远纺工业（上海）有限公司，特性粘度为1.0dl/g）40重量份，PC（德国拜耳公司，特性粘度为1.2dl/g）60重量份，SEBS（美国科腾聚合物有限公司）15重量份，相容剂E-MA-GMA（法国阿托菲纳公司）10重量份，炭黑（安阳德隆化工有限责任公司）2重量份，苯并三唑类化合物（汽巴公司，uv-326）1重量份，受阻酚和亚磷酸酯复配物（汽巴公司，168）1重量份。
实施例14：PET/PC合金材料的性能测试
对实施例1～13制备得到PET/PC合金材料进行性能测试，拉伸强度按GB/T1040-1992标准；弯曲强度按GB/T1042-1992标准；Izod缺口冲击强度按GB/T1843-1996标准进行测试，测试结果见表1。
由表1可见，本发明制备得到的PET/PC合金材料的减振、低温抗冲击和耐疲劳特性优异，拉伸强度高达75.6MPa，弯曲强度达到120.6MPa。
表1PET/PC合金材料性能指标
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种PET/PC合金材料，其特征在于包含以下重量份计的组分：
所述相容剂是指乙烯/甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元接枝共聚物、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和乙烯-1-辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种；
所述的增韧剂指氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和聚乙烯辛烯共聚弹性体中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的PET/PC合金材料，其特征在于：所述PET的特性粘度为1～1.5dl/g；所述PC的特性粘度为1～1.5dl/g。
3.根据权利要求1所述的PET/PC合金材料，其特征在于：所述的抗紫外剂包括紫外屏蔽剂和紫外吸收剂；所述的稳定剂指受阻酚和亚磷酸酯中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的PET/PC合金材料，其特征在于：所述的紫外屏蔽剂指炭黑；所述的紫外吸收剂指苯并三唑类化合物。
5.一种权利要求1～4任一项所述PET/PC合金材料的制备方法，其特征在于包含以下具体步骤：把PET5～40重量份与增韧剂4～30重量份在螺杆挤出机第一阶共混后，于第二阶与PC50～85重量份、相容剂4～30重量份、抗紫外剂0.1～4重量份、稳定剂0.1～2重量份共混，挤出造粒，得到PET/PC合金材料；
或包含以下具体步骤：把PET5～40重量份、PC50～85重量份和相容剂4～30重量份在杆挤出机第一阶共混后，于第二阶与增韧剂4～30重量份、抗紫外剂0.1～4重量份、稳定剂0.1～2重量份共混，挤出造粒，得到PET/PC合金材料；
或包含以下具体步骤：把PET5～40重量份、增韧剂4～30重量份、PC50～85重量份、相容剂4～30重量份、抗紫外剂0.1～4重量份、稳定剂0.1～2重量份共混后，用双螺杆挤出机挤出造粒，得到PET/PC合金材料。
6.根据权利要求5所述的PET/PC合金材料制备方法，其特征在于：所述挤出造粒各段的温度为260～280℃；所述螺杆挤出机指双阶螺杆挤出机。
7.权利要求1～4任一项所述的PET/PC合金材料在城轨交通中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20151223 Termination date: 20180627 |