CN104072923B - 一种高耐热透明增强材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高耐热透明增强材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种通用性强、耐热性好、透明度高的高耐热透明增强材料及其制备方法和应用。该材料包含以下质量分数的组分：聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯‑马来酸酐共聚物共混物59～93％；玻璃纤维5～30％；增韧剂1～30％；抗氧剂0.1～1％；加工助剂0.5～5％。本发明通过使用并调整两种不同树脂的用量比例，获得树脂组合物折射率与玻璃纤维相匹配，实现透明，其透明度可达到87％，并赋予得到的材料较高的热变形温度，使其具有耐热性好、透明度高、强度高、尺寸稳定性好、综合性能好等优点，可应用于各种电器、外观制品中，尤其适用于电视机前框、空调面板、音响外框等产品中。

Description

一种高耐热透明增强材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种通用性强、耐热性好、透明度高的高耐热透明增强材料及其制备方法和应用。
背景技术
玻璃纤维增强热塑性塑料(简称热塑性玻璃钢，GRTP))最早出现于20世纪50年代，经过多年的发展，现今国际上CRTP已占复合材料总量的1/4以上，而且稳步增长。GRTP是一种轻质高强的复合材料，玻璃纤维含量一般为10～50wt％。所用基体塑料有聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、AS、ABS、PET、PBT、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚酰胺一酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、氯化聚醚、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、液晶塑料、塑料合金等等，且品种还在不断增加。GRTP具有良好的拉伸、弯曲、压缩弹性模量及抗蠕变性能，尺寸稳定，加工性能好，成型周期短，生产效率高，并且还可以回收利用，因而其应用领域不断拓宽，已被广泛应用于汽车、机械、电器、建筑、船艇、航空航天等部门及高新技术领域。
然而，随着社会的发展，人们对材料的外观要求越来越多样化、个性化，如透明/半透明等，而传统的玻璃纤维增强热塑性塑料，基本上都是不透明或半透明，已经不能适应新的市场需求。
关于透明增强材料的开发，近年已有部分科研人员进行过一些探索。如专利CN200910002941.8和CN200880008489.X是通过调整玻璃组合物中氧化物的比例来调整其折射率，以实现其折射率与部分树脂相同，从而使复合物材料透明。但这种方法需要针对不同树脂调配出特定组分的玻璃纤维，通用性不强。
专利CN200610105462.5是通过在芳香族聚碳酸酯(PC)中添加一种脂肪族聚碳酸酯(PCCD)，从而调整该树脂混合物的折射率与玻璃纤维相匹配，实现半透明效果；专利CN201010507222.4是通过在玻璃纤维增强尼龙6产品中添加透明剂，以实现透明效果。这两种方法都是采用添加特殊的材料，如PCCD或者透明剂，成本高，实用性不强，并且透明度也不高。
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通用性强、耐热性好、透明度高的高耐热透明增强材料。
本发明另一目的在于提供一种上述通用性强、耐热性好、透明度高的高耐热透明增强材料的制备方法。
本发明再一目的在于提供上述通用性强、耐热性好、透明度高的高耐热透明增强材料在电器、外观制品中的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种通用性强、耐热性好、透明度高的高耐热透明增强材料，包含以下质量分数的组分：
所述的聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-马来酸酐共聚物共混物由1～30wt％聚甲基丙烯酸甲酯和70～99wt％苯乙烯-马来酸酐共聚物组成。
为了更好地实现本发明，上述高耐热透明增强材料中，所述的聚甲基丙烯酸甲酯优选由80～93wt％的甲基丙烯酸甲酯和7～20wt％的丙烯酸烷基酯组成。
为了更好地实现本发明，在上述高耐热透明增强材料中，所述的苯乙烯-马来酸酐共聚物优选由50～90wt％的乙烯基芳香族单体和10～50wt％的顺丁烯二酸酐组成。
为了更好地实现本发明，在上述高耐热透明增强材料中，所述的玻璃纤维优选为采用硅烷偶联剂处理的无碱短切原丝，优选单丝直径为10～15μm，短切长度为2.5～4.5mm。
为了更好地实现本发明，在上述高耐热透明增强材料中，所述的增韧剂优选为苯乙烯类增韧剂、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(MBS)以及ABS高胶粉中的至少一种，其橡胶粒径优选为0.2～0.4μm。
为了更好地实现本发明，在上述高耐热透明增强材料中，所述的抗氧剂由受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂组成，如汽巴精化的Irganox1010和Irganox168的1:1混合物。
为了更好地实现本发明，在上述高耐热透明增强材料中，所述的加工助剂为硬脂酰胺类润滑剂、硅油和白矿油中的至少一种，优选为N,N'-亚乙基双硬脂酰胺(EBS)。
本发明还提供了一种上述高耐热透明增强材料的制备方法，包括以下具体步骤：
把59～93wt％的聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-马来酸酐共聚物共混物、1～30wt％增韧剂、0.1～1wt％抗氧剂和0.5～5wt％加工助剂混合均匀，送入双螺杆挤出机中，5～30wt％的玻璃纤维通过侧喂系统加入，熔融挤出、造粒，得到高耐热透明增强材料。
为了更好地实现本发明，上述混合指通过把除玻璃纤维外的材料投入高速搅拌混合机中进行混合，且投料混合方式可以为同时投料混合或各种材料单独通过计量喂料器投入混料机中。
为了更好地实现本发明，所述双螺杆挤出机的喂料转速优选为200～350rpm；双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别优选为一区温度80～120℃、二区温度140～160℃、三区温度200～210℃、四区温度210～220℃、五区温度220～230℃、六区温度220～230℃、七区温度220～230℃、八区温度220～230℃、九区温度220～230℃、机头温度240℃，螺杆转速优选为250～400rpm。
为了更好地实现本发明，玻璃纤维通过侧喂系统在螺杆六区加入。
本发明的高耐热透明增强材料通用性强、耐热性好、透明度高，适用于各种电器、外观制品中。
本发明的机理为：
目前市售的无碱短切玻璃纤维原丝的折射率为1.566，聚甲基丙烯酸甲酯的折射率约为1.49，苯乙烯-马来酸酐共聚物的折射率约为1.58，其折射率不同，因此，分别利用玻纤对聚甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯-马来酸酐共聚物进行共混增强将导致获得的材料不透明或低透明，难以达到应用要求。本发明通过调整两种树脂的比例，可使得树脂混合物的折射率与玻璃纤维相匹配，实现透明。并且，利用苯乙烯-马来酸酐共聚物的耐热性好，赋予得到的材料较高的热变形温度，进一步扩大该产品的应用领域。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
本发明提供的高耐热透明增强材料具有耐热性好、透明度高、强度高、尺寸稳定性好、综合性能好等优点，其各项力学性能均保持最佳平衡，并且通用性强、价格低廉，可应用于各种电器、外观制品中，尤其适用于电视机前框、空调面板、音响外框等产品中。
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。
下列实施例的材料：
聚甲基丙烯酸甲酯：市售的甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸甲酯按92:8比率的共聚物；
苯乙烯-马来酸酐共聚物：市售的苯乙烯与马来酸酐按76:24比率的共聚物；
玻璃纤维：市售无碱短切玻璃纤维；
增韧剂：日本钟渊MBS M-521；
抗氧剂：汽巴精化的Irganox1010和Irganox168的1:1混合物；
加工助剂：N,N'-亚乙基双硬脂酰胺(EBS)。
对比例1：普通增强材料的制备
(1)把苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN树脂)、抗氧剂以及加工助剂按比例进行高速搅拌混料机混合均匀或单独通过计量喂料器进入双螺杆挤出机中，其中玻璃纤维通过侧喂系统在螺杆第六区加入；
(2)将上述混合物料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别优选为一区温度80℃、二区温度140℃、三区温度200℃、四区温度210℃、五区温度220℃、六区温度230℃、七区温度220℃、八区温度230℃、九区温度230℃、机头温度230℃，螺杆转速优选为350rpm，双螺杆挤出机的长径比为40，在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥，最后包装，即得到普通增强SAN材料颗粒。
其中，各原料的质量分数为：苯乙烯-丙烯腈共聚物84％、增韧剂5％、抗氧剂0.4％、玻璃纤维10％、加工助剂0.6％。
对比例2：耐热增强材料的制备
(1)把苯乙烯-马来酸酐共聚物、增韧剂、抗氧剂以及加工助剂按比例进行高速搅拌混料机混合均匀或单独通过计量喂料器进入双螺杆挤出机中，其中玻璃纤维通过侧喂系统在螺杆第六区加入；
(2)将上述混合物料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别优选为一区温度80℃、二区温度140℃、三区温度200℃、四区温度210℃、五区温度220℃、六区温度230℃、七区温度220℃、八区温度230℃、九区温度230℃、机头温度230℃，螺杆转速优选为350rpm，双螺杆挤出机的长径比为40，在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥，最后包装，即得到耐热增强材料颗粒。
其中，各原料的质量分数为：苯乙烯-马来酸酐共聚物74％、增韧剂15％、抗氧剂0.4％、玻璃纤维10％、加工助剂0.6％。
实施例1：本发明高耐热透明增强材料的制备
(1)把聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-马来酸酐共聚物、增韧剂、抗氧剂以及加工助剂按比例进行高速搅拌混料机混合均匀或单独通过计量喂料器进入双螺杆挤出机中，其中玻璃纤维通过侧喂系统在螺杆第六区加入；
(2)将上述混合物料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别优选为一区温度80℃、二区温度140℃、三区温度200℃、四区温度210℃、五区温度220℃、六区温度230℃、七区温度220℃、八区温度230℃、九区温度230℃、机头温度230℃，螺杆转速优选为350rpm，双螺杆挤出机的长径比为40，在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥，最后包装，即得到高耐热透明增强材料颗粒。
其中，各原料的质量分数为：聚甲基丙烯酸甲酯14％、苯乙烯-马来酸酐共聚物79％、增韧剂1％、抗氧剂0.4％、玻璃纤维5％、加工助剂0.6％。
实施例2：本发明高耐热透明增强材料的制备
(1)把聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-马来酸酐共聚物、增韧剂、抗氧剂以及加工助剂按比例进行高速搅拌混料机混合均匀或单独通过计量喂料器进入双螺杆挤出机中，其中玻璃纤维通过侧喂系统在螺杆第六区加入；
(2)将上述混合物料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别优选为一区温度80℃、二区温度140℃、三区温度200℃、四区温度210℃、五区温度220℃、六区温度230℃、七区温度220℃、八区温度230℃、九区温度230℃、机头温度230℃，螺杆转速优选为350rpm，双螺杆挤出机的长径比为40，在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥，最后包装，即得到高耐热透明增强材料颗粒。
其中，各原料的质量分数为：聚甲基丙烯酸甲酯3％、苯乙烯-马来酸酐共聚物71％、玻璃纤维10％、增韧剂15％、抗氧剂0.4％、加工助剂0.6％。
实施例3：本发明高耐热透明增强材料的制备
(1)把聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-马来酸酐共聚物、增韧剂、抗氧剂以及加工助剂按比例进行高速搅拌混料机混合均匀或单独通过计量喂料器进入双螺杆挤出机中，其中玻璃纤维通过侧喂系统在螺杆第六区加入；
(2)将上述混合物料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别优选为一区温度80℃、二区温度140℃、三区温度200℃、四区温度210℃、五区温度220℃、六区温度230℃、七区温度220℃、八区温度230℃、九区温度230℃、机头温度230℃，螺杆转速优选为350rpm，双螺杆挤出机的长径比为40，在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥，最后包装，即得到高耐热透明增强材料颗粒。
其中，各原料的质量分数为：聚甲基丙烯酸甲酯11.1％、苯乙烯-马来酸酐共聚物62.9％、玻璃纤维10％、增韧剂15％、抗氧剂0.4％、加工助剂0.6％。
实施例4：本发明高耐热透明增强材料的制备
(1)把聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-马来酸酐共聚物、增韧剂、抗氧剂以及加工助剂按比例进行高速搅拌混料机混合均匀或单独通过计量喂料器进入双螺杆挤出机中，其中玻璃纤维通过侧喂系统在螺杆第六区加入；
(2)将上述混合物料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别优选为一区温度80℃、二区温度140℃、三区温度200℃、四区温度210℃、五区温度220℃、六区温度230℃、七区温度220℃、八区温度230℃、九区温度230℃、机头温度230℃，螺杆转速优选为350rpm，双螺杆挤出机的长径比为40，在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥，最后包装，即得到高耐热透明增强材料颗粒。
其中，各原料的质量分数为：聚甲基丙烯酸甲酯21.5％、苯乙烯-马来酸酐共聚物52.5％、玻璃纤维10％、增韧剂15％、抗氧剂0.4％、加工助剂0.6％。
实施例5：本发明高耐热透明增强材料的制备
(1)把聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-马来酸酐共聚物、增韧剂、抗氧剂以及加工助剂按比例进行高速搅拌混料机混合均匀或单独通过计量喂料器进入双螺杆挤出机中，其中玻璃纤维通过侧喂系统在螺杆第六区加入；
(2)将上述混合物料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别优选为一区温度80℃、二区温度140℃、三区温度200℃、四区温度210℃、五区温度220℃、六区温度230℃、七区温度220℃、八区温度230℃、九区温度230℃、机头温度230℃，螺杆转速优选为350rpm，双螺杆挤出机的长径比为40，在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥，最后包装，即得到高耐热透明增强材料颗粒。
其中，各原料的质量分数为：聚甲基丙烯酸甲酯8.9％、苯乙烯-马来酸酐共聚物50.1％、玻璃纤维10％、增韧剂30％、抗氧剂0.4％、加工助剂0.6％。
实施例6：本发明高耐热透明增强材料的制备
(1)把聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-马来酸酐共聚物、增韧剂、抗氧剂以及加工助剂按比例进行高速搅拌混料机混合均匀或单独通过计量喂料器进入双螺杆挤出机中，其中玻璃纤维通过侧喂系统在螺杆第六区加入；
(2)将上述混合物料送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别优选为一区温度80℃、二区温度140℃、三区温度200℃、四区温度210℃、五区温度220℃、六区温度230℃、七区温度220℃、八区温度230℃、九区温度230℃、机头温度230℃，螺杆转速优选为350rpm，双螺杆挤出机的长径比为40，在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥，最后包装，即得到高耐热透明增强材料颗粒。
其中，各原料的质量分数为：聚甲基丙烯酸甲酯10.2％、苯乙烯-马来酸酐共聚物57.8％、玻璃纤维30％、增韧剂1％、抗氧剂0.4％、加工助剂0.6％。
实施例7：高耐热透明增强材料的性能测试
对实施例1～6和对比例1～2制备得到的材料的各项性能进行测定，结果见表1。
测试项目及标准：
拉伸强度按ISO527标准进行测试，试样为Ⅰ型试样，测试设备为德国Zwick公司的拉伸试验机Z020。
弯曲强度和弯曲模量按ISO178标准进行测试，试样尺寸为4mm×10mm×80mm，测试设备为德国Zwick Roell公司的弯曲试验机Z005。
IZOD缺口冲击强度按照ISO180标准进行测试，试样尺寸为4mm×10mm×80mm，缺口深度为2mm，测试设备为德国Zwick Roell公司的冲击试验机HIT5.5P。
熔体流动指数MFR按ISO1133标准在220℃和10kg载荷下进行测试，测试设备为德国Zwick Roell公司的BMF-003熔指仪。
线性热膨胀系数测试温度范围-40～40℃，测试设备为热机械分析仪TMAQ400。
热变形温度按照ASTM D648标准进行测试，试样尺寸为127mm×12.7mm×6.35mm，载荷为1.82mPa，测试设备为德国COESFELD热变形/维卡试验机。
透光率按ISO13468标准进行测试，试样的厚度为2.0mm，测试设备为上海精科的透光率/雾度仪WGT-S。
表1高耐热透明增强材料的性能指标
由表1可见，本发明制备的高耐热增强材料，具有耐热性好、透明度高、综合性能好等优点，具有高耐热性，5～10wt％玻璃纤维含量，其热变形温度一般可达110℃以上，30wt％玻璃纤维含量，其热变形温度可达140℃；另外，通过调整树脂的比例，10wt％玻璃纤维含量，其透明度可达到87％，并且其各项力学性能、耐热性能均保持最佳平衡。
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 (8)

1.一种高耐热透明增强材料，其特征在于包含以下质量分数的组分：
所述的聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-马来酸酐共聚物共混物由1～30wt％聚甲基丙烯酸甲酯和70～99wt％苯乙烯-马来酸酐共聚物组成；
所述的玻璃纤维为采用硅烷偶联剂处理的无碱短切原丝；
所述的加工助剂为硬脂酰胺类润滑剂、硅油和白矿油中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的高耐热透明增强材料，其特征在于：所述的聚甲基丙烯酸甲酯由80～93wt％的甲基丙烯酸甲酯和7～20wt％的丙烯酸烷基酯组成。
3.根据权利要求1所述的高耐热透明增强材料，其特征在于：所述的苯乙烯-马来酸酐共聚物由50～90wt％的乙烯基芳香族单体和10～50wt％的顺丁烯二酸酐组成。
4.根据权利要求1所述的高耐热透明增强材料，其特征在于：所述的增韧剂为苯乙烯类增韧剂。
5.根据权利要求1所述的高耐热透明增强材料，其特征在于：所述的抗氧剂由受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂组成。
6.一种根据权利要求1～5任一项所述的高耐热透明增强材料的制备方法，其特征在于包括以下具体步骤：
把59～93wt％的聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-马来酸酐共聚物共混物、1～30wt％增韧剂、0.1～1wt％抗氧剂和0.5～5wt％加工助剂混合均匀，送入双螺杆挤出机中，5～30wt％的玻璃纤维通过侧喂系统加入，熔融挤出、造粒，得到高耐热透明增强材料。
7.根据权利要求6所述的高耐热透明增强材料的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的主喂料螺杆转速为200～350rpm；双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别为一区温度80～120℃、二区温度140～160℃、三区温度200～210℃、四区温度210～220℃、五区温度220～230℃、六区温度220～230℃、七区温度220～230℃、八区温度220～230℃、九区温度220～230℃、机头温度240℃，主机螺杆转速为250～400rpm。
8.根据权利要求1～5任一项所述的高耐热透明增强材料在各种电器、外观制品中的应用。
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