CN105968678A - 一种自增强异型材及其制备方法和应用 - Google Patents

一种自增强异型材及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自增强异型材及其制备方法和应用，包括型材以及设置在型材型腔内的增强内衬，型材为ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材100份，增强内衬为增强苯乙烯基共聚物组合物材料5‑120份，所述增强苯乙烯基共聚物组合物材料包括组分：苯乙烯基共聚物25‑65份；增强剂30‑65份。其制备方法是先制备增强苯乙烯基共聚物组合物材料，然后采用主机与该主机垂直设计的辅机进行共挤，主机用于挤出ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材型材，辅机用于挤出增强苯乙烯基共聚物组合物材料，主机、辅机同时挤出，成型后冷却定型得到自增强异型材。本发明的自增强异型材可避免在运输，安装和使用过程中增强内衬与型材的剥离问题，且可低温成型，具有良好的生产稳定性和成型稳定性。

Description

一种自增强异型材及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及塑料型材技术领域，具体涉及一种自增强异型材及其制备方法和应用。
背景技术
PVC异型材广泛应用在建筑门窗，木塑地板，家具板材等方面，然而PVC材料本身刚度较低，抗变形能力差，在用作门窗材料时需加装钢衬。传统的金属钢衬虽能有效提高PVC异型材的抗变形能力，但是钢衬存在生产能耗高，耐腐蚀效果差，保温隔热，隔音效果差，材料密度大，焊角强度低的缺点，而且在型材安装时，工艺复杂，需要安装人员在施工现场将钢衬和塑钢型材固定，增加了门窗安装的装配工序。基于此种情况，相关企业推出以塑代钢的材料，取代传统钢材。塑料本身有着良好的隔热，耐腐蚀，轻量化的优点，然而未改性的塑料刚度与钢材差距太大，不能满足异型材抗变形的要求。
采用玻纤增强的手段，能大幅提高塑料的刚度，为此提供了一种解决方案，如CN102817529 B，CN 203066745 U，CN 202227876 U，CN 103075071 B等专利公开了一种以玻纤增强PBT，碳纤增强PBT，改性PBT中的任意一种为增强条，以PVC材料为基材的自增强型材，以替代常规的钢衬增强型材。但是在这些方案中，存在以下不足之处：（1）基材PVC与增强条PBT高温共挤容易造成PVC基材的分解发泡，碳化，从而产生型材变色，气味大；（2）增强条PBT与基材PVC的界面结合力差，在型材运输，安装和使用的过程中，由于碰撞和弯曲容易导致基材PVC和增强条PBT的剥离，这样就会大大降低增强条的增强作用，大大限制了其应用。CN 103147664 B公开了一种异型材共挤模头，通过在模具内部设置隔热层和内筋卡槽来解决PVC的糊料问题和相容性问题，虽然可以部分解决以上问题，但模具成本大大增加。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自增强异型材，该自增强异型材可避免在运输，安装和使用过程中增强内衬与型材的剥离问题，且可低温成型，具有良好的生产稳定性和成型稳定性。
本发明的另一个目的是在于提供上述自增强异型材的制备方法。
本发明通过下述技术方案来实现：
一种自增强异型材，包括型材以及设置在型材型腔内的增强内衬，所述型材为ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材，所述增强内衬为增强苯乙烯基共聚物组合物材料，其重量份数如下：
ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材 100份
增强苯乙烯基共聚物组合物材料 5份-120份
其中，所述增强苯乙烯基共聚物组合物材料按重量份数计，包括如下组分：
苯乙烯基共聚物 25-65份；
增强剂 30-65份；
所述ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材与增强苯乙烯基共聚物组合物材料的粘结力为700-1000 N，所述粘结力测试采用如下方法：将ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材注塑成2mm×10mm×100mm的样条，然后再把ASA、SAS、ABS、AS和/或AES样条放置在4mm×10mm×100mm的模具中二次注塑增强苯乙烯基共聚物组合物材料，得到ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材与增强苯乙烯基共聚物组合物材料的粘附体，最后通过Zwick公司的拉伸试验机来测试粘结力的大小。
所述增强苯乙烯基共聚物组合物材料的挤出温度区间为160-215℃。
所述苯乙烯基共聚物树脂在220℃，10kg载荷条件下的熔体流动速率为1 g/10min-80g/10min，为更易挤出成型，优选5 g/10min-20g/10min，更优选为10 g/10min-15g/10min。
所述苯乙烯基共聚物选自苯乙烯-丙烯腈共聚物AS、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物ABS、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物MABS、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物ASA、丙烯腈-三元乙丙橡胶-苯乙烯共聚物AES、丙烯腈-硅丙橡胶-苯乙烯共聚物SAS、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物MS中的一种或几种。
所述增强剂选自玻璃纤维、碳纤维，玄武岩纤维、滑石粉、硅灰石、晶须、玻璃微珠中的一种或几种，优选玻璃纤维，所述玻璃纤维的直径为6-20μm。
本发明所述增强苯乙烯基共聚物组合物材料，按重量份数计，还包括相容剂0.5-10份、偶联剂0.1-5.0份、加工助剂0.1-5.0份。
所述相容剂选自苯乙烯-丁二烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、丙烯酸酯树脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物树脂、苯乙烯-马来酸酐共聚物中的一种或几种；
所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂中的一种或几种；
所述加工助剂包括润滑剂或抗氧剂中的一种或几种。
所述润滑剂选自脂肪酸盐、脂肪酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、固体石蜡、液体石蜡、硬脂酸盐、硅酮、N,N'-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种。
所述抗氧剂为四[β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季茂四醇脂和三[2, 4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的混合物。
本发明所述的自增强异型材的制备方法，包括以下步骤：
（1）增强苯乙烯基共聚物组合物材料的制备：除增强剂外，按配比将增强苯乙烯基共聚物组合物材料的各原料加入高混机中混合均匀；将上述混合物料送入双螺杆挤出机中，其中增强剂通过第一排气孔或侧喂系统加入，熔融挤出造粒，即得增强苯乙烯基共聚物组合物材料；
（2）共挤成型：采用主机与该主机垂直设计的辅机进行共挤制备，主机用于挤出ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材，辅机用于挤出增强苯乙烯基共聚物组合物材料，主机、辅机同时挤出，成型后冷却定型得到自增强异型材。
步骤 （1）中，所述混合温度为20-50℃，转速为100-800转/分钟，混合时间为2-5分钟；所述双螺杆挤出机各段温度为200-240℃，双螺杆挤出机的长径比为36-48，螺杆转速为300-500转/分钟。
步骤 （2）中，所述主机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机各段温度为150-200℃；所述辅机为单螺杆挤出机，单螺杆挤出机各段温度为160-215℃。
优选的，所述主机为双螺杆挤出机，机头温度为175-195℃，机身一区温度为155-165℃，机身二区温度为165-175℃，机身三区温度为175-185℃，机身四区温度为175-185℃，螺杆转速为18-22rpm；所述辅机为单螺杆挤出机，机头温度为175-195℃，机身一区温度为160-165℃，机身二区温度为160-175℃，机身三区温度为175-185℃，机身四区温度为175-185℃，螺杆转速为18-22rpm。
本发明还提供了上述自增强异型材在建筑门窗、木塑地板或家具板材中的应用。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
（1）本发明采用的增强内衬为增强苯乙烯基共聚物组合物材料，其为无定形材料，型材采用ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材，由于增强内衬材料与型材具有更好的相容性，避免了自增强异型材在运输，安装和使用的过程中出现增强内衬材料与型材的剥离问题，可广泛应用于建筑门窗、木塑地板或家具板材中；
（2）本发明采用的增强内衬材料能在160-215℃温度范围内稳定的挤出，具有更宽的加工窗口，同时较低的成型温度也会大大降低能耗，更加环保；
（3）本发明采用的增强内衬材料具有更高的熔体强度，具有更优异的加工成型性能，从而大大提高成型的稳定性。
（4）在提供同样刚性的条件下，本发明的增强内衬材料密度更低，自增强共挤型材重量更轻，符合国家提倡的轻量化，低碳环保趋势。
附图说明：
图1为粘结力测试时，ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材与增强内衬的粘附体照片。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面通过实施例对本发明作进一步的说明，需要说明的是实施例并不构成对本发明保护范围的限制。
所用原材料如下：
ASA型材，ASA PW-997，台湾奇美；
AES型材，AES HW500E，韩国锦湖；
AS型材，SAN PN-137H，台湾奇美；
ABS型材，ABS AG10NP，台化；
SAS型材，DIALAC E259B，日本UMG；
AS苯乙烯-丙烯腈树脂，SAN PN-137H，台湾奇美，熔体流动速率12 g/10min；
AS苯乙烯-丙烯腈树脂，SAN NF-5，台化定制；熔体流动速率5 g/10min；
AS苯乙烯-丙烯腈树脂，SAN NF2200，台化，熔体流动速率35g/10min；
ABS 树脂，ABS AG10NP，台化；熔体流动速率6 g/10min；
PBT树脂，PBT 1200-211M，台湾长春；
ASA苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物，ASA PW-997，台湾奇美；熔体流动速率5g/10min；
玻璃纤维，ECS13-4.5-534A，桐乡巨石，直径为13μm。
马来酸酐苯乙烯共聚物，SMA-700，上海华雯公司；
偶联剂，KH560，沸点化工；
润滑剂，N,N'-亚乙基双硬脂酰胺，上海宁成；
抗氧剂，168 和1010，瑞士汽巴精化公司。
增强苯乙烯基共聚物组合物材料的制备：
除增强剂外，按表1配比将增强苯乙烯基共聚物组合物材料的各原料加入高混机中混合均匀；将上述混合物料送入双螺杆挤出机中，其中增强剂通过第一排气孔或侧喂系统加入，熔融挤出造粒，即得增强苯乙烯基共聚物组合物材料。其中，所述混合温度为20-50℃，转速为100-800转/分钟，混合时间为2-5分钟；所述双螺杆挤出机各段温度为200-240℃，双螺杆挤出机的长径比为36-48，螺杆转速为300-500转/分钟。
将得到的增强苯乙烯基共聚物组合物材料在90℃的鼓风烘箱中干燥4小时后，用宁波海天注射成型机BS650-Ⅲ制样，注塑温度设定为230-240-240-250℃，所得增强苯乙烯基共聚物组合物材料的物性测试结果性能见表1。
拉伸强度按ISO 527标准进行测试，试样为Ⅰ型试样，测试设备为德国Zwick公司的拉伸试验机Z020。
弯曲强度按ISO 178标准进行测试，试样尺寸为4mm×10mm×80mm，测试设备为德国Zwick Roell公司的弯曲试验机Z005。
IZOD缺口冲击强度按照ISO 180标准进行测试，试样尺寸为4mm×10mm×80mm，缺口深度为2mm。测试设备为德国Zwick Roell公司的冲击试验机HIT5.5P。
密度按ISO 1183标准进行测试，测试设备为日本ALFA MIRAGE的数显液体密度计MD-300S。
粘结力测试：现将ASA、SAS、ABS、AS和/或AES树脂注塑成2mm×10mm×100mm的样条，然后再把ASA、SAS、ABS、AS和/或AES样条放置在4mm×10mm×100mm的模具中二次注塑增强内衬材料，得到ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材与增强内衬材料的粘附体，如图1所示。最后通过Zwick公司的拉伸试验机来测试粘结力的大小，从而表征增强内衬与ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材的粘结性能。
表1 增强内衬各组分配比（重量份）及物性
B1 B2 B3 A1 A2 A3
SAN PN-137H 65 55 45
SMA-700 5 5 5 5 5 5
PBT 1200-211M 65 55 45
ECS13-4.5-534A 30 40 50 30 40 50
KH560 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
168 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
1010 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
N,N'-亚乙基双硬脂酰胺 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
拉伸强度（Mpa） 130 143 154 135 148 160
弯曲模量（Mpa） 9000 11500 14500 9300 12200 15400
IZOD缺口冲击强度(kJ/m2) 8.1 8.2 7.8 12.1 13.4 14.7
密度 ( g/cm3) 1.51 1.62 1.72 1.31 1.41 1.51
续表1：
A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10
SAN PN-137H 60 35 25
SAN NF-5 60
SAN NF2200 60
ABS AG10NP 60
ASA PW-997 50
SMA-700 10 10 5 10 5 10 10
ECS13-4.5-534A 30 55 35 40 65 30 30
KH560 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
168 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
1010 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
N,N'-亚乙基双硬脂酰胺 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
拉伸强度（Mpa） 136 162 140 146 168 134 131
弯曲模量（Mpa） 9250 16000 11000 12000 17000 9180 9095
IZOD缺口冲击强度(kJ/m2) 12.3 14.8 13.9 14.1 14.9 11.7 11.5
密度 ( g/cm3) 1.31 1.54 1.35 1.41 1.65 1.33 1.34
从表1可以看出同样玻纤含量的情况下，本发明的增强内衬材料具有更加优异的力学性能，尤其是刚性更要优于增强PBT材料，在以塑代钢方面的优势更加明显。其次，在提供相同刚性的条件下，本发明的增强内衬材料密度更低，所制备的自增强共挤型材重量更轻，符合国家提倡的轻量化，低碳环保趋势。
自增强异型材的制备：
采用主机与该主机垂直设计的辅机进行共挤制备，按表2配比，主机用于挤出ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材，辅机用于挤出增强内衬材料，主机、辅机同时挤出，成型后冷却定型得到自增强异型材；
其中，所述主机为双螺杆挤出机，机头温度为175-195℃，机身一区温度为155-165℃，机身二区温度为165-175℃，机身三区温度为175-185℃，机身四区温度为175-185℃，螺杆转速为18-22rpm；所述辅机为单螺杆挤出机，机头温度为175-195℃，机身一区温度为160-165℃，机身二区温度为160-175℃，机身三区温度为175-185℃，机身四区温度为175-185℃，螺杆转速为18-22rpm。
表2 自增强异型材的各组分配比及性能结果（重量份）
续表2：
从表2的数据可以看出，增强PBT材料与ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材的粘结力只有150N左右，而采用本发明的增强内衬，其与ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材的粘结力提高到700-1000N左右，是增强PBT材料的5-6倍，这说明本发明的增强内衬与ASA、SAS、ABS、AS或AES型材具有更好的相容性，在型材的运输，安装和使用过程中不会出现剥离现象。其次，增强PBT材料在220-250℃的温度区间才可以塑化稳定挤出，加工窗口窄且加工温度高，而本发明的增强内衬在160-215℃较宽的范围之内塑化都很好，且可以稳定挤出，这说明本发明的增强内衬具有更宽的加工窗口，同时较低的成型温度也会大大降低能耗，更加环保。

Claims (13)

1.一种自增强异型材，其特征在于，包括型材以及设置在型材型腔内的增强内衬，所述型材为ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材，所述增强内衬为增强苯乙烯基共聚物组合物材料，其重量份数如下：
ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材 100份
增强苯乙烯基共聚物组合物材料 5份-120份
其中，所述增强苯乙烯基共聚物组合物材料按重量份数计，包括如下组分：
苯乙烯基共聚物 25-65份；
增强剂 30-65份。
2.根据权利要求1所述的自增强异型材，其特征在于，所述ASA、SAS、ABS、AS和/
或AES型材与增强苯乙烯基共聚物组合物材料的粘结力为700-1000 N，所述粘结力测试采用如下方法：将ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材注塑成2mm×10mm×100mm的样条，然后再把ASA、SAS、ABS、AS和/或AES样条放置在4mm×10mm×100mm的模具中二次注塑增强苯乙烯基共聚物组合物材料，得到ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材与增强苯乙烯基共聚物组合物材料的粘附体，最后通过Zwick公司的拉伸试验机来测试粘结力的大小。
3.根据权利要求1所述的自增强异型材，其特征在于，所述增强苯乙烯基共聚物组合物
材料的挤出温度区间为160-215℃。
4.根据权利要求1所述的自增强异型材，其特征在于，所述苯乙烯基共聚物在220℃，10kg
载荷条件下的熔体流动速率为1 g/10min-80g/10min，优选为5g/10min-20g/10min，更优选为10 g/10min -15 g/10min。
5.根据权利要求4所述的自增强异型材，其特征在于，所述苯乙烯基共聚物选自苯乙烯-
丙烯腈共聚物AS、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物MABS、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物ASA、丙烯腈-三元乙丙橡胶-苯乙烯共聚物AES、丙烯腈-硅丙橡胶-苯乙烯共聚物SAS、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物MS中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的自增强异型材，其特征在于，所述增强剂选自玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、滑石粉、硅灰石、晶须、玻璃微珠中的一种或几种，优选玻璃纤维。
7.根据权利要求6所述的自增强异型材，其特征在于，所述玻璃纤维的直径为6-20μm。
8.根据权利要求1所述的自增强异型材，其特征在于，按重量份数计，所述增强苯乙烯基共聚物组合物材料还包括相容剂0.5-10份、偶联剂0.1-5.0份、加工助剂0.1-5.0份。
9.根据权利要求8所述的自增强异型材，其特征在于，所述相容剂选自苯乙烯-丁二烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、丙烯酸酯树脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物中的一种或几种；所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂中的一种或几种；所述加工助剂包括润滑剂或抗氧剂中的一种或几种。
10.根据权利要求1-9任一项所述的自增强异型材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）增强苯乙烯基共聚物组合物材料的制备：除增强剂外，按配比将增强苯乙烯基共聚物组合物材料的各原料加入高混机中混合均匀；将上述混合物料送入双螺杆挤出机中，其中增强剂通过第一排气孔或侧喂系统加入，熔融挤出造粒，即得增强苯乙烯基共聚物组合物材料；
（2）共挤成型：采用主机与该主机垂直设计的辅机进行共挤制备，主机用于挤出ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材，辅机用于挤出增强苯乙烯基共聚物组合物材料，主机、辅机同时挤出，成型后冷却定型得到自增强异型材。
11.根据权利要求10所述的增强异型材的制备方法，其特征在于，步骤 （1）中，所述混合温度为20-50℃，转速为100-800转/分钟，混合时间为2-5分钟；所述双螺杆挤出机各段温度为200-240℃，双螺杆挤出机的长径比为36-48，螺杆转速为300-500转/分钟。
12.根据权利要求10所述的自增强异型材的制备方法，其特征在于，步骤 （2）中，所述主机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机各段温度为150-200℃，所述辅机为单螺杆挤出机，单螺杆挤出机各段温度为160-215℃；优选的，所述主机为双螺杆挤出机，机头温度为175-195℃，机身一区温度为155-165℃，机身二区温度为165-175℃，机身三区温度为175-185℃，机身四区温度为175-185℃，螺杆转速为18-22rpm；所述辅机为单螺杆挤出机，机头温度为175-195℃，机身一区温度为160-165℃，机身二区温度为160-175℃，机身三区温度为175-185℃，机身四区温度为175-185℃，螺杆转速为18-22rpm。
13.权利要求1-9任一项所述的自增强异型材在建筑门窗、木塑地板或家具板材中的应用。
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