CN105131557B - 一种晶须增强树脂复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种晶须增强树脂复合材料及制备方法，其组分及重量份为：PC/ABS混合树脂73‑88份，碳酸镁晶须5‑20份，偶联剂0.1‑0.14份，相容剂2‑4份，抗氧化剂0.2‑0.3份，润滑剂0.2‑0.4份。其制备方法是1）将碳酸镁晶须在偶联剂中浸润，然后将PC/ABS树脂和碳酸镁晶须分别干燥；2）将除碳酸镁晶须外的其他助剂与PC/ABS树脂混合均匀，然后与碳酸镁晶须通过螺杆挤出机挤出造粒，得到碳酸镁晶须增强的PC/ABS材料。本发明的材料采用无机矿物碳酸镁晶须作为增强助剂，降低对模具的损伤，可以达到高光效果。
Description
技术领域
本发明属于高分子树脂材料领域，具体涉及一种适用于电器外壳的晶须增强树脂复合材料及其制备方法。
背景技术
PC+ABS+GF材料，也即玻璃纤维增强PC/ABS合金，因具有高弯曲模量、低线性膨胀系数，且能够实现高光效果的优势，被广泛应用于电器外壳，尤其适用于一体机电视前壳。但由于材料中玻璃纤维的存在，模具需要不断抛光维护，易造成模具变形，注塑的产品外观质量下降，产生浮纤。
玻璃纤维为圆柱形结构，如图1所示，一般粒径在80μm左右，长度5-10mm左右，在注塑过程中，容易造成模具表面出现损伤，且由于玻纤长度较长，在注塑过程中与树脂基材的流动不一致，在模具表面温度低的情况下，玻纤在产品表面聚集，容易产生浮纤。在一体机前壳采用PC+ABS+GF材料，由于玻璃纤维硬度大，对模具的损伤较大，一个班次(12h)需要简单抛光维护3次，每次30min左右，容易造成模具变形，注塑的产品外观质量下降，产生浮纤，如果模具损伤状态严重，还需拆卸模具进行大修，浪费人力物力。
针对上述问题，在现有技术中并没有有效措施，只能通过提高模具钢材硬度来降低对玻纤对模具的损伤，但提高模具硬度会导致模具变脆，注塑一段时间，模具开裂的风险加大。
发明内容
为克服现有的玻璃纤维增强PC/ABS合金材料在注塑过程中，容易造成模具表面损伤，且容易产生浮纤的技术问题，本发明特别涉及了一种适用于电器外壳的晶须增强树脂复合材料及其制备方法。
一种晶须增强树脂复合材料，组分及重量份为：PC/ABS混合树脂73-88份，碳酸镁晶须5-20份，偶联剂0.1-0.14份，相容剂2-4份，抗氧化剂0.2-0.3份，润滑剂0.2-0.4份。
本发明的一种晶须增强树脂复合材料的制备方法，步骤为：1)将配方量的碳酸镁晶须在偶联剂中浸润，然后将PC/ABS树脂和碳酸镁晶须分别干燥；2)将除碳酸镁晶须外的其他助剂与PC/ABS树脂混合均匀，然后与碳酸镁晶须通过螺杆挤出机挤出造粒，得到碳酸镁晶须增强的PC/ABS材料。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明在树脂复合材料中填充碳酸镁晶须，由于碳酸镁晶须更容易在PC/ABS树脂基材中分散，区别于玻璃纤维在树脂基材流动方向上的分布，使用扁平碳酸镁晶须能够在树脂基材中呈多向分布，形成包裹树脂基材的网状结构。当有外界应力施加到晶须增强的PC/ABS上时，应力能够在晶须上传递，使得晶须界面上的树脂聚合物大分子链段运动受到阻碍，增加了PC/ABS的弯曲强度和弯曲模量，增强后的材料具有较高的抗变形能力。另外，由于晶须尺寸小，对模具的冲击比玻璃纤维小，可以有效的减少对模具的损伤，减少生产过程中对模具的抛光次数，提高生产效率，降低系统成本。
附图说明
图1.玻璃纤维的圆柱形结构示意图；
图2.普通矿物质的球体结构示意图；
图3.本发明的碳酸镁晶须的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。本发明所提到的比例、“份”，如果没有特别的标记，均以重量为准。
经研究发现，采用无机矿物添加助剂增强的材料，由于无机矿物的粒径小，与玻纤相比，能够更均匀的分散在树脂基材中，降低对模具的损害。此外由于矿粉的粒径小，与树脂基材的流动性一致，即使模具表面温度低，注塑的产品也能实现高光效果。但如图2所示，普通矿物质由于其为球体结构，当PC/ABS产生应力时，其对于应力的传递不能和玻璃纤维一样在整个长度上传递，因此，与玻纤增强材料相比，普通矿粉增强的材料方案力学性能下降大。
本发明采用碳酸镁晶须作为增强助剂，提供了一种晶须增强树脂复合材料，其组分及重量份为：PC/ABS混合树脂73-88份，碳酸镁晶须5-20份，偶联剂0.1-0.14份，相容剂2-4份，抗氧化剂0.2-0.3份，润滑剂0.2-0.4份，着色剂2-4份。
本发明在PC/ABS混合树脂中加入碳酸镁晶须，并使用偶联剂增加碳酸镁晶须和PC/ABS基体树脂之间的粘结力，使用相容剂增强PC、ABS、碳酸镁晶须及其他添加助剂之间的相容性，使用润滑剂改善PC/ABS与碳酸镁晶须的分散性，各组分配合使用使得本发明的树脂复合材料具有较高的弯曲强度和弹性模量，注塑制件的抗弯曲和变形能力强；具有较低的收缩率，注塑制件的尺寸稳定性高；具有较低的线性膨胀系数，注塑制件与电视装配后，随温度改变产生的形变小，不易与金属屏干涉发生开裂。
优选的碳酸镁晶须是扁平状结构，扁平度为3-6，横截面的长度为0.3-1.2μm，宽度为0.1-0.2μm，晶须长度为15-30μm，所述扁平度是指横截面上长度与宽度的比值。本发明采用的碳酸镁晶须，其长度和截面尺寸均比玻璃纤维小，理论上对于PC/ABS的增强程度会有所下降。但是由于扁平状碳酸镁晶须与PC/ABS流动一致，在基材中的分散维度上会更加自由，而不像玻璃纤维只能在基材流动方向上排布，如图3所示，扁平状碳酸镁晶须可以在树脂基材中呈多向分布，形成包裹树脂基材的网状结构，从而弥补了长度和粒径的减小对复合材料力学强度下降的影响。
若将碳酸镁晶须与PC/ABS简单的共混，增强作用有限，为了增加碳酸镁晶须和PC/ABS基体树脂之间的粘结力，需要采用偶联剂对碳酸镁进行浸润，提高晶须与PC/ABS的粘结强度。优选的偶联剂为YDH-151(乙烯基三乙氧基硅烷)、Y-氨丙基三乙氧基硅烷的一种或两种的混合物。
所述相容剂优选为SMA(苯乙烯-马来酸酐共聚物)、ABS-g-MAH(马来酸酐接枝ABS)的一种和两种混合物，采用SMA作为相容剂是因为SMA可以很好的与PC/ABS中的丙烯腈组分相容，且SMA还可以与经过浸润的碳酸镁晶须表面的亲水基团发生反应，增强PC/ABS与碳酸镁晶须的结合能力。
所述抗氧化剂优选为1010(四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)和626(双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯)的混合物，其中，1010为主，626为辅助，质量比为1-1.6:1，由于PC/ABS中含有丁二烯成分，丁二烯中的双键相对不太稳定，易发生氧化耐候性差，加入上述抗氧化剂可以防止PC/ABS树脂过早老化降解，提高其使用寿命。
所述润滑剂优选为EBS(N,N’-乙撑双硬脂酰胺)、马来酸二丁酯的一种或两种混合物，润滑剂能够改善PC/ABS与碳酸镁晶须的分散性，防止脱模时出现粘模，能够提高产品的光泽度。
另外为了使材料实现不同颜色效果，还需添加着色剂，本专利着色剂为有机颜料。
本发明的一种晶须增强树脂复合材料的制备方法，具体过程为：
1)将配方量的碳酸镁晶须在偶联剂中浸润25-30min；然后将PC/ABS树脂和碳酸镁晶须在75-80℃条件下分别干燥4-5h；
2)将除碳酸镁晶须外的其他助剂与PC/ABS树脂在高速混合机中混合均匀，然后与碳酸镁晶须通过螺杆挤出机挤出造粒，得到碳酸镁晶须增强的PC/ABS材料。
其中所述螺杆挤出机中螺杆长径比为37-45；一区温度：175-185℃，二区温度：185-195℃，三区温度：205-215℃，四区温度：215-225℃，五区温度：205-215℃，六区温度：195-205℃；螺杆的转速320-340r/min。
实施例1-7
按照下表中各组分的重量份数制备晶须增强树脂复合材料，其中PC：ABS的重量比为70:30。
将上述实施例1-7得到的晶须增强树脂复合材料注塑成标准样条，按照以下测试标准进行测试，结果如下：
从上述实验数据可知，碳酸镁晶须与PC/ABS树脂能够有效的结合在一起，起到增强作用，增强后的材料具有较高的弯曲模量和弯曲强度，材料抗变形能力强，增强效果明显，随着扁平碳酸镁晶须含量的增加，复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量均有增大的趋势，也即材料的刚性变大，而材料的线性膨胀系数与缺口冲击强度呈减小趋势，在使用时可以兼顾材料各项性能，选择合适的材料方案。此外，通过对比扁平碳酸镁晶须和圆柱型碳酸镁晶须标准样条的性能差别，可以得出扁平晶须的增强效果优于圆柱晶须。这是因为圆柱形晶须在其各个方向上具有一致性，而扁平晶须比圆柱形晶须更能形成“杂乱无章”的网状体系，能够更好的传递应力，从标准样条测试数据中可以看出，圆柱形晶须添加15％时，材料的各项性能还不及扁平晶须添加10％的水平。
对实施例1-7进行磨具损伤的实验，一个班次(12h)，仅需要对模具进行简单擦拭一次，耗时不到10min，相比使用PC+ABS+GF材料效率有较大提升，由于解决了频繁的抛光问题，提高的单工时产出，还可以降低生产系统成本。
综上所述，本发明采用扁平状无机矿物碳酸镁晶须作为增强助剂，具有以下特征：1)该材料可以降低对模具的损伤；2)该材料具有较小的线性膨胀系数；3)经肉眼观察，表面亮度均一，无晶须外露导致注塑产品的表面发白发乌，因此材料可以达到高光效果。
以上实施例仅是本发明若干种优选实施方式中的几种，应当指出，本发明不限于上述实施例；对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种晶须增强树脂复合材料，其特征在于，组分及重量份为：PC/ABS混合树脂73-88份，碳酸镁晶须5-20份，偶联剂0.1-0.14份，相容剂2-4份，抗氧化剂0.2-0.3份，润滑剂0.2-0.4份；所述碳酸镁晶须是扁平状结构，扁平度为3-6，横截面的长度为0.3-1.2μm，宽度为0.1-0.2μm，晶须长度为15-30μm。
2.根据权利要求1所述的一种晶须增强树脂复合材料，其特征在于，组分及重量份为：PC/ABS混合树脂78-88份，碳酸镁晶须5-15份，偶联剂0.1-0.12份，相容剂2-3份，抗氧化剂0.2-0.25份，润滑剂0.2-0.3份。
3.根据权利要求1或2所述的一种晶须增强树脂复合材料，其特征在于，所述偶联剂为YDH-151和/或Y-氨丙基三乙氧基硅烷。
4.根据权利要求1或2所述的一种晶须增强树脂复合材料，其特征在于，所述相容剂为SMA和/或ABS-g-MAH。
5.根据权利要求1或2所述的一种晶须增强树脂复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂为1010和626的混合物，其中1010为主，626为辅助，质量比为1-1.6:1。
6.根据权利要求1或2所述的一种晶须增强树脂复合材料，其特征在于，所述润滑剂为EBS和/或马来酸二丁酯。
7.根据权利要求1或2所述的一种晶须增强树脂复合材料，其特征在于，还包括着色剂2-4份，所述着色剂为有机颜料。
8.根据权利要求1所述的一种晶须增强树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤为：
1）将配方量的碳酸镁晶须在偶联剂中浸润，然后将PC/ABS树脂和碳酸镁晶须分别干燥；
2）将除碳酸镁晶须外的其他助剂与PC/ABS树脂混合均匀，然后与碳酸镁晶须通过螺杆挤出机挤出造粒，得到碳酸镁晶须增强的PC/ABS材料。
9.根据权利要求8所述的一种晶须增强树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述螺杆挤出机中螺杆长径比为37-45；一区温度：175-185℃，二区温度：185-195℃，三区温度：205-215℃，四区温度：215-225℃，五区温度：205-215℃，六区温度：195-205℃；螺杆的转速320-340 r/min。
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