CN106084624B - 短切玄武岩纤维增强abs树脂复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

短切玄武岩纤维增强abs树脂复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料及其制备方法和应用。该复合材料包括如下重量分数的配方组分：ABS树脂70～90％、玄武岩纤维5～30％、SAN树脂1～5％、相容剂1～5％、抗氧剂0.1～1％、润滑剂0.1～3％，其中，所述玄武岩纤维的长度为3mm～6mm，直径为10μm～16μm。本发明上述实施例提供的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料具有优异的外观，60°角光泽度大于38％；产品中的玻纤表现出了长度分布窄，无浮纤无混色的特性；良好的外观可以免去喷涂的成本，提高良品率，具有良好的经济效益，适用于汽车零部件和健身器材领域。

Description

短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于ABS复合材料技术领域，特别涉及一种短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
ABS树脂作为用量最大、应用范围最广的工程塑料，经过与各类纤维复合之后制备的复合材料也被广泛引用于汽车、家电、通讯、能源等领域。经过纤维改性后的ABS不仅保留了成型能力强、冲击强度高的特点，同时产品尺寸稳定性进一步提升，正是由于纤维在ABS树脂中的所具有的这些特点，玻璃纤维及碳纤维增强各类树脂的技术经过长期的研究开发，已经非常成熟。
但是玻璃纤维本身不耐碱性环境，碳纤维的价格则过于高昂；而且无论是玻璃纤维还是碳纤维，用于ABS复合材料中，ABS表面光泽度均不佳。
发明内容
针对目前ABS树脂复合材料中玻璃纤维在存在的不耐碱性以及碳纤维成本过高、复合材料光泽度不佳等问题，本发明实施例提供一种短切玄武岩纤维增强ABS复合材料及其制备方法。
本发明实施例还提供了该短切玄武岩纤维增强ABS复合材料的应用。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料，包括如下重量分数的配方组分：
其中，所述玄武岩纤维的长度为3mm～6mm，直径为10μm～16μm。
以及，一种短切玄武岩纤维增强ABS复合材料的制备方法至少包括以下步骤：
按照如上所述的短切玄武岩纤维增强ABS复合材料的配方称取各组分；
将称取的所述ABS树脂、SAN树脂、相容剂、抗氧剂、润滑剂混合得到混合物；
将所述玄武岩纤维从双螺杆挤出机的强制侧喂料口投入；
将所述混合物投入所述双螺杆挤出机熔融与所述玄武岩纤维共同挤出。
相应地，如上所述的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料在汽车零部件、健身器材领域中的应用。
本发明上述实施例提供的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料，加入了短切玄武岩纤维，相对比连续玄武岩纤维而言，生产的复合材料的外观更优异，60°角光泽度大于38％；产品中的玻纤表现出了长度分布窄，无浮纤无混色的特性；良好的外观可以免去喷涂的成本，提高良品率，具有良好的经济效益。
本发明实施例提供的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料的制备方法，将短切玄武岩纤维从强制侧喂料设备中投入，不仅有效控制复合材料中玄武岩纤维的比例，而且还很好的维持了玄武岩纤维的高长径比，避免玄武岩纤维从主喂料口投入时加工过程中被破坏成粉末。
本发明上述实施例提供的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料用于汽车零部件及健身器材中，60°角光泽度大于38％，无浮纤无混色，具有良好的外观，免去了喷涂的成本。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料，该ABS树脂复合材料包括如下重量份的配方组分：
其中，所述玄武岩纤维的长度为3mm～6mm，直径为10μm～16μm。
在一优选实施例中，ABS树脂是采用本体合成法或者乳液合成法生产的ABS树脂，ABS树脂中丁二烯橡胶的质量分数在18％到27％之间。当ABS树脂中丁二烯的橡胶的含量过高(高于27％)时，所制备的短切玄武岩纤维增强ABS复合材料的抗冲击能力并没有显著提升，但是材料流动性下降过快，影响最终产品的外观；而ABS树脂中丁二烯的含量低于18％以后，所制备的复合材料由韧性转变为脆性，不能满足成品的物理性能要求。
优选地，所述的短切玄武岩纤维的是利用熔融拉丝方法制备的短切纤维，该短切玄武岩纤维直径为10μm～16μm，短切长度为3mm～6mm。
玄武岩纤维通常是以连续长纤的形态出现的，连续长纤维加工的复合材料通常会出现浮纤、混色等不良外观不良，而本发明实施例的短切玄武岩纤维当直径为10μm～16μm，短切长度为3mm～6mm时，则很好的克服了上述问题。
如果短切长度小于3mm，玄武岩纤维在加工过程中保留长度(保留长度是指纤维经过双螺杆挤出机拉扯破坏以后的实际长度)会变短，导致复合材料的性能变差；而短切长度大于6mm，则难以使用强制侧喂料设备进行投料加工。当纤维直径低于10μm时，难以使用强制侧喂料设备加工；当纤维直径大于16μm时，所制备的复合材料的性能就开始急剧下降。
优选地，所述的短切玄武岩纤维采用了环氧树脂和偶联剂进行了表面处理。玄武岩纤维在熔融以后，经过合金漏板拉丝成型。成型后的原丝束会经过由偶联剂和环氧树脂组成的浸润剂进行表面浸润处理。浸润以后的玄武岩纤维表层会覆盖一层微米级的环氧树脂表层，由于偶联剂的作用，玻纤和环氧树脂之间具有很强的粘接力，有助于玄武岩纤维在有机树脂中的分散和粘接。
优选地，所述的SAN树脂的丙烯腈质量分数在26％～32％之间，SAN的重均分子量在10000～30000之间。丙烯腈含量低于32％、分子量小于30000的SAN树脂会具有优良的流动性能和良好的极性，超出这个范围的SAN树脂的流动性较差，不适用于本发明所述的复合材料；选用高流动的SAN(AS)树脂主要是可以调整ABS复合材料的流动性能，在加工时提供更宽的加工窗口，另外一个作用是高流动的SAN(AS)树脂在高剪切环境下运动粘度非常低，可以有效的在加工过程中保护短切玄武岩纤维，防止短切玄武岩纤维发生剧烈断裂，从而避免短切长度小于3mm。
通常情况下，玄武岩纤维的保留长度越长，复合材料的机械性能就越好。因此，在本发明实施例提供的上述SAN树脂的基础上减少玄武岩纤维的添加量可以使产品的光泽度更好。
优选地，所述的相容剂是苯乙烯-马来酸酐无规共聚物、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元无规共聚物、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元无规共聚物中至少一种。
进一步优选地，所述的苯乙烯-马来酸酐无规共聚物中马来酸酐的质量分数为18％～26％；所述的苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元无规共聚物的中马来酸酐的质量分数为5％～10％；所述的苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元无规共聚物中甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量分数为5％～8％。
本发明实施例涉及的上述几种相容剂均为无规共聚物，在分子链上包含多种不同的基团。其中苯乙烯、丙烯腈基团均可以增强相容剂与ABS树脂的相容性，而马来酸酐基团、甲基丙烯酸缩水甘油酯基团则可以充当树脂和玄武岩纤维之间的界面相容剂，提升复合材料的性能。
相容剂中马来酸酐基团、甲基丙烯酸缩水甘油酯基团所占的比例越高，那么复合材料中ABS树脂和玄武岩纤维的粘接能力就越好，因此要尽可能选择高接枝率的相容剂。接枝率过低的相容剂不仅会增大相容剂的用量，而且会因为引入过多的相容剂组分而使复合材料的机械性能出现下滑，接枝率在所述范围内的相容常可以取得良好的效果。
由于玄武岩纤维行业的发展，现有的供建材行业使用的玄武岩纤维已经经由环氧树脂和硅烷偶联剂的处理，在本发明所述的的高效相容剂体系下，玄武岩纤维无需经过特殊步骤处理即可使用。玄武岩纤维与ABS树脂的粘接能力十分优异，减少了玄武岩纤维的处理步骤，降低了复合材料的生产费用。
进一步地，为了使得获得短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料具有可控的颜色，复合材料组分中还包含重量份为0～3份(不取0值)的色粉。
作为优选的，色粉为炭黑。这主要是由于玄武岩纤维本身是暗金色外观，获得的复合材料的颜色也呈深灰色，故本复合材料使用炭黑染成黑色使用，并且不适用于各类彩色的外观。
本发明上述实施例提供的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料，加入了短切玄武岩纤维，相对比连续玄武岩纤维而言，生产的复合材料的外观更优异，60°角光泽度大于38％；产品中的玻纤表现出了长度分布窄，无浮纤无混色的特性；良好的外观可以免去喷涂的成本，提高良品率，具有良好的经济效益。
本发明在上述实施例提供的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料配方组分的基础上，进一步提供了该复合材料的一种制备方法。
在一实施例中，所述短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料的制备方法至少包括以下步骤，按照如上所述的短切玄武岩纤维增强ABS复合材料的配方称取各组分；
将称取的所述ABS树脂、SAN树脂、相容剂、抗氧剂、润滑剂混合得到混合物；
将所述玄武岩纤维从双螺杆挤出机的强制侧喂料口投入；
将所述混合物投入所述双螺杆挤出机熔融与所述玄武岩纤维共同挤出。
为了达到本发明实施例的技术效果，在制备过程中，需要一台配备了强制侧喂料设备的双螺杆挤出机。如不使用强制侧喂料设备，从主喂料直接混入玄武岩纤维会导致玄武岩纤维在加工过程中被破坏成粉末，失去纤维的高长径比从而失效。
优选的，双螺杆挤出机和强制侧喂料设备都应当配备失重称，以有效的控制复合材料中玄武岩纤维的比例。
优选的，混合物和短切玄武岩纤维熔融挤出的温度为230℃～250℃。该加工温度范围可以提高玄武岩纤维的保留长度，同时避免ABS树脂过快的热氧老化。
本发明实施例提供的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料的制备方法，将短切玄武岩纤维从强制侧喂料设备中投入，不仅有效控制复合材料中玄武岩纤维的比例，而且还很好的维持了玄武岩纤维的高长径比，避免玄武岩纤维从主喂料口投入时加工过程中被破坏成粉末，且注塑加工过程中材料的流速很快，不容易出现浮纤。
用本发明所述的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料注塑成型的产品由于拥有良好的外观，通常可以无需喷涂直接使用在各类汽车零部件如内外饰件或电器产品外壳上，也可以用于健身器材中。
为了更好的说明本发明实施例提供的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料，下面通过多个实施例进一步解释说明。
实施例
为节约篇幅，将各个实施例的配方组分列于表1中。
表1实施例及对比例配方表
其中，表1各组分说明如下：
A ABS树脂通用级ABS树脂冲击强度25KJ/m2；
B AS树脂高流动AS树脂熔融指数＞70g/10min分子量20000。
C玄武岩纤维：
C1短切玄武岩纤维直径16μm，短切长度6mm；
C2连续玄武岩纤维直径16μm，连续长纤。
D相容剂：
D1苯乙烯-马来酸酐无规共聚物；
D2苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元无规共聚物；
D3苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元无规共聚物。
E抗氧剂：B215抗氧剂1010：168＝1:2。
F润滑剂：EBS。
G色粉：炭黑。
实施例1-6照表1进行称量配料，然后将除玄武岩纤维以外的配方组分使用高混机混合3min，得到均匀的混合物。将上述混合物投入双螺杆挤出机中熔融挤出，造粒。
对比实施例1除不加入任何相容剂以外，其余与实施例4相同。
对比实施例2除不加入SAN以外，其余与实施例4相同。
对比实施例3除使用C2连续玄武岩纤维以外，其余与实施例5相同
为了更好的说明实施例1～6及对比例1～3制备的玄武岩纤维增强ABS树脂的复合材料的性能，将实施例1-6及对比实施例1-3所制备的玄武岩纤维增强ABS复合材料按照国标注塑成标准测试样条进行力学性能相关测试，具体的测试标准如下：
缺口冲击测试参考国标GB/T 1843进行；
弯曲测试参考国标GB/T 9341进行；
光泽度测试参考国标GB/T 9754进行。光泽度是表明成品表面粗糙程度的一个指标。
通常来说，光泽度越好的产品，其表面越光滑，外观越好。因此光泽度常用来表征产品表面的外观好坏。
实施例1-6及对比例1-2的测试结果如表2所示。
表2实施例测试结果
从表1和表2可以看出，本发明实施例1-6提供的短切玄武岩纤维复合材料同时具有良好的外观和机械性能，适用于注塑加工工艺。对比例1与实施例4相比，力学性能和外观有较大下降，这说明选择复配的相容剂对于材料的外观和力学性能有积极的影响。对比例2与实施例4相比，力学性能下降较小，而外观有较大下降，这是因为去掉了SAN树脂以后，复合材料的流动性能出现了下降，玄武岩纤维较容易浮纤，导致外观不良；对比例3与实施例5相比，对比例3的弯曲拉伸性能稍高，而冲击性能较低，这是因为连续玄武岩长纤维在复合材料中的保留长度更长，使复合材料呈现高刚性低韧性，但与此相对的是，连续玄武岩长纤维的保留长度过长就导致材料本身的外观变得粗糙，故要实现复合材料的良好外观(60°角光泽度大于38％)，必须选择短切玄武岩纤维。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料，包括如下重量分数的配方组分：
其中，所述玄武岩纤维的长度为3mm～6mm，直径为10μm～16μm。
2.如权利要求1所述的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料，其特征在于：所述玄武岩纤维经过环氧树脂和偶联剂表面处理。
3.如权利要求2所述的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、KH560、KH792中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料，其特征在于：所述ABS树脂中丁二烯橡胶的质量分数为18％～27％。
5.如权利要求1所述的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料，其特征在于：所述SAN树脂中丙烯腈质量分数为26％～32％，SAN的重均分子量为10000～30000。
6.如权利要求1所述的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料，其特征在于：所述相容剂为苯乙烯-马来酸酐无规共聚物、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元无规共聚物、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元无规共聚物中的至少一种。
7.如权利要求6所述的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料，其特征在于：所述苯乙烯-马来酸酐无规共聚物中马来酸酐的质量分数为18％～26％；和/或所述的苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元无规共聚物的中马来酸酐的质量分数为2％～10％；和/或所述的苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元无规共聚物中甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量分数为1％～8％。
8.一种如权利要求1～7任一所述的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料的制备方法，至少包括以下步骤：
按照权利要求1～7任一所述的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料的配方称取各组分；
将称取的所述ABS树脂、SAN树脂、相容剂、抗氧剂、润滑剂混合得到混合物；
将所述短切玄武岩纤维从双螺杆挤出机的强制侧喂料口投入；
将所述混合物投入所述双螺杆挤出机熔融与所述玄武岩纤维共同挤出。
9.如权利要求8所述的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料的制备方法：其特征在于：在所述的熔融挤出步骤中，熔融挤出温度为230～250℃。
10.如权利要求1～7任一项所述的短切玄武岩纤维增强ABS树脂复合材料在汽车零部件及健身器材领域的应用。
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