CN103612398A

CN103612398A - 一种微孔pc/abs合金及其制备方法

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Publication number: CN103612398A
Application number: CN201310609965.6A
Authority: CN
Inventors: 林有希; 林云; 卢月美; 林正英; 罗特; 韩云; 侯万里
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: CN103612398B

Abstract

本发明涉及一种微孔PC/ABS合金及其制备方法，该微孔PC/ABS合金的微孔平均直径小于1μm，泡孔数量大于10⁹个/cm³；与未发泡实体相比，其密度降低10%以上，冲击强度提高2倍左右。该制备方法以超临界氮气为发泡剂，注射法成型，以获得泡孔直径小、密度大且分布均匀的微孔PC/ABS合金；超临界氮气发泡与注塑成型方法结合，超临界氮气可减小树脂粘度，降低注塑中的锁模力，可减少产品的毛边和内应力，延长了模具寿命，增加产品的尺寸稳定性；还可减小产品的翘曲、缩水痕等缺陷，提高产品品质。另外，由于不需要传统注塑中的保压阶段，缩短了注塑周期，提高了生产效率，降低了成本。

Description

一种微孔PC/ABS合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种微孔PC/ABS合金及其制备方法。

背景技术

微孔泡沫塑料（microcellular plastic）是指泡孔直径为0.1-10μm，泡孔密度为10⁹-10¹⁵个/cm³，分布均匀的闭孔结构泡沫塑料。微孔泡沫塑料中含有大量的尺寸小于聚合物本身缺陷的微小气泡，使它既具有一般泡沫塑料质轻、省料、隔热、隔音、吸收冲击载荷等优点，又具有减小应力集中，削弱材料加工因素影响进而提高制品的力学性能的特点。总体来说，微孔泡沫塑料具有高冲击强度、高韧性、高比刚度、高疲劳寿命、低介电常数、低热传导系数、较好吸收能量等优点，因此微孔泡沫塑料广泛应用于诸多领域，如：食品包装、机动车和飞机的结构板；隔热减振抗冲击器件或工具器材；保温材料、高压绝缘材料和自动化设备的精密机械元件等。总之，微孔泡沫塑料是经全球各行业不同产品所验证的技术、有广泛的市场，但在中国应用尚新。

微孔泡沫塑料成型中一个重大的技术突破就是在微孔发泡成型过程中采用超临界流体状态的气体作为发泡剂。所谓超临界流体（SCF）是指气体温度和压力达到某临界温度和临界压力时的状态，这时气体就具有了一些平时不具有的特性，如超临界流体具有类似于液体的密度，同时又具有气体的粘度，它可以溶于几乎所有的聚合物，显著提高其在聚合物中的扩散速度。目前常用的超临界气体有超临界二氧化碳（ScCO₂）及超临界氮气（ScN₂）。而ScN₂与ScCO₂相比而言，具有下列优点：

（1）ScN₂所制得的泡孔直径小：由于ScN₂和ScCO₂在聚合物熔体中的扩散速率接近，如果二者在聚合物熔体中的浓度相同，那么N₂产生的泡孔就比CO₂产生的小（氮气分子的大小小于二氧化碳分子）。且聚合物熔体/超临界流体单相溶液对N₂的驱动力大于CO₂，这样N₂发泡的聚合物熔体中会产生更多的气泡核。由于扩散速率接近，气泡核长大速率N₂与CO₂相同，这样N₂作为发泡剂时所产生的泡孔就比CO₂的小而均匀。（2）ScN₂作为发泡剂，使用量小，所制得的泡孔密度大；与ScCO₂相比，N₂在聚合物熔体中的溶解度要小许多，这也就说明在微孔发泡加工中CO₂的使用量比N₂要多；且若熔体中发泡剂浓度高，会使泡孔密度降低幅度大。（3）ScN₂的原料——氮气成本极为低廉，是所有发泡剂中最便宜的。因此应用ScN₂为微孔发泡剂可大大降低了生产成本，而且环保，其应用潜力巨大。

目前，微孔泡沫塑料的成型方法主要有以下三种形式：间歇成型法、连续挤出成型法、注射成型法。间歇成型法是微孔泡沫成型技术中最早使用的，但是其明显的缺点即低效，低产量，限制了该技术的在工业生产中的应用。微孔塑料连续挤出成型所需设备量少简单，但是其快速降压口模需要大长径比，因此限制了微孔塑料的工业生产产量。而注射成型法是通过快速升温来形成气泡核，这一过程较好控制，并且注塑成型还有着消除制品凹陷、减小尺寸收缩、降低内应力、减轻变形、降低注塑压力、降低锁模力、节能等优点，所以该成型法是目前微孔泡沫塑料的主要成型方法，可加工多种聚合物，如PP、PS、PBT 工程塑料，PA 及PEEK，但用于PC/ABS合金的还较少。

PC/ABS合金具有PC和ABS两者的综合特性。例如ABS的易加工特性和PC的优良机械特性和热稳定性及优异的流动特性。PC/ABS合金材料已在汽车业中得到广泛应用，如用来制作仪表板、保险杠、车身外板、内外装饰件等部件，也可用于办公机器如复印机、打字机和计算机外壳等。获得质轻、力学性能好的泡沫PC/ABS合金是其获得更加广泛应用的一个趋势，因此能否采用超临界流体微孔发泡注射成型方法制备PC/ABS合金，是本领域技术人员十分关注的课题。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种微孔PC/ABS合金及其制备方法，该制备方法以超临界氮气为发泡剂，注射成型法制备直径小、密度大且分布均匀的微孔，从而获得具有密度小、力学性能好的微孔PC/ABS合金。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案一是：一种微孔PC/ABS合金的制备方法，包括下列步骤：

（a）将PC/ABS合金原料在80-110℃温度下干燥3～5小时；

（b）将步骤（a）干燥后的原料加入注塑机料筒后进入机筒，通过加热以及螺杆的搅拌，使原料熔融；同时由超临界流体恒压供应装置制备作为发泡剂的超临界氮气，并由超临界流体输送装置进行输送计量，注气6-12秒，将超临界氮气注入机筒，形成气体/聚合物混合体；

（c）由步骤（b）所得的气体/聚合物混合体，在注塑机螺杆的搅拌、剪切的作用下形成气体/聚合物均相体系，通过快速加热至200-300℃，使均相体系产生极大的热不稳定性，而使气体析出成核；然后熔体在60-100bar注射压力和60-100mm/s射出速度作用下注射进入40-90℃温度的模腔中，利用熔体与型腔温差、压差，使微孔长大，之后冷却、定型；

（d）将步骤（c）脱模冷却后的材料取出，即制得微孔PC/ABS合金产品。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案二是：一种微孔PC/ABS合金，它是按照上述的制备方法制得的，其微孔平均直径小于1μm，泡孔密度大于10⁹个/cm³，密度比未发泡塑料降低10%以上，冲击强度提高1.2-2.7倍。

较之已有技术而言，本发明采用超临界氮气作为发泡剂，注射成型法制备微孔PC/ABS合金，具有下述优点：

（1）超临界氮气发泡与注塑成型方法结合，超临界氮气可减小树脂粘度，降低注塑中的锁模力，可减少产品的毛边和内应力，延长了模具寿命，增加产品的尺寸稳定性；还可减小产品的翘曲、缩水痕等缺陷，提高产品品质。另外，由于不需要传统注塑中的保压阶段，缩短了注塑周期，提高了生产效率，降低了成本。

（2）本发明制得平均孔径小于1μm，泡孔数量大于10⁹个/cm³的微孔PC/ABS合金。与未发泡实体相比，其密度降低10%以上，冲击强度提高2倍左右。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为超临界流体注射成型系统的结构示意图。

图2为本发明实施例1产品微观形貌SEM图。

图3为本发明实施例2产品微观形貌SEM图。

图4为本发明实施例3产品微观形貌SEM图。

图5为本发明实施例4产品微观形貌SEM图。

具体实施方式

一种微孔PC/ABS合金的制备方法，包括下列步骤：

（a）将PC/ABS合金原料在80-110℃温度下干燥3～5小时；

（d）将步骤（c）脱模冷却后的材料取出，即制得微孔PC/ABS合金产品；该微孔PC/ABS合金的微孔平均直径小于1μm，泡孔密度大于10⁹个/cm³，密度比未发泡塑料降低10%以上，冲击强度提高1.2-2.7倍。

如图1所示，该微孔PC/ABS合金的制备方法采用的超临界流体注射成型系统，由现有的注塑机1和加装的超临界流体控制器2组成，所述超临界流体控制器2由超临界流体恒压供应装置和超临界流体输送装置组成，所述超临界流体恒压供应装置包括气体供应设备和超临界流体生成装置，所述超临界流体输送装置包括超临界流体计量装置和超临界流体注射装置，所述超临界流体控制器2使得气体（N₂/CO₂）达到超临界状态并定量输送至注塑机1的塑化段，所述注塑机1的截流式喷嘴将熔体注射进入具有一定温度的模具3型腔内，所述模具3型腔的温度由模温控制器4控制。

下面通过具体实施例和比较对本发明作进一步的说明，但本发明并不仅限于这些例子。

实施例1：采用上述的超临界流体注射成型系统，按下述步骤制备：

（a）将PC/ABS合金原料在100℃左右温度下干燥3～5小时；

（b）将步骤（a）干燥后的原料加入注塑机料筒后进入机筒，通过加热以及螺杆的搅拌，使原料熔融；预塑量为20mm；同时由超临界流体恒压供应装置制备超临界氮气，并由超临界流体输送装置进行输送计量，注气7s，将适量的超临界氮气注入机筒，形成气体/聚合物混合体；

（c）由步骤（b）所得的气体/聚合物混合体，在注塑机螺杆的搅拌、剪切等作用下形成气体/聚合物均相体系，通过快速加热至250℃，使均相体系产生极大的热不稳定性，而使气体析出成核；然后熔体在注射压力为90bar、射出速度为70mm/s的作用下注射进入模具温度为65℃的模腔，利用熔体与型腔温差、压差使微孔长大，之后冷却、定型；

（d）将步骤（c）脱模冷却后的材料取出，即制得产品。

实施例2：采用上述的超临界流体注射成型系统，按下述步骤制备：

（a）将PC/ABS合金原料在90℃左右温度下干燥4小时；

（b）将步骤（a）干燥后的原料加入注塑机料筒后进入机筒，通过加热以及螺杆的搅拌，使原料熔融；预塑量为16mm；同时由超临界流体恒压供应装置制备超临界氮气，并由超临界流体输送装置进行输送计量，注气9s，将适量的超临界氮气注入机筒，形成气体/聚合物混合体；

（c）由步骤（b）所得的气体/聚合物混合体，在注塑机螺杆的搅拌、剪切等作用下形成气体/聚合物均相体系，通过快速加热至280℃，使均相体系产生极大的热不稳定性，而使气体析出成核；然后熔体在注射压力为90bar、射出速度为90mm/s的作用下注射进入模具温度为50℃的模腔，利用熔体与型腔温差、压差使微孔长大，之后冷却、定型；

（d）将步骤（c）脱模冷却后的材料取出，即制得产品。

实施例3：采用上述的超临界流体注射成型系统，按下述步骤制备：

（a）将PC/ABS合金原料在110℃温度下干燥3小时；

（b）将步骤（a）干燥后的原料加入注塑机料筒后进入机筒，通过加热以及螺杆的搅拌，使原料熔融；预塑量为24mm；同时由超临界流体恒压供应装置制备超临界氮气，并由超临界流体输送装置进行输送计量，注气9s，将适量的超临界氮气注入机筒，形成气体/聚合物混合体；

（c）由步骤（b）所得的气体/聚合物混合体，在注塑机螺杆的搅拌、剪切等作用下形成气体/聚合物均相体系，通过快速加热至265℃，使均相体系产生极大的热不稳定性，而使气体析出成核；然后熔体在注射压力为90bar、射出速度为70mm/s的作用下注射进入模具温度为80℃的模腔，利用熔体与型腔温差、压差使微孔长大，之后冷却、定型；

（d）将步骤（c）脱模冷却后的材料取出，即制得产品。

实施例4：采用上述的超临界流体注射成型系统，按下述步骤制备：

（a）将PC/ABS合金原料在80℃左右温度下干燥5小时；

（b）将步骤（a）干燥后的原料加入注塑机料筒后进入机筒，通过加热以及螺杆的搅拌，使原料熔融；预塑量为24mm；同时由超临界流体恒压供应装置制备超临界氮气，并由超临界流体输送装置进行输送计量，注气7s，将适量的超临界氮气注入机筒，形成气体/聚合物混合体；

（c）由步骤（b）所得的气体/聚合物混合体，在注塑机螺杆的搅拌、剪切等作用下形成气体/聚合物均相体系，通过快速加热至250℃，使均相体系产生极大的热不稳定性，而使气体析出成核；然后熔体在注射压力为70bar、射出速度为70mm/s的作用下注射进入模具温度为50℃的模腔，利用熔体与型腔温差、压差使微孔长大，之后冷却、定型；

（d）将步骤（c）脱模冷却后的材料取出，即制得产品。

对比实验：取未发泡PC/ABS为空白样，实施例1的样品为试样一，实例2的样品为试样二，实施例3的样品为试样三，实例4的样品为试样四。采用直接测量法来获得孔泡直径：通过Image-pro plus软件对扫描电镜（SEM）图片（如图2~5所示）上的孔泡进行标注及测量，每张图取10个点，之后用excel统计出其泡孔直径的平均值。采用称重、浮水法测得材料密度；并在XJJ-5简支梁冲击试验机上进行冲击性能试验，所得结果如表1所示。

超临界氮气发泡注塑成型的PC/ABS合金的微观形貌如图2~5所示，微孔直径均在0.3-0.4μm左右，泡孔密度达（3-8）×10¹²个/cm³，是微孔分布均匀的闭孔结构。由表1可见，各发泡的PC/ABS合金与未发泡PC/ABS合金相比，密度降低了11%-15%，冲击强度提高了1.7至2.7倍。上述分析表明超临界氮气、注塑成型法制备的微孔PC/ABS合金具有密度小，力学性能好的综合性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种微孔PC/ABS合金的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

（a）将PC/ABS合金原料在80-110℃温度下干燥3～5小时；

2.一种微孔PC/ABS合金，其特征在于：它是按照权利要求1所述的制备方法制得的，其微孔平均直径小于1μm，泡孔密度大于10⁹个/cm³，密度比未发泡塑料降低10%以上，冲击强度提高1.2-2.7倍。