CN105462095A - 一种玻纤增强as组合物及其制备方法 - Google Patents

一种玻纤增强as组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种玻纤增强AS组合物及其制备方法，一种玻纤增强AS组合物，包括如下重量份的组分：AS树脂：59-79份，玻璃纤维：10-30份，相容剂：5-10份，偶联剂：0.1-0.5份，助剂：0.1-1份；所述AS树脂为丙烯腈、苯乙烯的共聚物；所述玻璃纤维为长玻璃纤维或短切玻璃纤维的一种或几种的混合。本发明所述的玻纤增强AS组合物使用丙烯酸酯类聚合物或共聚物作为相容剂，可以有效改变玻璃纤维和树脂之间的界面状态，提高其界面的粘结力，从而提高复合材料的性能。

Description

一种玻纤增强AS组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，尤其是涉及一种玻纤增强AS组合物及其制备方法。
背景技术
玻纤增强塑料具有比强度高、耐腐蚀、隔热、成型收缩率小等优点。此外，利用玻纤增强可以使塑料的拉伸性能大幅度提高。玻璃纤维增强丙烯腈-苯乙烯(AS)树脂中加入玻璃纤维可增强AS树脂的强度和抗热变形能力，还可减小AS树脂的热膨胀系数。
AS因其具有良好的加工性能、尺寸稳定性和拉伸强度在家用电器领域具有良好的应用价值，如空调中的轴流、贯流和离心风扇叶等。玻纤增强AS制件的性能直接影响到空调器的质量，与大家的日常生活息息相关。
玻璃纤维增强AS的力学性能很大程度上取决于AS和玻璃纤维的黏结强度，由于树脂和玻纤的界面粘接较差，不能充分发挥玻纤的增强作用，形成的复合材料强度，韧性，耐热性等性能较差。
因此，开发出一种玻纤增强AS复合材料显得尤为重要，具有巨大的市场空间。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种玻纤增强AS组合物及其制备方法，可以有效改变玻璃纤维和树脂之间的界面状态，提高其界面的粘结力，从而提高复合材料的性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种玻纤增强AS组合物，包括如下重量份的组分：
所述AS树脂为丙烯腈、苯乙烯的共聚物；
所述玻璃纤维为长玻璃纤维或短切玻璃纤维的一种或几种的混合。
优选的，所述长玻璃纤维为无碱玻璃纤维，直径为10-16μm；所述短切玻璃纤维的长度为0.2-10mm，直径为8-20μm。
玻纤增强材料因为是由玻璃纤维和合成树脂所构成的复合体，两种材质差异较大，彼此混合后存在相容的问题，利用丙烯酸酯类聚合物或共聚物具有高极性的特点，配方中添加丙烯酸酯类聚合物或共聚物可以改变玻璃纤维和树脂之间的界面状态，提高其界面的粘结力，从而提高复合材料的性能。
进一步，所述的相容剂为丙烯酸酯类聚合物或共聚物。
进一步，所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
优选的，所述的硅烷偶联剂为氨基型硅烷偶联剂。
优选的，所述的基型硅烷偶联剂含有的氨基数目为2个或2个以上。
对于玻纤增强AS体系，选择氨基型硅烷偶联剂比较合适，这是因为氨基为极性，可以与AS树脂相容，并且氨基可以和丙烯腈起偶联反应。另外，双氨基型或多氨基型的硅烷偶联剂，其催化活性更高，更加有利于提高复合材料的力学性能。
所述的助剂为热稳定剂、光稳定剂、加工助剂、色粉或颜料中的一种或两种以上。热稳定剂可以提高材料在加工和使用过程中的耐热老化性能，通常可选自酚类、亚磷酸酯类、硫代酯类中的一种以上。光稳定剂可以提高材料在使用过程中的耐光老化性能，可为受阻胺类或紫外线吸收剂。加工助剂为低分子酯类硬脂酸、金属皂(Cast、Znst)、硬脂酸复合酯或酰胺类(芥酸酰胺)中的一种以上。
一种所述的玻纤增强AS组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将AS树脂、玻璃纤维、相容剂、偶联剂和助剂在高混机里混合1-3min；混合均匀，得到预混料；
(2)将预混料置于双螺杆挤出机的主喂料口中，从侧喂料口加入玻璃纤维，进行熔融挤出，造粒干燥，即得。
进一步，所述的熔融挤出的条件为：一区温度180-210℃，二区温度190-220℃，三区温度190-230℃，四区温度190-240℃，五区温度190-240℃，六区温度190-240℃，七区温度190-240℃，八区温度190-240℃，九区温度190-240℃，主机转速250-600转/分钟。
进一步，所述的双螺杆挤出机的长径比为40:1。
相对于现有技术，本发明所述的玻纤增强AS组合物及其制备方法具有以下优势：
(1)本发明所述的玻纤增强AS组合物使用丙烯酸酯类聚合物或共聚物作为相容剂，可以有效改变玻璃纤维和树脂之间的界面状态，提高其界面的粘结力，从而提高复合材料的性能。
(2)本发明所述的玻纤增强AS组合物使用的硅烷偶联剂为氨基型硅烷偶联剂，尤其是使用含有2个氨基或多个氨基的氨基型硅烷偶联剂，其活性更高，更加有效的增强了玻璃纤维和树脂之间的粘合强度，从而使得复合材料的力学性能大幅提高。
具体实施方式
除非另外说明，本文中所用的术语均具有本领域技术人员常规理解的含义，为了便于理解本发明，将本文中使用的一些术语进行了下述定义。
所有的数字标识，例如pH、温度、时间、浓度，包括范围，都是近似值。要了解，虽然不总是明确的叙述所有的数字标识之前都加上术语“约”。同时也要了解，虽然不总是明确的叙述，本文中描述的试剂仅仅是示例，其等价物是本领域已知的。
本发明中，AS树脂选自台湾台化的NF2200，长玻纤选自巨石集团的ER13-2000-988A，其纤维直径为13μm，线密度为2000tex；短玻纤选自ShenzhenYataida公司的ECS-13-4.5系列，其玻璃纤维的长度为4.5mm，直径为13μm；相容剂选自台湾奇美的PMMACM-207；硅烷偶联剂选自中国科学院的KH-550，KH-560和KH-602；抗静电剂选自三洋化成的PELESTAT6500。
实施例和对比例得到的抗静电玻纤增强AS复合材料采用ISO标准测试其相关性能：抗静电性按照GB/T1410-2006测试其表面电阻率。
下面结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供实施例1-6和对比例1-6，其中，实施例1-6与对比例6的制备方法相同，具体步骤如下：
一种玻纤增强AS组合物，其组分配方如表1所示。
一种所述的玻纤增强AS组合物的制备方法包括如下步骤：
(1)将下表1中列出的重量份分别称取各实施例中的AS树脂、玻璃纤维、相容剂、偶联剂和助剂在高混机里混合1-3min；混合均匀，得到预混料；
(2)将预混料置于双螺杆挤出机的主喂料口中，从侧喂料口加入玻璃纤维，进行熔融挤出，造粒干燥，即得。测定其性能，具体数据列于表3。
以下实施例和对比例中，挤出机熔融挤出的加工条件如下：一区温度180-210℃，二区温度190-220℃，三区温度190-230℃，四区温度190-240℃，五区温度190-240℃，六区温度190-240℃，七区温度190-240℃，八区温度190-240℃，九区温度190-240℃，主机转速250-600转/分钟；双螺杆挤出机的长径比为40:1。
对比例1-3的制备方法相同，具体步骤如下：
一种玻纤增强AS组合物，其组分配方如表1所示。
一种所述的玻纤增强AS组合物的制备方法包括如下步骤：
(1)将下表1中列出的重量份分别称取各对比例中的AS树脂、玻璃纤维、相容剂和助剂在高混机里混合1-3min；混合均匀，得到预混料；
(2)将预混料置于双螺杆挤出机的主喂料口中，从侧喂料口加入玻璃纤维，进行熔融挤出，造粒干燥，即得。测定其性能，具体数据列于表3。
以下实施例和对比例中，挤出机熔融挤出的加工条件如下：一区温度180-210℃，二区温度190-220℃，三区温度190-230℃，四区温度190-240℃，五区温度190-240℃，六区温度190-240℃，七区温度190-240℃，八区温度190-240℃，九区温度190-240℃，主机转速250-600转/分钟；双螺杆挤出机的长径比为40:1。
对比例4
一种玻纤增强AS组合物，其组分配方如表1所示。
一种所述的玻纤增强AS组合物的制备方法包括如下步骤：
(1)将下表1中列出的重量份分别称取AS树脂、玻璃纤维、偶联剂和助剂在高混机里混合1-3min；混合均匀，得到预混料；
(2)将预混料置于双螺杆挤出机的主喂料口中，从侧喂料口加入玻璃纤维，进行熔融挤出，造粒干燥，即得。测定其性能，具体数据列于表3。
以下实施例和对比例中，挤出机熔融挤出的加工条件如下：一区温度180-210℃，二区温度190-220℃，三区温度190-230℃，四区温度190-240℃，五区温度190-240℃，六区温度190-240℃，七区温度190-240℃，八区温度190-240℃，九区温度190-240℃，主机转速250-600转/分钟；双螺杆挤出机的长径比为40:1。
对比例5
一种玻纤增强AS组合物，其组分配方如表1所示。
一种所述的玻纤增强AS组合物的制备方法包括如下步骤：
(1)将下表1中列出的重量份分别称取AS树脂、玻璃纤维和助剂在高混机里混合1-3min；混合均匀，得到预混料；
(2)将预混料置于双螺杆挤出机的主喂料口中，从侧喂料口加入玻璃纤维，进行熔融挤出，造粒干燥，即得。测定其性能，具体数据列于表3。
以下实施例和对比例中，挤出机熔融挤出的加工条件如下：一区温度180-210℃，二区温度190-220℃，三区温度190-230℃，四区温度190-240℃，五区温度190-240℃，六区温度190-240℃，七区温度190-240℃，八区温度190-240℃，九区温度190-240℃，主机转速250-600转/分钟；双螺杆挤出机的长径比为40:1。
表1实施例1-6和对比例1-6按重量份计的各组分用量
表2实施例和对比例中所用的硅烷偶联剂规格
表3实施例和对比例的玻纤增强AS组合物的性能数据
由实施例1和对比例1，实施例2和对比例2，实施例3与对比例3，对比可以看出，添加硅烷偶联剂后，复合材料的力学性能显著提高，这是因为通过使用硅烷偶联剂，能改善玻璃纤维和树脂的粘合性能，从而提高复合材料的性能。可以用化学键理论来解释这一现象，该理论认为：硅烷偶联剂含有两种不同的化学官能团，其一端(X基团)与无机材料，如玻璃纤维、硅酸盐、金属氧化物等表面的硅醇基团反应生成共价键；另一端(Y基团)又与高聚物基料或树脂生成共价键，从而在无机物质和有机物质的界面之间架起“分子桥”，进而将两种不相容的材料偶联起来。另外，用合适的硅烷偶联剂处理玻璃纤维表面，会提高其表面张力，从而促使有机树脂能在无机物表面的浸润与展开，改善玻纤的集束性和加工性能。
由实施例3与实施例4与实施例5对比可以看到，使用氨基型硅烷偶联剂，其偶联效果要优异于普通型的硅烷偶联剂的偶联效果，特别的是，使用双氨基型硅烷偶联剂，其偶联效果更佳优异，更有利于提高复合材料力学性能。
由实施例4与对比例4，实施例5与对比例5，对比可以看出：配方中添加相容剂可以有效改善复合材料的性能，这是因为玻纤增强材料因为是由玻璃纤维和合成树脂所构成的复合体，两种材质差异较大，彼此混合后存在相容的问题。而聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)具有高极性，可以改变玻璃纤维和树脂之间的界面状态，提高其界面的粘结力，从而提高复合材料的性能。而且使用硅烷偶联剂和相容剂复配的方式，复合性能的力学性能更为优异。
另外，从实施例6和对比例6对比可以看到，当偶联剂用量过大，复合材料的综合力学性能反而稍有降低。这是因为在玻纤增强AS复合材料中真正起到偶联剂作用的是偶联剂分子在玻璃纤维表面形成的单分子层，因此过多的添加偶联剂是不必要的。当偶联剂用量较少，随着用量的增加，拉伸强度与冲击强度会有一定程度的提高；当偶联剂的用量过量时，这种过量的添加是多余的，并且会对材料的性能造成负面影响，导致材料的性能出现下降。
从实施例中可以看出，使用本发明生产的玻纤增强AS复合材料，其力学性能和热性能非常优异。如实施例5中的20份玻纤增强AS复合材料，其拉伸强度比市面上的材料从100-110MPa提升到了130-140MPa，其冲击强度比市场上的材料从5.5-6.5KJ/m2提升到了8-9KJ/m2等等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种玻纤增强AS组合物，其特征在于：包括如下重量份的组分：
所述AS树脂为丙烯腈、苯乙烯的共聚物；
所述玻璃纤维为长玻璃纤维或短切玻璃纤维的一种或几种的混合。
2.根据权利要求1所述的玻纤增强AS组合物，其特征在于：所述的相容剂为丙烯酸酯类聚合物或共聚物。
3.根据权利要求1所述的玻纤增强AS组合物，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
4.根据权利要求3所述的玻纤增强AS组合物，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为氨基型硅烷偶联剂。
5.根据权利要求4所述的玻纤增强AS组合物，其特征在于：所述的基型硅烷偶联剂含有的氨基数目为2个或2个以上。
6.权利要求1-5中任一项所述的玻纤增强AS组合物的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将AS树脂、玻璃纤维、相容剂、偶联剂和助剂在高混机里混合1-3min；混合均匀，得到预混料；
(2)将预混料置于双螺杆挤出机的主喂料口中，从侧喂料口加入玻璃纤维，进行熔融挤出，造粒干燥，即得。
7.根据权利要求6所述的玻纤增强AS组合物的制备方法，其特征在于：所述的熔融挤出的条件为：一区温度180-210℃，二区温度190-220℃，三区温度190-230℃，四区温度190-240℃，五区温度190-240℃，六区温度190-240℃，七区温度190-240℃，八区温度190-240℃，九区温度190-240℃，主机转速250-600转/分钟。
8.根据权利要求6或7所述的玻纤增强AS组合物的制备方法，其特征在于：所述的双螺杆挤出机的长径比为40:1。
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