CN104817813A - 一种abs复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ABS复合材料及其制备方法，本发明通过调整配方，采用ABS树脂、马来酸酐接枝ABS树脂和环氧树脂复配作为树脂基体，通过添加碳纤维和玻璃纤维，来增强增韧，改善ABS的力学性能和导热性能等，有效克服了现有技术填充ABS树脂力学性能、导热性能二者不能兼顾的以往技术的缺点，制备了一种力学性能和导热性能够同时得到提高的ABS复合材料，适合用来制造薄壁化、轻量化的电子/电气产品，可极大扩展ABS树脂材料的应用领域；且复合材料的原料成本低、制备工艺简单、适合于工业连续化生产，具有较好的社会效益和经济效益。

Description

一种ABS复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种ABS复合材料及其制备方法，属于高分子材料领域。

背景技术

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)是一种强度高、韧性好、化学性能稳定且电性能良好的高分子材料，易于成形加工，被广泛应用于冰箱内衬、电视机外壳、吸尘器、空调器、电话、仪表、计算机、复印机等电子电器工业中。随着社会发展和工业进步，电子元器件和电子设备越来越向着薄壁、轻量、小型化方面发展，因此对材料的刚性及导热性的要求越来越高。例如笔记本电脑要做的薄、轻、小，这就要求笔记本外壳材料、CPU材料以及各种集成电路板材料的模量高、刚性大，抵抗外力变形的能力强，才能减小厚度；还要导热性好，才能改善电脑散热问题，从而提高电脑的运行速度和稳定性。

而一般的ABS 树脂难以达到和保持所期望的机械性能和热学性能，所以，对材料的改进开发处于持续的研究中。研究发现，ABS与聚碳酸酯的复合材料能够有效改进ABS树脂的性能，但是限制这一技术应用的是：聚碳酸酯的价格很高，来源有限，工业化生产中并不适用。

有鉴于此，开发一种成本低、机械性能优良、强度高、导热好、耐老化的ABS复合材料意义非凡，具有极高的经济价值和社会效益。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种ABS复合材料，生产成本低、机械性能突出、强度高、导热好、耐老化。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种ABS复合材料，按重量份由以下组分组成：

ABS 树脂：30-40份；

环氧树脂：5-10份；

马来酸酐接枝ABS树脂：10-15份；

玻璃纤维：2-5份；

碳纤维：3-5份：

相容剂：3-5份；

紫外线吸收剂：0.1-1份；

填料：5-20份。

优选地，所述玻璃纤维为短切玻璃纤维，平均直径为10~13微米，平均长度为30-60微米。进一步优选地，所述玻璃纤维为硅烷偶联剂改性玻璃纤维，所述硅烷偶联剂为γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。

优选地，所述的碳纤维是短切碳纤维，平均长度为10-100微米。进一步优选地，所述的碳纤维是沥青基碳纤维。

相容剂，主要是为了使各组分可以更好的混合，可以是常用的任意相容剂，优选地，所述相容剂为ABS-g-MAH。

紫外线吸收剂，主要是为了增强合成材料的防老化性能，可以是常用的任意紫外线吸收剂，优选地，所述紫外线吸收剂选自2,4二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的任意一种。

优选地，所述的无机填料选自滑石粉、玻璃微珠、碳酸钙、硫酸钡、氧化镁、硫酸钙、硅石灰、云母粉、硅藻土和蒙脱土中的一种或一种以上。

本发明的另一方面，还提供了一种上述ABS 复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将原料：ABS树脂、环氧树脂、马来酸酐接枝ABS树脂、玻璃纤维和碳纤维充分干燥；

(2)按照配比称取各组分原料；

(3)将除碳纤维和玻璃纤维以外的各原料混合；

(4)将步骤(3)所得混合物料加入双螺杆挤出机料斗，将碳纤维和玻璃纤维于挤出机加纤口加入，熔融挤出造粒得到所述的ABS复合材料；其中熔融挤出温度为150~210℃。优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆直径为50mm，长径比44:1，熔融挤出过程中，一区的温度为150~170℃，二区的温度为170~180℃，三区温度为180~190℃，四区和五区均为190~200℃，六区的温度为200~210℃。当然也可以采用其他型号的挤出机，本领域技术人员可以根据需要对技术参数进行相应的调整。

本发明的有益效果是：

本发明采用ABS树脂、马来酸酐接枝ABS树脂和环氧树脂复配作为树脂基体，由于马来酸酐极性分子的可再反应性和强极性，可以有效提高基体与碳纤维和玻璃纤维的结合性能，促进碳纤维和玻璃的分散，有利于在材料内部形成导热通路。

沥青基碳纤维是以石油重油沥青、煤焦油沥青或萘系等稠环芳烃化合物为原料制备的碳纤维，按照性能可分为通用级沥青基碳纤维和高性能沥青碳纤维两类。高性能沥青碳纤维具有密度小、模量高(最高已达930GPa，达到理论值的91％)、导热性优异(热导率高达600～800W/(mK)，是金属中导热性最好的铜的1.5～2倍)、和热膨胀系数小等优点。利用沥青基碳纤维和玻璃纤维结合增强增韧ABS树脂所制备的复合材料，既能够大幅度提高ABS树脂的模量(刚性)和韧性，满足电子/电气制品薄壁化、轻量化的要求，同时又能够大幅度提高ABS树脂的导热性能。此外，由于沥青基碳纤维热膨胀系数极低，还能够提高ABS树脂制品的尺寸稳定性，有利于制造高精度尺寸的产品。

环氧树脂的加入也可以改善ABS树脂的尺寸稳定性和耐久性等。

本发明的技术方案，通过对复合工艺的调整、及各种助剂的选配等方面进行大量研究，做出改进，与现有技术相比，本发明有效克服了填充ABS树脂力学性能、导热性能二者不能兼顾的以往技术的缺点，制备了一种力学性能和导热性能够同时得到提高的ABS复合材料，适合用来制造薄壁化、轻量化的电子/ 电气产品，可极大扩展ABS树脂材料的应用领域。且复合材料的原料成本低、制备工艺简单、适合于工业连续化生产，具有较好的社会效益和经济效益。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。                                               

实施例1：

按照表1中各实施例的成分重量制备ABS复合材料，具体过程如下：

(1) 将原料ABS树脂、环氧树脂、马来酸酐接枝ABS树脂、短切玻璃纤维和沥青基碳纤维在80℃条件下鼓风干燥，使其中水分含量≤0.02%；其中所述短切玻璃纤维的平均直径为10~13微米，平均长度为30-60微米，干燥前先将其浸没在浓度为0.2%的γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂溶液中浸泡10min进行改性；其中所述碳纤维是沥青基短切碳纤维，平均长度为10-100微米；

(2) 按照配比称取各组分原料；

(3) 将除碳纤维和玻璃纤维以外的各原料加入捏合机高速混合；

(4) 将步骤(3)所得混合物料加入螺杆直径为50mm，长径比为44:1的双螺杆挤出机的料斗中，将碳纤维和玻璃纤维于挤出机加纤口加入，熔融挤出造粒得到所述的ABS复合材料；其中熔融挤出过程中，一区的温度为150℃，二区的温度为170℃，三区温度为180℃，四区和五区均为190℃，六区的温度为200℃。

实施例2：

按照表1 中各实施例的成分重量制备ABS复合材料，具体过程如下：

(1) 将原料ABS树脂、环氧树脂、马来酸酐接枝ABS树脂、短切玻璃纤维和沥青基碳纤维在85℃条件下鼓风干燥，使其中水分含量≤0.02%；其中所述短切玻璃纤维的平均直径为10~13微米，平均长度为30-60微米，干燥前先将其浸没在浓度为0.2%的γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂溶液中浸泡10min进行改性；其中所述碳纤维是沥青基短切碳纤维，平均长度为10-100微米；

(2) 按照配比称取各组分原料；

(3) 将除碳纤维和玻璃纤维以外的各原料加入捏合机高速混合；

(4) 将步骤(3)所得混合物料加入螺杆直径为50mm，长径比为44:1的双螺杆挤出机的料斗中，将碳纤维和玻璃纤维于挤出机加纤口加入，熔融挤出造粒得到所述的ABS复合材料；其中熔融挤出过程中，一区的温度为160℃，二区的温度为180℃，三区温度为185℃，四区温度190℃，五区温度为195℃，六区的温度为210℃。

实施例3：

按照表1 中各实施例的成分重量制备ABS复合材料，具体过程如下：

(1) 将原料ABS 树脂、环氧树脂、马来酸酐接枝ABS树脂、短切玻璃纤维和沥青基碳纤维在90℃条件下鼓风干燥，使其中水分含量≤0.02%；其中所述短切玻璃纤维的平均直径为10~13微米，平均长度为30-60微米，干燥前先将其浸没在浓度为0.2%的γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂溶液中浸泡10min进行改性；其中所述碳纤维是沥青基短切碳纤维，平均长度为10-100微米；

(2) 按照配比称取各组分原料；

(3) 将除碳纤维和玻璃纤维以外的各原料加入捏合机高速混合；

(4) 将步骤(3)所得混合物料加入螺杆直径为50mm，长径比为44:1的双螺杆挤出机的料斗中，将碳纤维和玻璃纤维于挤出机加纤口加入，熔融挤出造粒得到所述的ABS复合材料；其中熔融挤出过程中，一区的温度为170℃，二区的温度为175℃，三区温度为190℃，四区温度195℃，五区温度为195℃，六区的温度为205℃。

将实施例1-3中得到的ABS复合材料经过注射成型制得样条，同时以实施例1-3中用的原料ABS树脂作为对比例，也同样注射成型制得样条，按照国家标准GB13525/T-92 测试机械性能，按照GB1634 测试热稳定性和耐老化性能，具体的测试结果见表2。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种ABS复合材料，其特征在于，按重量份由以下组分组成：

ABS树脂：30-40份；

环氧树脂：5-10份；

马来酸酐接枝ABS树脂：10-15份；

玻璃纤维：2-5份；

碳纤维：3-5份：

相容剂：3-5份；

紫外线吸收剂：0.1-1份；

填料：5-20份。

2.根据权利要求1所述的ABS复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维为短切玻璃纤维，平均直径为10~13微米，平均长度为30-60微米。

3.根据权利要求2所述的ABS复合材料 ，其特征在于：所述玻璃纤维为硅烷偶联剂改性玻璃纤维，所述硅烷偶联剂为γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的ABS复合材料，其特征在于：所述的碳纤维是短切碳纤维，平均长度为10-100微米。

5.根据权利要求4所述的ABS复合材料，其特征在于：所述的碳纤维是沥青基碳纤维。

6.根据权利要求1所述的ABS复合材料，其特征在于：所述相容剂为ABS-g-MAH。

7.根据权利要求1所述的ABS复合材料，其特征在于：所述紫外线吸收剂选自2,4二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的ABS复合材料，其特征在于：所述的无机填料选自滑石粉、玻璃微珠、碳酸钙、硫酸钡、氧化镁、硫酸钙、硅石灰、云母粉、硅藻土和蒙脱土中的任意一种或一种以上。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的ABS复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将原料：ABS树脂、环氧树脂、马来酸酐接枝ABS树脂、玻璃纤维和碳纤维充分干燥；

(2)按照配比称取各组分原料；

(3)将除碳纤维和玻璃纤维以外的各原料混合；

(4)将步骤(3)所得混合物料加入双螺杆挤出机料斗，将碳纤维和玻璃纤维于挤出机加纤口加入，熔融挤出造粒得到所述的ABS复合材料；其中熔融挤出温度为150~210℃。

10.根据权利要求9所述的ABS复合材料的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的螺杆直径为50mm，长径比44:1，熔融挤出过程中，一区的温度为150~170℃，二区的温度为170~180℃，三区温度为180~190℃，四区和五区均为190~200℃，六区的温度为200~210℃。