CN104497464A - 一种高刚性高流动性聚苯乙烯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于聚苯乙烯材料技术领域，公开了一种高刚性高流动性聚苯乙烯组合物及其制备方法和应用。该聚苯乙烯组合物包括以下质量百分数的组分：高冲聚苯乙烯65～80％；透明聚苯乙烯15～25％；矿物填料5～10％；助剂0～8％；所述高冲聚苯乙烯的融指(200℃，5Kg)为3～6g/min，橡胶粒径为0.5～3μm。该组合物优选特殊橡胶粒径的高冲聚苯乙烯，及合适分子量和橡胶尺寸及分布的增韧剂，具有高刚性及高流动性，可直接成型复杂结构音箱，并通过加入矿物填料，提高材料密度，提高产品的尺寸稳定性、隔音效果，同时保持力学性能，可广泛应用于视听设备领域中，特别适用于制备音箱中，可获得优异低音音质。

Description

一种高刚性高流动性聚苯乙烯组合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于聚苯乙烯材料技术领域，特别涉及一种高刚性高流动性聚苯乙烯组合物及其制备方法和应用。

背景技术

有人曾比喻音箱是音响设备的喉舌，分频器是心肺，而箱体却是骨架，它是支撑起整个扬声器系统的结构。可见箱体对音箱的品质有很大的作用。箱体材料的材质和箱体的形状、尺寸都影响到箱体对音质的体现。其中箱体材料的加工性能又直接影响箱体的形状，因此箱体材料的材质是最重要的因素，选择材料对箱体的制作非常重要。

制作音箱箱体所用材料有木质材料、无机材料、合成树脂材料和复合材料等。音箱的主要目的是希望改善扬声器的低频辐射特性。音箱的主要作用是相当于一块障板，防止前后辐射的两列波干涉抵消。理想状态为障板本身不要有声波辐射。事实上，扬声器装入音箱后，音箱的壁面由于受到箱内声波的激励而振动，辐射声波，特别是装有扬声器的面板，由于流过音圈的电流与磁场的相互作用，使音圈受力运动，同时，磁缸受到音圈的一个周期的反作用力，通过盆架传递到面板上，使得音箱的面板发生振动，尽管振动比较小，但是箱板的面积很大，所以，它辐射的声波的影响较大。

由于箱体和壁面的共振吸收，将部分声能转变为振动能，从而以它的固有的振动方式辐射声波，这是原来信号中没有的频率成分。如果这些须率成分不耗散，则整个声系统将被“染色”。也就是说，在一定条件下，如果音箱材料选择不好，音箱的结构不好，在扬声器输出功率较大时，会听到某些杂音，它的频率成分固定不变，它的存在使聆听者感到厌烦，它对音质的影响是不可忽视的。

获得不染色的扬声器重放的首要条件就是,扬声器辐射的声音只由振膜辐射/或由设置的辐射口(例如倒相式扬声器箱中的声管辐射口或指数式和传输线式扬声器箱中的声辐射口)来辐射，并能到达周围空间。如果箱体材料的刚性不够好，扬声器的箱壁会被激励而产生自振，致使箱壁或多或少地具有透声性，并有相当一部分的声能量穿过箱壁在外界空间中与扬声器直接辐射的声波发生反向干涉，结果引起扬声器箱的频响特性曲线不规则，使音质变坏。

总之，扬声器箱的自振和声波的透射都会引起声波的干涉和衍射，从而使扬声器的音质变坏。通常箱体材料的密度越大，输出声音信号时，箱体产生的振动感觉越小。

因此，希望扬声器所用的箱体材料具有如下性能:

(l)面密度大，隔声性能好，不容易起震；

(2)杨氏模量大，刚性大；

(3)内部损耗大，有利于阻尼(吸震能力)，声阻抗尼等于材料的密度和材料的声速之间的乘积；

(4)制作扬声器箱后，内部吸声性好；

(5)弯曲及收缩小，长期使用不会产生裂缝；

(6)易于加工。

以往所用的木质材料，音响特性虽然良好，但不能随意制作所希望的形状，且装配需要极高的技术。树脂类材料成形加工容易，质量稳定，也容易制成所需形状，但价格昂贵。目前，价格较便宜的树脂音箱材料有丙烯-乙烯嵌段共聚物。该树脂耐冲击性好，但刚性欠佳。聚丙烯均聚体较之丙烯-乙烯嵌段共聚物，刚性虽稍有改善，但耐冲击性变差，不适合作音箱外装饰材料。向丙烯-乙烯嵌段共聚物中添加填充材料，刚性虽能提高，但音响特性(损耗系数)变差。也有尝试使材料泡沫化以提高防振性能，但因材料轻量化，扬声器的振动会引起箱体自振，导致音质变差。

专利申请CN201310651315.8公开了一种高刚性聚苯乙烯材料，该材料包含高抗冲聚苯乙烯、通用级聚苯乙烯、稳定剂、白油和染料。CN201210051335.7公开了高耐热高刚性环保型聚苯乙烯树脂组合物及其制备方法，通过添加SMA树脂提高耐热性能。CN201310467987.3提供了一种不影响材料的力学性能的聚苯乙烯碳酸钙填充改性材料以及其制备方法，通过加入碳酸钙改善材料力学性能。CN201310171145.3公开了一种聚苯乙烯塑料板，通过添加剂提高聚苯乙烯塑料板韧性和机械强度，这些添加剂包括：填充剂、促进剂以及增强剂等。但是上述现有研究仍存在刚度或制品的尺寸精度不够等缺陷。

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高刚性高流动性聚苯乙烯组合物，该组合物具有高刚性及高流动性，且声阻尼性高，同时又不会降低其力学性能，用于制备音箱中，可获得优异低音音质。

本发明另一目的在于提供一种上述高刚性高流动性聚苯乙烯组合物的制备方法。该方法生产工艺简单，通过透明聚苯乙烯和高冲击聚苯乙烯材料复配，筛选出合适的橡胶尺寸的高冲击聚苯乙烯，可获得性能优异的组合物。

本发明再一目的在于提供上述高刚性高流动性聚苯乙烯组合物在视听设备领域中的应用，特别适用于音箱制备中。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种高刚性高流动性聚苯乙烯组合物，包括以下质量百分数的组分：

本发明所述的HIPS优选其融指(200℃，5Kg)为3～6g/min，橡胶粒径为0.5～3μm。

本发明所述的GPPS无特别限制，本领域已知常用的GPPS均可。

本发明所述的助剂可为本领域常用的任意助剂，如增韧剂、分散剂、润滑剂等。优选地，本发明所述的助剂为增韧剂、分散剂和润滑剂中的至少一种。

为了进一步更好地实现本发明，所述的增韧剂优选为苯乙烯-丁二烯橡胶，其分子量优选1.0～2.0×10⁵，其中的苯乙烯与丁二烯的比例更优选为：40/60或30/70。

本发明所述的矿物填料并无特别限制，本领域已知使用的矿物填料均可，优选为滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中的至少一种。为了更好地实现本发明，所述矿物填料的粒径分布优选为0.5～5μm，更优选地95％以上为0.5～1μm。

在不影响本发明的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物性能效果的前提下，可进一步包含以下添加物中的至少一种：阻燃剂、抗静电剂、抗氧剂和光稳定剂等。

本发明还提供了一种上述高刚性高流动性聚苯乙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：将高冲聚苯乙烯(HIPS)、透明聚苯乙烯(GPPS)、矿物填料、助剂混合后，经双螺杆挤出机挤出造粒，得到高刚性高流动性聚苯乙烯组合物。

上述挤出造粒等采用本领域常规工艺条件即可。

本发明的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物具有高刚性及高流动性，且声阻尼性高，同时保持了其力学性能，可广泛应用于视听设备领域中，特别适用于制备音箱中，可获得优异低音音质。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：

(1)本发明的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物通过加入矿物填料，提高材料密度，提高产品的尺寸稳定性、隔音效果，使利用该组合物制备成型的音箱具有良好的低音效果。

(2)本发明的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物由于具有优异的流动性，可直接成型复杂结构音箱，减少木质板材的使用，节能环保。

(3)本发明的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物可添加各种助剂，可获得优异的性能。

(4)本发明的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物优选特殊橡胶粒径的高冲聚苯乙烯，并优选合适分子量和橡胶尺寸及分布的增韧剂，从而实现本发明组合物的优异性能。

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。

实施例1：高刚性高流动性聚苯乙烯组合物的制备

将71wt％的高冲聚苯乙烯(HIPS，200℃，5Kg的融指为4g/min，橡胶粒径为0.5μm)、15wt％透明聚苯乙烯、10wt％矿物填料(碳酸钙和滑石粉，粒径为0.5～1μm)和4wt％助剂(苯乙烯-丁二烯橡胶增韧剂，分子量为1.0×10⁵，其中苯乙烯与丁二烯的比例为：40/60)放入转速约为1000rpm的高速混合机中混合3min，再投入双螺杆挤出机中，温度控制在：230℃，螺杆转速450rpm，挤出造粒，即得到高刚性高流动性聚苯乙烯组合物。

实施例2：高刚性高流动性聚苯乙烯组合物的制备

将65wt％的高冲聚苯乙烯(HIPS，200℃，5Kg的融指为3～6g/min，橡胶粒径为1μm)、25wt％透明聚苯乙烯、5wt％矿物填料(滑石粉，粒径为0.5～1μm)和5wt％助剂(苯乙烯-丁二烯橡胶增韧剂，分子量为2.0×10⁵，其中苯乙烯与丁二烯的比例为：30/70)放入转速约为1000rpm的高速混合机中混合3min，再投入双螺杆挤出机中，温度控制在：230℃，螺杆转速450rpm，挤出造粒，即得到高刚性高流动性聚苯乙烯组合物。

实施例3：高刚性高流动性聚苯乙烯组合物的制备

将70wt％的高冲聚苯乙烯(HIPS，200℃，5Kg的融指为6g/min，橡胶粒径为3μm)、12wt％透明聚苯乙烯、10wt％矿物填料(滑石粉，粒径为0.5～1μm)和8wt％助剂(苯乙烯-丁二烯橡胶增韧剂，分子量为2.0×10⁵，其中苯乙烯与丁二烯的比例为：40/60)放入转速约为1000rpm的高速混合机中混合3min，再投入双螺杆挤出机中，温度控制在：230℃，螺杆转速450rpm，挤出造粒，即得到高刚性高流动性聚苯乙烯组合物。

实施例4：高刚性高流动性聚苯乙烯组合物的制备

将80wt％的高冲聚苯乙烯(HIPS，200℃，5Kg的融指为3g/min，橡胶粒径为0.5μm)、15wt％透明聚苯乙烯、5wt％矿物填料(滑石粉和碳酸钙，粒径为3～5μm)放入转速约为1000rpm的高速混合机中混合3min，再投入双螺杆挤出机中，温度控制在：230℃，螺杆转速450rpm，挤出造粒，即得到高刚性高流动性聚苯乙烯组合物。

实施例5：高刚性高流动性聚苯乙烯组合物的制备

将67wt％的高冲聚苯乙烯(HIPS，200℃，5Kg的融指为4g/min，橡胶粒径为0.5μm)、22wt％透明聚苯乙烯、8wt％矿物填料(滑石粉，粒径0.5～1μm)和3wt％助剂(苯乙烯-丁二烯橡胶增韧剂，分子量为2.0×10⁵，其中苯乙烯与丁二烯的比例为：30/70)放入转速约为1000rpm的高速混合机中混合3min，再投入双螺杆挤出机中，温度控制在：230℃，螺杆转速450rpm，挤出造粒，即得到高刚性高流动性聚苯乙烯组合物。

实施例6：对比例

将71wt％的高冲聚苯乙烯(HIPS，200℃，5Kg的融指为3g/min，橡胶粒径为3μm)、15wt％透明聚苯乙烯、10wt％矿物填料(滑石粉，粒径10μm)和4wt％助剂(苯乙烯-丁二烯橡胶增韧剂，增韧剂分子量为3.0×10⁵，其中苯乙烯与丁二烯的比例为：20/80，可添加分散剂和润滑剂中的至少一种)放入转速约为1000rpm的高速混合机中混合3min，再投入双螺杆挤出机中，温度控制在：230℃，螺杆转速450rpm，挤出造粒，即得到高刚性高流动性聚苯乙烯组合物。

实施例7：高刚性高流动性聚苯乙烯组合物的性能测试

对实施例1～5制备得到的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物及对比例的组合物进行性能测试，测试标准及条件如下，结果见表1。

熔体质量流动速率：ISO1133-91(200℃，5Kg)；

拉伸强度：ISO527/2-93(50mm/min)；

弯曲强度：ISO178-93(2mm/min)；

弯曲模量：ISO178-93(2mm/min)；

悬臂梁缺口冲击强度：ISO180-93(4mm，23℃)；

低音效果：测试人员感觉。

表1 高刚性高流动性聚苯乙烯组合物的性能指标

由表1可见，本发明的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物优选使用了具有特定的高冲聚苯乙烯及合适分子量和橡胶尺寸及分布的增韧剂，从而在保持原有力学性能的前提下具有优异的流动性，可直接成型复杂结构音箱，减少木质板材的使用，节能环保。通过加入矿物填料，提高材料密度，提高产品的尺寸稳定性、隔音效果，使利用该组合物制备成型的音箱具有良好的低音效果，且可添加各种助剂，获得优异的性能。

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 (10)

1.一种高刚性高流动性聚苯乙烯组合物，其特征在于包括以下质量百分数的组分：

所述高冲聚苯乙烯的融指(200℃，5Kg)为3～6g/min，橡胶粒径为0.5～3μm。

2.根据权利要求1所述的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物，其特征在于：所述的助剂包括增韧剂、分散剂和润滑剂中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物，其特征在于：所述的增韧剂为苯乙烯-丁二烯橡胶。

4.根据权利要求3所述的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物，其特征在于：所述的苯乙烯-丁二烯橡胶的分子量为1.0～2.0×10⁵，其中的苯乙烯与丁二烯的比例为：40/60或30/70。

5.根据权利要求1所述的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物，其特征在于：所述的矿物填料包括滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物，其特征在于：所述的矿物填料的粒径分布为0.5～5μm。

7.根据权利要求1所述的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物，其特征在于：所述的矿物填料的粒径分布95％以上为0.5～1μm。

8.根据权利要求1所述的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物，其特征在于：还包括阻燃剂、抗静电剂、抗氧剂和光稳定剂中的至少一种。

9.一种根据权利要求1～8任一项所述的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将高冲聚苯乙烯、透明聚苯乙烯、矿物填料、助剂混合后，经双螺杆挤出机挤出造粒，得到高刚性高流动性聚苯乙烯组合物。

10.根据权利要求1～8任一项所述的高刚性高流动性聚苯乙烯组合物在视听设备领域中的应用。