CN104277440A - 玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法和用途。该复合材料由包含以下重量份的组分制成：40～100份聚碳酸酯、流动改性剂1～15份、0.1～1.0份偶联剂、0.1～0.5份抗氧剂、0.2～1.0份润滑剂和玻璃纤维布100份。本发明通过在聚碳酸酯中加入少量的流动改性剂，大幅度提高聚碳酸酯的加工流动性，改善聚碳酸酯对玻璃纤维的浸润性。另外，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，主要应用于笔记本电脑外壳。

Description

玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法。
背景技术
笔记本电脑的外壳既是保护机体的最直接的方式，也是影响其散热效果、“体重”、美观度的重要因素。笔记本电脑常见的外壳用料有：合金外壳有铝镁合金与钛合金、塑料外壳有碳纤维增强塑料复合材料、玻璃纤维增强塑料复合材料、聚碳酸酯（PC）和PC/ABS合金材料（聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料共聚物合金材料）等。
虽然铝镁合金质质量轻、密度低、散热性较好、抗压性较强，可以高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔及电磁屏蔽和散热的要求，但是坚固耐磨性差，成本较高；钛合金材料散热、强度、表面质感都优于铝镁合金材质，而且具有更强的韧性，可以超薄化，但是唯一的缺点就是必须通过焊接等复杂的加工程序，从而衍生出可观的成本，因此十分昂贵；工程塑料PC、PC/ABS合金是笔记本电脑外壳最常用的材质，PC/ABS既具有PC树脂的优良耐热耐候性、尺寸稳定性和耐冲击性能，又具有ABS树脂优良的加工流动性，应用在笔记本电脑外壳等薄壁及复杂形状制品上，可以保持其优异的性能，但是，PC、PC/ABS制造的笔记本电脑外壳具有质量较重，强度较差，导热性能差等缺点；连续碳纤维与热固性的环氧树脂复合而成的笔记本电脑外壳，具有质量轻、厚度薄、强度高、耐候性好、散热快、屏蔽好等突出优点，但是碳纤维的缺点是成本较高，成型没有ABS外壳容易，因此碳纤维机壳的形状一般都比较简单缺乏变化，着色也比较难。
玻璃纤维增强PC复合材料，具有极好力学性能、高的耐热性和好的尺寸稳定性，增强PC可极大地提高对环境的抗腐蚀性，其散热性能也比PC/ABS合金材料较好，热量分散比较均匀，但是PC加工粘度较高，不易加工。在本发明中，选择了流动改性剂与聚碳酸酯共混改性，提高聚碳酸酯的加工流动性，而且还使用了偶联剂，从而增加PC树脂与玻璃纤维间的界面结合力，提高复合材料的力学性能。
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玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法和用途。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明通过在聚碳酸酯中加入少量的流动改性剂，大幅度提高聚碳酸酯的加工流动性，改善聚碳酸酯对玻璃纤维的浸润性，而且还使用了偶联剂，从而增加PC树脂与玻璃纤维间的界面结合力，提高复合材料的力学性能。另外，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，主要应用于笔记本电脑外壳。
一种玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料，由包含以下重量份的组分制成：
所述的聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯。
所述的流动改性剂为EMI-200、EMI-300（低分子量苯乙烯-丙烯腈共聚物，南通日之升高分子新材料科技有限公司）或CBT100（环形对苯二甲酸丁二醇酯，美国Cyclics公司）。
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。
所述的玻璃纤维布为无碱玻璃纤维布。
一种上述玻璃纤维布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、1～15份流动改性剂、0.1～1.0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。
一种上述玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料用作笔记本电脑外壳材料的用途。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明通过在聚碳酸酯中加入少量的流动改性剂，大幅度提高聚碳酸酯的加工流动性，改善聚碳酸酯对玻璃纤维的浸润性，而且还使用了偶联剂，从而增加PC树脂与玻璃纤维间的界面结合力，提高复合材料的力学性能。
（2）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，主要应用于笔记本电脑外壳，玻璃纤维增强PC复合材料不仅具有极好力学性能、高的耐热性、好的尺寸稳定性和抗腐蚀性，而且其散热性能也比PC/ABS合金材料较好，热量分散比较均匀
附图说明
图1为本发明实施例中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：
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
（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份低分子量苯乙烯-丙烯腈共聚物EMI-200、0.1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玻璃纤维布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弯曲性能按照GB/T1449-2005测试，层间剪切强度按照GB/T1450.1-2005测试，测试结果见表1。
实施例2
（1）通过吹塑制得聚碳酸酯薄膜：将包含有55份聚碳酸酯、4.5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玻璃纤维布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弯曲性能按照GB/T1449-2005测试，层间剪切强度按照GB/T1450.1-2005测试，测试结果见表1。
实施例3
（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、8份低分子量苯乙烯-丙烯腈共聚物EMI-300、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玻璃纤维布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弯曲性能按照GB/T1449-2005测试，层间剪切强度按照GB/T1450.1-2005测试，测试结果见表1。
实施例4
（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、11.5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弯曲性能按照GB/T1449-2005测试，层间剪切强度按照GB/T1450.1-2005测试，测试结果见表1。
实施例5
（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、15份低分子量苯乙烯-丙烯腈共聚物EMI-200、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玻璃纤维布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弯曲性能按照GB/T1449-2005测试，层间剪切强度按照GB/T1450.1-2005测试，测试结果见表1。
实施例6
（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低分子量苯乙烯-丙烯腈共聚物EMI-300、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玻璃纤维布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弯曲性能按照GB/T1449-2005测试，层间剪切强度按照GB/T1450.1-2005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） 856 817 790 766 745 808
弯曲模量（GPa） 26.5 26.0 24.8 23.3 21.4 25.9
层间剪切强度（MPa） 54.3 59.3 65.0 67.9 69.9 61.8
对比实施例1
称取100份聚碳酸酯经过双螺杆挤出机，挤出，造粒，测试性能，性能见表2。
对比实施例2
（1）称取100份聚碳酸酯、3份环形对苯二甲酸丁二醇酯CBT100、0.2份抗氧剂1010，充分混合均匀；
（2）将（1）中的混合料经过双螺杆挤出机，挤出，造粒，测试性能，性能见表2。
对比实施例3
（1）称取100份聚碳酸酯、7份低分子量苯乙烯-丙烯腈共聚物EMI-200、0.2份抗氧剂1010，充分混合均匀；
（2）将（1）中的混合料经过双螺杆挤出机，挤出，造粒，测试性能，性能见表2。
对比实施例4
（1）称取100份聚碳酸酯、12份低分子量苯乙烯-丙烯腈共聚物EMI-300、0.2份抗氧剂1010，充分混合均匀；
（2）将（1）中的混合料经过双螺杆挤出机，挤出，造粒，测试性能，性能见表2。
表2
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。从表1中可知，本发明上述实施例制备的产品适合用作笔记本外壳的用途。
从表2中对比例1-4的性能测试数据中可以看出，流动改性剂对聚碳酸酯的熔融指数影响很大，但是当流动改性剂含量过多后，会大大降低聚碳酸酯的强度和冲击性能。
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)

1.一种玻璃纤维布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所述的玻璃纤维布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。
3.根据权利要求1所述的玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述的流动改性剂为低分子量苯乙烯-丙烯腈共聚物或环形对苯二甲酸丁二醇酯。
4.根据权利要求1所述的玻璃纤维布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所述的玻璃纤维布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所述的玻璃纤维布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所述的玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维布为无碱玻璃纤维布。
8.一种上述权利要求1-7中任一所述的玻璃纤维布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、1～15份流动改性剂、0.1～1.0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，得到玻璃纤维布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；
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。
10.一种上述权利要求1-7中任一所述的玻璃纤维布增强聚碳酸酯复合材料用作笔记本电脑外壳材料的用途。
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