CN106065137A - 一种自增强异型材及其制备方法和应用 - Google Patents
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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PVC型材以及设置在PVC型材型腔内的增强内衬材料,其重量份数如下,PVC型材100份;增强内衬材料5份‑120份;其中,所述增强内衬材料按重量份数计,包括组分:苯乙烯基共聚物20‑55份;PBT或PMMA 5‑30份;增强剂30‑65份。其制备方法是先制备增强内衬材料,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PVC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。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,且可避免高温共挤造成PVC型材的碳化问题,具有良好的生产稳定性和成型稳定性。
Description
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PVC型材的剥离问题,且可避免高温共挤造成PVC型材的碳化分解问题,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 PVC型材以及设置在PVC型材型腔内的增强内衬材料,其重量份数如下:
PVC型材 100份
增强内衬材料 5份-120份
其中,所述增强内衬材料按重量份数计,包括如下组分:
苯乙烯基共聚物 20-55份;
PBT或PMMA 5-30份;
增强剂 30-65份;
所述PVC型材与增强内衬材料的粘结力为400-600 N,所述粘结力测试采用如下方法:将PVC型材注塑成2mm×10mm×100mm的样条,然后再把PVC样条放置在4mm×10mm×100mm的模具中二次注塑增强内衬材料,得到PVC型材与增强内衬材料的粘附体,最后通过Zwick公司的拉伸试验机来测试粘结力的大小。
所述增强内衬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 -15 g/10min。
所述苯乙烯基共聚物选自苯乙烯-丙烯腈共聚物、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。
本发明所述增强内衬材料,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)增强内衬材料的制备:除增强剂外,按配比将增强内衬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,即得增强内衬材料;
(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PVC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。
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无定形材料,由于其与PVC型材具有更好的相容性,避免了自增强异型材在碰撞和运输,安装和使用的过程中出现增强内衬材料与PVC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,且160℃的挤出成型温度与PVC材料相差无几,从根源解决了在共挤过程中PVC型材因高温挤出造成的分解发泡,碳化,变色,气味大问题,大大提高了共挤型材的生产稳定性,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,PVC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:
PVC型材,PVC-EX23, 金发科技自制;
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;
PMMA树脂,PMMA CM-205,台湾奇美;
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。
增强内衬材料的制备:
除增强剂外,按表1配比将增强内衬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,即得增强内衬。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。
将得到的增强内衬材料在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℃,所得增强内衬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PVC树脂注塑成2mm×10mm×100mm的样条,然后再把PVC样条放置在4mm×10mm×100mm的模具中二次注塑增强内衬材料,得到PVC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PVC型材的粘结性能。
表1 增强内衬各组分配比(重量份)及物性
续表1:
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PVC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PVC型材的粘结力只有140N左右,而采用本发明的增强内衬材料,其与PVC型材的粘结力提高到400-600N,是增强PBT材料的3倍,这说明本发明的增强内衬材料与PVC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材料在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材料具有更宽的加工窗口,且160℃的挤出成型温度与PVC型材相差无几,从根源上避免了高温共挤造成PVC型材的分解发泡,碳化,变色,气味大等问题,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 PVC型材以及设置在PVC型材型腔内的增强内衬材料,其重量份数如下:
PVC型材 100份
增强内衬材料 5份-120份
其中,所述增强内衬材料按重量份数计,包括如下组分:
苯乙烯基共聚物 20-55份;
PBT或PMMA 5-30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PVC型材与增强内衬材料的粘结力为400-600 N,所述粘结力测试采用如下方法:将PVC型材注塑成2mm×10mm×100mm的样条,然后再把PVC样条放置在4mm×10mm×100mm的模具中二次注塑增强内衬材料,得到PVC型材与增强内衬材料的粘附体,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,所述增强内衬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5 g/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,所述增强内衬材料还包括相容剂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)增强内衬材料的制备:除增强剂外,按配比将增强内衬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,即得增强内衬材料;
(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PVC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。
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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