CN103342884B - 一种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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本发明公开了一种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料,其原料配方由聚碳酸酯、玻璃纤维、EMA、抗氧剂1、抗氧剂2、抗紫外线剂、扩散粉、抗静电剂1、抗静电剂2、耐寒剂组成。本发明的一种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料具有耐低温的优点,在-60℃的低温环境中表现出高抗冲、耐磨的性能,尤其表现出良好的抗静电效果,产品表面电阻值低至1×106Ω,在超低温环境中仍能保持抗静电效果,尤其适用于生产在低温环境中工作的精密仪器和电表外壳或零部件、汽车内饰、电器外壳。高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料在精密仪表外壳、航空航天器内饰、汽车内饰、船舶内饰、电器外壳制造中的应用。

Description

一种高性能抗静电玻纤増强聚碳酸酯复合材料及其制备方 法和应用
技术领域
[0001] 本发明涉及高分子材料技术领域,尤其涉及玻纤增强聚碳酸酯复合材料领域,具 体涉及一种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
[0002] 聚碳酸酯(PC)是一种综合性能优越的工程塑料,也是近年来增长速度最快的通用 工程塑料,具有优异的冲击韧性、尺寸稳定性、电气绝缘性、耐蠕变性、耐候性、透明性和无 毒性等优点,目前广泛应用于汽车、电子电气、建筑、办公设备、包装、运动器材、医疗保健等 领域,随着改性研究的不断深入,正迅速拓展到航空航天、计算机、光盘等高科技领域、但它 也存在一些缺点,如易带静电、加工流动性差、强度低、易于应力开裂、对缺口比较敏感以及 耐磨性欠佳等。
[0003] 玻璃纤维(GF)具有拉伸强度高、弹性系数高、吸收冲击能量大、耐化学性佳、吸水 性小、耐热性好、加工性佳、价格低廉等特性,属典型的优良产品,主要用作电绝缘材料、工 业过滤材料、防腐、防潮、隔热、隔音、减震材料。还可作为多种工业制品的增强材料。
[0004] 玻璃纤维增强聚碳酸酯作为一种具有前沿技术特点的优良产品,其拥有强度高、 耐化学性优异等显著优点,对于该产品的开发研究具有重要的市场价值,对促进国民经济 的发展起到重要作用。但现有的玻纤增强聚碳酸酯复合材料表面极易产生、积累静电。当 这种材料被用于生产精密仪器外壳和零部件、电器外壳时,所制造的产品在使用时极易产 生高静电荷而沾染灰尘,影响外观甚至容易损坏内部结构。
发明内容
[0005] 有鉴于此,本发明的目的之一是提供一种高性能、具有较强抗静电能力的玻纤增 强聚碳酸酯复合材料。
[0006] 本发明的另一目的是提供一种可大规模推广、提高上述玻纤增强聚碳酸酯复合材 料性能的制备方法。
[0007] 本发明的另一目的是提供一种上述玻纤增强聚碳酸酯复合材料的应用。
[0008] 本发明的第一个目的通过以下方式实现:
[0009] -种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料,其原料配方由如下重量份的各组 分组成:
[0010] 聚碳酸酯 63-86份
[0011] 玻璃纤维 5-20份
[0012] EMA2-5 份
[0013] 抗氧剂1 0.3-1份
[0014] 抗氧剂 2 0.2-0. 8 份
[0015]抗紫外线剂UV-329 0• 2-0. 7 份
[0016]扩散粉EBS 0.3-1. 5 份
[0017] 抗静电剂1 1-3份
[0018] 抗静电剂2 3-5份
[0019] 耐寒剂 2-5份
[0020] 所述抗氧剂1为抗氧剂1010,所述抗氧剂2为东莞市铨盛化工有限公司所产的 ESC-740A,所述抗静电剂1为上海经炜化工有限公司所产的SH-105,所述抗静电剂2为三乙 醇胺,所述耐寒剂为日本三菱丽阳所产的METABLENS-2030。
[0021] 上述原料中,聚碳酸酯应选用高粘性或中粘性的聚碳酸酯,玻璃纤维可选用任一 种玻璃纤维原料。
[0022] 上述原料中,抗氧剂1为抗氧剂1010,所述抗氧剂2为东莞市铨盛化工有限公司所 产的ESC-740A,二者协同作用具有增强产品抗氧化性能的效果,能够有效延缓产品的老化, 使产品保持一定的机械性能和光泽。
[0023] 上述原料中抗紫外线剂UV-329可选用任一中市售产品,其为高效光稳定剂,具有 广泛的紫外线吸收特性,挥发性低,与上述抗氧剂具有优质的协同效应,可有效提高产品的 耐候性和热稳定性。
[0024] 上述扩散粉EBS为市售产品,在本发明中起到润滑、扩散的作用。
[0025] 上述EMA为乙烯-丙烯酸酯共聚物的英文缩写,为市售产品,在本发明中的作用 是对本发明中的玻璃纤维起到增韧作用,克服玻璃纤维的脆性。
[0026] 上述METABLENS-2030是一种硅-丙烯酸型增韧剂,与EMA结合有协效作用在本 发明中起增强产品耐低温性能,使其在低温条件下抗冲击性的作用。
[0027] 上述抗静电剂1为上海经炜化工有限公司所产的SH-105是一种季铵盐阳离子表 面活性剂,具有良好的热稳定性及相容性,易于加工。SH-105通常被用作PVC、PE、PP等聚 烯烃的抗静电剂,但被用于玻纤增强聚碳酸酯复合材料中时,产品表面抗静电效果以上,但 是当产品中同时使用了耐寒增韧剂时,在超低温的环境下,其表面电阻值往往高达1X1015 以上,其抗静电性能近乎无。而本发明设计人在研究和试验中发现,同时添加SH-105与三 乙醇胺使本发明的玻纤聚碳酸酯复合材料表现出良好的抗静电效果,另外添加耐寒增韧剂 亦未使抗静电效果下降。三乙醇胺,通常只被用作增塑剂、中和剂、润滑剂和防腐蚀剂,这一 现象的发现颠覆了行业内的技术偏见。
[0028] 上述一种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法,其具体包括如下 步骤:上述原料比例将聚碳酸酯、玻璃纤维、EMA、抗氧剂1、抗氧剂2、扩散粉EBS、抗紫外线 剂UV-329、抗静电剂1、抗静电剂2、耐寒剂装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆 挤出机中,在240-290°C的温度下熔融混炼,所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却, 引入切粒机进行切粒操作,所得粒料即为所述高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料。
[0029] 所述反复搅拌是指反复搅拌三次,每次搅拌时间为30-50分钟。所述搅拌机的转 速为650-1300转/分。
[0030] 提高搅拌机的转速可使各原料组分混合更充分从而获得质地均匀的产品。但对于 某些原料来说,过慢的搅拌速度难以使其充分混合,过高的搅拌转速容易导致其自身结构 的裂解。上述搅拌机的转速是发明人根据本发明各种原料组分的物性而优选的,在此范围 内,既能保证原料的各组分能够混合均匀,又能有效防止原料发生裂解而失效。所述反复搅 拌是指交替改变搅拌机的搅拌方向,如此便能够在不增加转速的情况下进一步促进各原料 组分的混合。本发明的熔炼温度是根据各类原料的性质选定的,在该温度范围内,各类原料 均可熔化彻底而得以充分混融,不因温度过低而熔融混炼不彻底,且不易因温度过高而裂 解、变质。原料只有得到充分混融结合,才能协同作用获得本发明所追求的优质性能。
[0031] 所述双螺旋挤出机的转速为250-600转/分。
[0032] 所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时,所用水槽温度为60-75 °C。
[0033] 由于产品的性质不同,其冷却水温也各不一致。一般来说,升高水槽内的水温能够 缩减粒料间的空隙使其不易碎裂,但过高的水温将导致粒料粘结,影响产品品质及外观。因 此在本发明中,设计人根据双螺旋挤出机的转速、熔体的性质设计出上述的水槽水温范围, 在该温度范围内生产出的本发明产品粒料间隙适中、不易粘结,具有良好的加工性能。
[0034] 所述切粒机的转速为600-850转/分。
[0035] 本发明设计人在研究实践中发现,切粒机转速过高会使粒料体积过小在后续的拉 条工序中容易断裂,而切粒机转速过慢时则会是粒料肥大,影响最终粒料美观的同时还会 加大粒料应用中的加工难度。而每一种成分的粒料均有其适宜的粒料大小,对于本发明而 言,600-850转/分的切粒机的转速能够最大程度地提升本发明产品的外观及加工性能。
[0036] 对产品的各项测试表明,本发明的一种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料 具有耐低温的优点,在-60°C的低温环境中表现出高抗冲、耐磨的性能,尤其表现出良好的 抗静电效果,产品表面电阻值低至IX106〇,在超低温环境中仍能保持抗静电效果,尤其适 用于生产在低温环境中工作的仪表外壳、航空航天器内饰、汽车内饰、船舶内饰、电器外壳 制造中的应用。
[0037] 与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
[0038] 1.本发明特别选用了SH-105以及三乙醇胺作为抗静电剂,二者结合有协效作用, 能更好提升本发明所得的玻纤增强聚碳酸酯复合材料的抗静电效果,在同时使用耐寒剂的 情况下抗静电性效果;本发明选用日本三菱丽阳所产的METABLENS-2030作为耐寒剂,与 EMA结合有协效作用,不但赋予产品良好的耐寒性能,同时还能最大程度地减少对产品抗冲 击性能。
[0039] 2.本发明的高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法,是依据各原料 组分的特点对搅拌机转速、熔炼温度、水槽水温、切粒机转速等工艺参数优化而得,保证所 制得的玻纤增强聚碳酸酯复合材料产品能够实现本发明所追寻的技术效果。
具体实施方式
[0040] 为了便于本领域技术人员理解,下面将结合实施例对本发明作进一步详细描述:
[0041] 实施例1
[0042] 本实施例提供一种用于制造寒带地区精密仪表外壳的高性能抗静电玻纤增强聚 碳酸酯复合材料。其原料配方由如下重量份的各组分组成:
[0043] 聚碳酸酯 76. 2份
[0044] 玻璃纤维 10份
[0045]EMA3 份
[0046] 抗氧剂1 0• 5份
[0047] 抗氧剂2 0•7份
[0048] 扩散粉EBS 0. 6份
[0049] 抗静电剂1 2份
[0050] 抗静电剂2 4份
[0051] 耐寒剂 3份
[0052] 所述抗氧剂1为抗氧剂1010,所述抗氧剂2为东莞市铨盛化工有限公司所产的 ESC-740A,所述抗静电剂1为上海经炜化工有限公司所产的SH-105,所述抗静电剂2为三乙 醇胺,所述耐寒剂为日本三菱丽阳所产的METABLENS-2030。
[0053] 上述聚碳酸酯、玻璃纤维、UV-329、EMA、抗氧剂1、抗氧剂2、扩散粉EBS、抗静电剂 1、抗静电剂2、耐寒剂均采用市售产品。为增强产品性能,各原料组分纯度都应尽可能高。
[0054] 上述一种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法,其具体包括如下 步骤:上述原料比例将聚碳酸酯、玻璃纤维、UV-329、EMA、抗氧剂1、抗氧剂2、扩散粉EBS、抗 静电剂1、抗静电剂2、耐寒剂装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中,在 250°C的温度下熔融混炼,所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却,引入切粒机进行切 粒操作,所得粒料即为所述高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料。
[0055] 所述反复搅拌是指反复搅拌三次,每次搅拌时间为40分钟。所述搅拌机的转速为 680转/分。
[0056] 所述双螺旋挤出机的转速为400转/分。
[0057] 所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时,所用水槽温度为65 °C。
[0058] 所述切粒机的转速为650转/分。
[0059] 将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表1所示:
[0060] 表1实施例1的性能测试结果
[0061]
Figure CN103342884BD00061
[0062] 由上表及表四可见,本实施例所提供的高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料 不但在-60°C的超低温下表现出抗冲击等高性能,更具有良好的抗静电效果。用该种复合材 料制备寒带地区的精密仪表外壳,不但满足低温下的抗冲击性能的要求,更具有使用抗静 电、不易损坏的优点。
[0063] 实施例2
[0064] 本实施例提供一种用于制造航空器内饰的高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合 材料。其原料配方由如下重量份的各组分组成:
[0065] 聚碳酸酯 75. 3份
[0066] 玻璃纤维 12份
[0067]EMA2 份
[0068] 抗氧剂1 0. 7份
[0069] 抗氧剂2 0. 5份
[0070] 扩散粉EBS 1.5份
[0071] 抗静电剂1 1份
[0072] 抗静电剂2 5份
[0073] 耐寒剂 2份
[0074] 所述抗氧剂1为抗氧剂1010,所述抗氧剂2为东莞市铨盛化工有限公司所产的 ESC-740A,所述抗静电剂1为上海经炜化工有限公司所产的SH-105,所述抗静电剂2为三乙 醇胺,所述耐寒剂为日本三菱丽阳所产的METABLENS-2030。
[0075] 上述聚碳酸酯、玻璃纤维、UV-329、EMA、抗氧剂1、抗氧剂2、扩散粉EBS、抗静电剂 1、抗静电剂2、耐寒剂均采用市售产品。为增强产品性能,各原料组分纯度都应尽可能高。
[0076] 上述一种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法,其具体包括如下 步骤:上述原料比例将聚碳酸酯、玻璃纤维、UV-329、EMA、抗氧剂1、抗氧剂2、扩散粉EBS、抗 静电剂1、抗静电剂2、耐寒剂装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中,在 280°C的温度下熔融混炼,所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却,引入切粒机进行切 粒操作,所得粒料即为所述高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料。
[0077] 所述反复搅拌是指反复搅拌三次,每次搅拌时间为50分钟。所述搅拌机的转速为 710转/分。
[0078] 所述双螺旋挤出机的转速为350转/分。
[0079] 所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时,所用水槽温度为70°C。
[0080] 所述切粒机的转速为600转/分。
[0081] 将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表2所示:
[0082] 表2实施例2的性能测试结果
[0083]
Figure CN103342884BD00071
Figure CN103342884BD00081
[0084] 由上表及表四可见,本实施例所提供的玻纤增强聚碳酸酯复合材料不但在-60°C 的超低温下表现出抗冲击等高性能,更具有良好的抗静电效果。用该种复合材料制备航空 器内饰,不但满足低温下的抗冲击性能的要求,更具有使用抗静电、不易损坏的优点。
[0085] 实施例3
[0086] 本实施例提供一种用于电器外壳的高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料。其 原料配方由如下重量份的各组分组成:
[0087] 聚碳酸酯 71. 4份
[0088] 玻璃纤维 10份
[0089]EMA5 份
[0090] 抗氧剂1 0• 3份
[0091] 抗氧剂2 0.8份
[0092] 扩散粉EBS 1.5份
[0093] 抗静电剂1 3份
[0094] 抗静电剂2 3份
[0095] 耐寒剂 5份
[0096] 所述抗氧剂1为抗氧剂1010,所述抗氧剂2为东莞市铨盛化工有限公司所产的 ESC-740A,所述抗静电剂1为上海经炜化工有限公司所产的SH-105,所述抗静电剂2为三乙 醇胺,所述耐寒剂为日本三菱丽阳所产的METABLENS-2030。
[0097] 上述聚碳酸酯、玻璃纤维、UV-329、EMA、抗氧剂1、抗氧剂2、扩散粉EBS、抗静电剂 1、抗静电剂2、耐寒剂均采用市售产品。为增强产品性能,各原料组分纯度都应尽可能高。
[0098] 上述一种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法,其具体包括如下 步骤:上述原料比例将聚碳酸酯、玻璃纤维、UV-329、EMA、抗氧剂1、抗氧剂2、扩散粉EBS、抗 静电剂1、抗静电剂2、耐寒剂装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中,在 240°C的温度下熔融混炼,所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却,引入切粒机进行切 粒操作,所得粒料即为所述高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料。
[0099] 所述反复搅拌是指反复搅拌三次,每次搅拌时间为80分钟。所述搅拌机的转速为 650转/分。
[0100] 所述双螺旋挤出机的转速为250转/分。
[0101] 所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时,所用水槽温度为75 °C。
[0102] 所述切粒机的转速为600转/分。
[0103] 将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表2所示:
[0104] 表3实施例3的性能测试结果
[0105]
Figure CN103342884BD00091
[0106] 由上表及表四可见,本实施例所提供的高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料 不但在-60°C的超低温下表现出抗冲击等高性能,更具有良好的抗静电效果。用该种复合材 料制备电器外壳,不但满足低温下的抗冲击性能的要求,更具有使用抗静电、不易损坏的优 点。
[0107] 表4实施例1-实施例3的抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料抗静电性能测试结 果
[0108]
Figure CN103342884BD00092
Figure CN103342884BD00101
[0109] 以上为本发明的其中具体实现方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理 解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离 本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些显而易见的替换形式均属于本发 明的保护范围。

Claims (8)

1. 一种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料,其原料配方由如下重量份的各组分 组成: 聚碳酸酯 63-86份 玻璃纤维 5-20份 EMA 2-5 份 抗氧剂1 〇. 3-1份 抗氧剂2 0. 2-0. 8份 抗紫外线剂UV-329 0. 2-0. 7份 扩散粉EBS 0.3-1. 5份 抗静电剂1 1_3份 抗静电剂2 3-5份 耐寒剂 2-5份 所述抗氧剂1为抗氧剂1010,所述抗氧剂2为东莞市铨盛化工有限公司所产的 ESC-740A,所述抗静电剂1为上海经炜化工有限公司所产的SH-105,所述抗静电剂2为三乙 醇胺,所述耐寒剂为日本三菱丽阳所产的METABLEN S-2030。
2. -种权利要求1所述一种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法,其 具体包括如下步骤:按照权利要求1所述的比例将聚碳酸酯、玻璃纤维、EMA、抗氧剂1、抗氧 剂2、扩散粉EBS、抗紫外线剂UV-329、抗静电剂1、抗静电剂2、耐寒剂装入搅拌机中反复搅 拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中,在240-290°C的温度下熔融混炼,所得熔体由双螺旋挤 出机挤出后经水槽冷却,引入切粒机进行切粒操作,所得粒料即为所述高性能抗静电玻纤 增强聚碳酸酯复合材料。
3. 根据权利要求2所述的高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法,其特 征在于:所述反复搅拌是指反复搅拌三次,每次搅拌时间为30-50分钟。
4. 根据权利要求2所述的高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法,其特 征在于:所述搅拌机的转速为650-1300转/分。
5. 根据权利要求2所述的高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法,其特 征在于:所述双螺旋挤出机的转速为250-600转/分。
6. 根据权利要求2所述的高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法,其特 征在于:所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时,所用水槽温度为60-75°C。
7. 根据权利要求2所述的高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法,其特 征在于:所述切粒机的转速为600-900转/分。
8. 权利要求1所述的高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料在仪表外壳、航空航天 器内饰、汽车内饰、船舶内饰、电器外壳制造中的应用。
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