CN104072964A - 一种连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法。该复合材料由包含以下重量份数的组分制成：玻璃纤维100份、1～5份环形对苯二甲酸丁二醇酯、0.02～1.0份偶联剂、0.1～0.5份抗氧剂、0.2～1.0份润滑剂和40～100份聚碳酸酯。本发明中制备的玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料具有较高的强度和模量，本复合材料主要应用于高档手机、笔记本电脑等电子产品。另外，本发明通过加入适量的环形对苯二甲酸丁二醇酯与聚碳酸酯共混改性，环形对苯二甲酸丁二醇酯与聚碳酸酯的相容性很好，极少的添加量，就可以大幅度提高聚碳酸酯的流动性，而且几乎不影响材料的力学性能。

Description

一种连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法。

背景技术

连续纤维增强热塑性塑料是20世纪70年代初开发出来的一种聚合物基复合材料，它由热塑性树脂基体和连续增强体纤维以及一些助剂组成，树脂均匀地分布在纤维间，形成连续相，以固定纤维的空间位置，并在材料内部传递载荷，树脂基体赋予连续纤维增强热塑性塑料复合材料优良的力学性能、热性能、加工性能和耐化学腐蚀性，大部分热塑性树脂都可以作为树脂基体，比如聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）等等。因此，连续纤维增强热塑性塑料复合材料具有综合性能高、易成型、可重复利用等特点。广泛应用于航天、航空、汽车、电子和电器等领域。

聚碳酸酯（PC）是一种分子结构特殊、综合性能优良的热塑性工程树脂，目前，它的应用迅速发展，在五大工程树脂中的应用中，排名第二，仅次于尼龙的应用。由于聚碳酸酯在较宽的温、湿度范围内具有良好而恒定的电绝缘性，是优良的绝缘材料。同时，其良好的难燃性、尺寸稳定性和优良的抗冲击性能，使其在电子电器行业形成了广阔的应用领域，如零件精度要求较高的笔记本电脑、视频录像机和彩色电视机中的重要零部件方面。

为了拓宽聚碳酸酯的应用范围，近几年在着力开发连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料。由于聚碳酸酯的刚性链结构，使它在加工过程中粘度较高，聚碳酸酯熔体的高粘度造成其加工流动性不佳，使得聚碳酸酯对玻璃纤维的浸润性差，而且复合材料层间的界面结合作用也较差，导致复合材料整体性能不佳，外观差。

在本发明中，选择了环形对苯二甲酸丁二醇酯（CBT）与聚碳酸酯共混改性，提高聚碳酸酯的加工流动性。环形对苯二甲酸丁二醇酯与聚碳酸酯的相容性很好，极少的添加量，就可以大幅度提高聚碳酸酯的流动性，而且几乎不影响材料的力学性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明通过加入适量的环形对苯二甲酸丁二醇酯与聚碳酸酯共混改性，环形对苯二甲酸丁二醇酯与聚碳酸酯的相容性很好，极少的添加量，就可以大幅度提高聚碳酸酯的流动性，而且几乎不影响材料的力学性能；玻璃纤维的加入，也很大程度上提高材料的力学性能。

一种连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，由包含以下重量份的组分制成：

所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维布。

所述的环形对苯二甲酸丁二醇酯分子式为：

优选型号为美国Cyclics公司生产的CBT100。

所述的偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）或3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷（KH570）。

所述的抗氧剂选自四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）、三［2,4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯（抗氧剂168）或β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯（抗氧剂1076）。

所述的润滑剂选自硅酮粉、TAF（改性乙撑双脂肪酸酰胺，苏州兴泰国光化学助剂有限公司）或RH-313（季戊四醇硬脂酸酯，东莞市健行塑胶制品有限公司）中的一种。

所述的聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯。

一种上述连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，包含以下步骤：

（1）制备聚碳酸酯薄膜

将包含有40～100份聚碳酸酯、1～5份环形对苯二甲酸丁二醇酯、0.02～1.0份偶联剂、0.1～0.5份抗氧剂和0.2～1.0份润滑剂的原料混合制备成薄膜；

（2）将100份玻璃纤维布叠加到两层步骤（1）制得的聚碳酸酯薄膜的中间，经过热压辊，使聚碳酸酯浸入到玻璃纤维布中，再经过冷却装置，制得玻璃纤维布预浸带；

（3）将步骤（2）制得的玻璃纤维布预浸带裁剪、铺叠，并热压成型，得到连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料。

所述的步骤（1）中聚碳酸酯薄膜是通过热熔流延法或吹塑制得，薄膜的厚度为0.070～0.170mm。

所述的步骤（2）中纤维布与聚碳酸酯薄膜相遇，再叠加到两层离型纸的中间，用热压辊将纤维布与树脂薄膜压成一个整体，冷却后切边，制备玻璃纤维布预浸带，并回收离型纸。

所述的步骤（2）中热压辊温度从低到高，在220、240、260、270、280℃之间递升。

所述的步骤（2）中冷却装置内部通常温循环水冷却辊。

所述的步骤（3）中热压成型的压力为1～5MPa，温度为260～280℃，成型时间为2～10min。

本发明具有以下有益效果：

（1）聚碳酸酯薄膜和玻璃纤维布叠层法制成的预浸料具有树脂分布均匀、厚度偏差小、挥发份含量低等特点，由于树脂中不含溶剂就避免了溶剂污染空气、溶剂回收等一系列问题；聚碳酸酯薄膜的厚度可以根据实际需要控制，通过塑料密度、纤维密度计算出所需薄膜厚度，从而可以制备含胶量精确、均匀的复合材料，而且设备简单，便于生产。

（2）聚碳酸酯在加工过程中粘度高，加入适量的环形对苯二甲酸丁二醇酯与聚碳酸酯共混改性，环形对苯二甲酸丁二醇酯与聚碳酸酯的相容性很好，极少的添加量，就可以大幅度提高聚碳酸酯的流动性，而且几乎不影响材料的力学性能。

附图说明

图1为本发明实施例中连续玻璃纤维增强聚碳酸酯预浸带的制备工艺流程示意图。

附图标注：

1玻璃纤维布，2聚碳酸酯薄膜，

3离型纸，4热压辊，

5冷却装置，6主轴，

7切刀，8离型纸收卷辊，

9预浸带。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

按照以下重量份数称取原料：

通过以下步骤制备玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料：

（1）通过热熔流延法制得聚碳酸酯薄膜：

将包含有40份聚碳酸酯、1份环形对苯二甲酸丁二醇酯CBT100、0.02份偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、0.1份抗氧剂1010和0.2份润滑剂硅酮粉的组合料制备成薄膜，薄膜的厚度为0.070mm；

（2）按照图1连续玻璃纤维增强聚碳酸酯预浸带制备工艺流程示意图，将100份玻璃纤维布1叠加到两层聚碳酸酯薄膜2的中间，再叠加到两层离型纸3的中间，经过热压辊4，热压辊4温度为：220、240、260、270、280℃递增，预浸带经过热压辊使聚碳酸酯浸入到玻璃纤维布中，再经过常温循环水冷却装置5，经主轴6牵引，预浸带在切刀7处切边后，离型纸由离型纸收卷辊8回收，制得玻璃纤维布增强聚碳酸酯预浸带9；

（3）根据所需复合材料的厚度，将玻璃纤维布预浸带进行铺层、叠加，置于平板硫化机上层压成型，压力为5MPa，温度为260℃，成型时间为2min，制备玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料。

将制得的玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料板材按照GB/T1449-2005制备成15mm×120mm的弯曲试样，进行性能测试，测试结果见表1。

实施例2

按照以下重量份数称取原料：

通过以下步骤制备玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料：

（1）通过吹塑制得聚碳酸酯薄膜：

将包含有55份聚碳酸酯、2份环形对苯二甲酸丁二醇酯CBT100、0.1份偶联剂3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）、0.2份抗氧剂168和0.4份润滑剂TAF（改性乙撑双脂肪酸酰胺，苏州兴泰国光化学助剂有限公司）的组合料制备成薄膜，薄膜的厚度为0.094mm；

（2）按照图1连续玻璃纤维增强聚碳酸酯预浸带制备工艺流程示意图，将100份玻璃纤维布1叠加到两层聚碳酸酯薄膜2的中间，再叠加到两层离型纸3的中间，经过热压辊4，热压辊4温度为：220、240、260、270、280℃递增，预浸带经过热压辊使聚碳酸酯浸入到玻璃纤维布中，再经过常温循环水冷却装置5，经主轴6牵引，预浸带在切刀7处切边后，离型纸由离型纸收卷辊8回收，制得玻璃纤维布增强聚碳酸酯预浸带9；

（3）根据所需复合材料的厚度，将玻璃纤维布预浸片材进行铺层、叠加，置于平板硫化机上层压成型，压力为4MPa，温度为270℃，成型时间为4min，制备玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料。

将制得的玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料板材按照GB/T1449-2005制备成15mm×120mm的弯曲试样，进行性能测试，测试结果见表1。

实施例3

按照以下重量份数称取原料：

通过以下步骤制备玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料：

（1）通过热熔流延法或吹塑制得聚碳酸酯薄膜：

将包含有70份聚碳酸酯、3份环形对苯二甲酸丁二醇酯CBT100、0.3份偶联剂3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷（KH570）、0.3份抗氧剂（抗氧剂1010和抗氧剂168重量份比为2:1）和0.6份润滑剂RH-313（季戊四醇硬脂酸酯，东莞市健行塑胶制品有限公司）的原料混合制备成薄膜，薄膜的厚度为0.120mm；

（2）按照图1连续玻璃纤维增强聚碳酸酯预浸带制备工艺流程示意图，将100份玻璃纤维布1叠加到两层聚碳酸酯薄膜2的中间，再叠加到两层离型纸3的中间，经过热压辊5，热压辊4温度为：220、240、260、270、280℃递增，预浸带经过热压辊使聚碳酸酯浸入到玻璃纤维布中，再经过常温循环水冷却装置5，经主轴6牵引，预浸带在切刀7处切边后，离型纸由离型纸收卷辊8回收，制得玻璃纤维布增强聚碳酸酯预浸带9；

（3）根据所需复合材料的厚度，将玻璃纤维布预浸片材进行铺层、叠加，置于平板硫化机上层压成型，压力为3MPa，温度为280℃，成型时间为6min，制备玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料。

将制得的玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料板材按照GB/T1449-2005制备成15mm×120mm的弯曲试样，进行性能测试，测试结果见表1。

实施例4

按照以下重量份数称取原料：

（1）通过热熔流延法或吹塑制得聚碳酸酯薄膜：

将包含有85份聚碳酸酯、4份环形对苯二甲酸丁二醇酯CBT100、0.51份偶联剂3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）、0.4份抗氧剂1076和0.8份润滑剂RH-313（季戊四醇硬脂酸酯，东莞市健行塑胶制品有限公司）的原料混合制备成薄膜，薄膜的厚度为0.146mm；

（2）按照图1连续玻璃纤维增强聚碳酸酯预浸带制备工艺流程示意图，将100份玻璃纤维布1叠加到两层聚碳酸酯薄膜2的中间，再叠加到两层离型纸3的中间，经过热压辊4，热压辊4温度为：220、240、260、270、280℃递增，预浸带经过热压辊使聚碳酸酯浸入到玻璃纤维布中，再经过常温循环水冷却装置5，经主轴6牵引，预浸带在切刀7处切边后，离型纸由离型纸收卷辊8回收，制得玻璃纤维布增强聚碳酸酯预浸带9；

（3）根据所需复合材料的厚度，将玻璃纤维布预浸片材进行铺层、叠加，置于平板硫化机上层压成型，压力为2MPa，温度为275℃，成型时间为8min，制备玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料。

将制得的玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料板材按照GB/T1449-2005制备成15mm×120mm的弯曲试样，进行性能测试，测试结果见表1。

实施例5

按照以下重量份数称取原料：

通过以下步骤制备玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料：

（1）通过热熔流延法或吹塑制得聚碳酸酯薄膜：

将包含有100份聚碳酸酯、5份环形对苯二甲酸丁二醇酯CBT100、1.0份偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、0.5份抗氧剂（抗氧剂1010和抗氧剂168重量份比为3:2）和1.0份润滑剂TAF（改性乙撑双脂肪酸酰胺，苏州兴泰国光化学助剂有限公司）的原料混合制备成薄膜，薄膜的厚度为0.170mm；

（2）按照图1连续玻璃纤维增强聚碳酸酯预浸带制备工艺流程示意图，将100份玻璃纤维布1叠加到两层聚碳酸酯薄膜2的中间，再叠加到两层离型纸3的中间，经过热压辊4，热压辊4温度为：220、240、260、270、280℃递增，预浸带经过热压辊使聚碳酸酯浸入到玻璃纤维布中，再经过常温循环水冷却装置5，经主轴6牵引，预浸带在切刀7处切边后，离型纸由离型纸收卷辊8回收，制得玻璃纤维布增强聚碳酸酯预浸带9；

（3）根据所需复合材料的厚度，将玻璃纤维布预浸片材进行铺层、叠加，置于平板硫化机上层压成型，压力为1MPa，温度为280℃，成型时间为10min，制备玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料。

将制得的玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料板材按照GB/T1449-2005制备成15mm×120mm的弯曲试样，进行性能测试，测试结果见表1。

实施例6

按照以下重量份数称取原料：

通过以下步骤制备玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料：

（1）通过热熔流延法或吹塑制得聚碳酸酯薄膜：

将包含有57份聚碳酸酯、3份环形对苯二甲酸丁二醇酯CBT100、0.3份偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、0.2份抗氧剂1010和0.8份润滑剂RH-313（季戊四醇硬脂酸酯，东莞市健行塑胶制品有限公司）的原料混合制备成薄膜，薄膜的厚度为0.095mm；

（2）按照图1连续玻璃纤维增强聚碳酸酯预浸带制备工艺流程示意图，将100份玻璃纤维布1叠加到两层聚碳酸酯薄膜2的中间，再叠加到两层离型纸3的中间，经过热压辊4，热压辊4温度为：220、240、260、270、280℃递增，预浸带经过热压辊使聚碳酸酯浸入到玻璃纤维布中，再经过常温循环水冷却装置5，经主轴6牵引，预浸带在切刀7处切边后，离型纸由离型纸收卷辊8回收，制得玻璃纤维布增强聚碳酸酯预浸带9；

（3）根据所需复合材料的厚度，将玻璃纤维布预浸片材进行铺层、叠加，置于平板硫化机上层压成型，压力为3MPa，温度为280℃，成型时间为6min，制备玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料。

将制得的玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料板材按照GB/T1449-2005制备成15mm×120mm的弯曲试样，进行性能测试，测试结果见表1。

表1

性能	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							聚碳酸酯含量（份）	40	55	70	85	100	57
弯曲强度（MPa）	832	810	784	761	738	799
							弯曲模量（GPa）	26.3	25.8	24.7	23.2	21.1	25.6
层间剪切强度（MPa）	52.3	57.6	62.1	65.4	66.9	58.8

从表1中实施例1～6可以看出，随着聚碳酸酯含量的提高，复合材料的弯曲强度和弯曲模量却随之降低，这是因为树脂含量增多，降低了增强体玻璃纤维布在复合材料中的相对作用，致使弯曲强度和弯曲模量降低。相反，复合材料层间剪切强度随着聚碳酸酯含量的升高而增加，这是因为足够多的树脂有利于提高层间界面的粘结强度。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：由包含以下重量份数的组分制成：

2.根据权利要求1所述的连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维布。

3.根据权利要求1所述的连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述的环形对苯二甲酸丁二醇酯分子式为：

优选为CBT100。

4.根据权利要求1所述的连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述的偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或3-（异丁烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷。

5.根据权利要求1所述的连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂选自四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、三［2,4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯或β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯。

6.根据权利要求1所述的连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述的润滑剂选自硅酮粉、改性乙撑双脂肪酸酰胺或季戊四醇硬脂酸酯。

7.根据权利要求1所述的连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述的聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯。

8.一种上述权利要求1-7中任一所述的连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：

（1）制备聚碳酸酯薄膜

将包含有40～100份聚碳酸酯、1～5份环形对苯二甲酸丁二醇酯、0.02～1.0份偶联剂、0.1～0.5份抗氧剂和0.2～1.0份润滑剂的原料混合制备成薄膜；

（2）将100份玻璃纤维布叠加到两层步骤（1）制得的聚碳酸酯薄膜的中间，经过热压辊，使聚碳酸酯浸入到玻璃纤维布中，再经过冷却装置，制得玻璃纤维布预浸带；

（3）将步骤（2）制得的玻璃纤维布预浸带裁剪、铺叠，并热压成型，得到连续玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中聚碳酸酯薄膜是通过热熔流延法或吹塑制得，薄膜的厚度为0.070～0.170mm；

或所述的步骤（2）中纤维布与聚碳酸酯薄膜相遇，再叠加到两层离型纸的中间，用热压辊将纤维布与树脂薄膜压成一个整体，冷却后切边，制备玻璃纤维布预浸带，并回收离型纸；

或所述的步骤（2）中热压辊温度从低到高，在220、240、260、270、280℃之间递升；

或所述的步骤（2）中冷却装置内部通常温循环水冷却辊。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（3）中热压成型的压力为1～5MPa，温度为260～280℃，成型时间为2～10min。