CN106700393A

CN106700393A - 一种玄武岩纤维abs树脂复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN106700393A
Application number: CN201611156770.0A
Authority: CN
Inventors: 刘秋丽
Original assignee: Shaanxi Gaohua Zhiben Chemical Technology Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Gaohua Zhiben Chemical Technology Co Ltd
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2017-05-24

Abstract

一种玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法，属于材料制备领域，其特征在于包括如下步骤：（1）将玄武岩纤维在烘箱中干燥，以除去吸附的水分；用偶联剂将玄武岩纤维偶联剂处理后；（2）将ABS、相容剂、增韧剂放入鼓风干燥箱中干燥，然后进行熔融共混挤出；（3）挤出条料经过水冷、吹干进行切粒，制成粒料，干燥待用；（4）将所得的粒料放在干燥箱中恒温干燥，然后进行注塑成型完成制备。通过对现有工艺的改进，在玄武岩纤维用量为20%，相容剂SMA用量5%，增韧剂用量10%的条件下，复合材料的综合性能较为优良，且本发明所述玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法工艺简单，易于制备，适于推广应用。

Description

一种玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法

技术领域

本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法。

背景技术

热塑性复合材料由于具有密度小、强度高、综合性能可设计、成型加工容易、可回收再利用等诸多优点，因此在国民经济各行业中发挥着越来越重要的作用。ABS树脂是重要的工程塑料，近年来在汽车用材料方面受到高度关注。

玄武岩纤维是一种新型的、优良的增强材料。由于BF的生产原料是天然的玄武岩，且在玄武岩熔化过程中，没有金属氧化物排出，BF的制造对环境危害小，没有工业垃圾的产生，因此BF又是一种环保型纤维。用BF增强树脂制备复合材料，可以很大提高材料的机械强度、电绝缘性和化学稳定性能，故而广泛地应用于航空航天和石化汽车等领域。

ABS是一种普遍应用的热塑性树脂，拥有较好的电学性能、力学性能和优异的加工性能，是汽车工业上应用最多的树脂之一。另外，由于ABS优异的加工性能，改性 ABS零部件的应用使得汽车的外观设计更趋于人性化和多样化，同时也大大降低了零件加工、装配与维修的费用。但是ABS的热变形温度、拉伸强度及尺寸稳定性等性能仍不能满足某些工程件的要求，或者即使满足要求，改性 ABS的性价比也并不高，其应用范围受到一定限制。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法。

本发明的技术方案为：

一种玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）使用硅烷偶联剂 KH-550 和 KH-560 对玄武岩纤维进行表面处理，先将玄武岩纤维在 120℃烘箱中干燥 1.5h，以除去吸附的水分；用偶联剂将玄武岩纤维偶联剂处理后，继续在 80℃下干燥 4h，以增加玄武岩纤维与偶联剂的反应；（2）将ABS、相容剂、增韧剂放入鼓风干燥箱中干燥24h，然后进行熔融共混挤出，双螺杆挤出机五区温度分别为 220℃-225℃，机头温度为220℃；（3）挤出条料经过水冷、吹干，送入切粒机并调整转数进行切粒，制成粒料，干燥后待用；（4）将所得的粒料放在干燥箱中以 70℃恒温干燥 12h，然后进行注塑成型，完成制备。

本发明所述的玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法，所述ABS树脂的熔体流动速率为 20.0g/10min。

本发明所述的玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法，所述ABS树脂的热变形温度为 91℃。

本发明所述的玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法，所述玄武岩纤维的，单纤直径13μm。

本发明所述的玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法，所述鼓风干燥箱的温度为70℃。

本发明的技术效果在于：

本发明所述的玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法，通过对现有工艺的改进，在玄武岩纤维用量为 20%，提前用 1.5%的 KH550 偶联剂处理纤维，相容剂SMA用量 5%，增韧剂用量 10%的条件下，复合材料的综合性能较为优良，且本发明所述玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法工艺简单，易于制备，适于推广应用。

具体实施方式

实施例

一种玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）使用硅烷偶联剂 KH-550 和 KH-560 对玄武岩纤维进行表面处理，先将玄武岩纤维在 120℃烘箱中干燥 1.5h，以除去吸附的水分；用偶联剂将玄武岩纤维偶联剂处理后，继续在 80℃下干燥 4h，以增加玄武岩纤维与偶联剂的反应；（2）将ABS、相容剂、增韧剂放入鼓风干燥箱中干燥24h，然后进行熔融共混挤出，双螺杆挤出机五区温度分别为 220℃-225℃，机头温度为 220℃；（3）挤出条料经过水冷、吹干，送入切粒机并调整转数进行切粒，制成粒料，干燥后待用；（4）将所得的粒料放在干燥箱中以 70℃恒温干燥 12h，然后进行注塑成型，完成制备。

连续的玄武岩纤维在与 ABS 树脂共混挤出的过程中，受到螺杆和熔融的ABS 树脂摩擦及剪切作用而使长度变短，最终以短纤维的形式在复合材料中起增强作用。为了使玄武岩纤维与 ABS 树脂基体分离，便于考察纤维在树脂中的有效长度和分散情况，采用灼烧法实验。用坩埚盛放复合材料，放入马弗炉内，在 500℃下灼烧 1h 后，ABS 树脂被完全烧掉，剩余的灰分为玄武岩纤维。冷却后，把纤维转入载玻片，利用光学显微镜观察并统计纤维的长度，并通过力学性能测试结果绘制性能与纤维长度的关系曲线以得到最佳的纤维长度。

熔体流动速率是指在一定时间内、一定温度及压力下，粒料熔融后通过指定直径圆管流出的克数。实验中，加热温度设置为 230℃，待温度稳定后，称取充分干燥后的复合材料粒料 4g，从熔体流动速率仪的加料口加入后，将活塞插入料筒。由于 ABS 树脂中含有聚丁二烯，容易被氧化，所以通常在工业生产 ABS时，需加入少量的抗氧剂。纯 ABS 的加工温度一般为 170-190℃，而制备玄武岩纤维/ABS 复合材料时，共混温度为 220℃左右，高出纯 ABS 的加工温度约20℃，所以为了避免复合材料中树脂被过度氧化分解，在制备复合材料时，应加入适量抗氧剂。

不加入抗氧剂时，玄武岩纤维/ABS 复合材料经几次挤出后，熔体流动速率提高，冲击强度降低，这是因为共混过程中，高温破坏了树脂中的双键，进而导致流动性增加。而加入1%的抗氧剂1010后，复合材料经第3次挤出后，冲击强度下降了7J/m，比不加抗氧剂冲击强度时降幅缩小了10J/m，熔体流动速率上升了8%，而不加抗氧剂时熔体流动速率上升了16%。可见抗氧剂作用明显。但是对比第4 次和第5次挤出后复合材料熔体流动速率和冲击强度，可知其上升或下降的幅度均相差不大，这是因为经多次挤出后，抗氧剂己经消耗殆尽。

由于具有优良的性能，BF 成为理想的增强材料。BF 模量较高，ABS 树脂把纤维粘结起来后，作为一个整体来承受载荷，进而提高材料力学性能。如果纤维和树脂的界面粘接强度不高，纤维就无法发挥增强作用。为改善 BF 和 ABS之间的粘接效果，可使用偶联剂对纤维进行表面处理。偶联剂分子含有两类性质不同的化学基团，其中一类是亲有机基团，而另一类是亲无机基团。用偶联剂处理玄武岩纤维表面时，偶联剂中的一类基团可与纤维表面的基团进行结合，另一类基团与树脂缠结或反应，使纤维与树脂有优良的界面相容性，进而提高复合材料的强度和耐热性。由于 KH550 与 ABS 树脂分子链缠结更为紧密，因而强度较高。

随着偶联剂用量的增加，BF/ABS 复合材料的力学性能逐渐提高。偶联剂用量高于1.0%时，拉伸强度和冲击强度均提高了10%以上，而断裂伸长率随之变小。对比偶联剂的用量为1.5%和2.0%的两组实验数据，可知，随着用量增加了0.5%，复合材料的拉伸强度和弯曲强度提升不明显，而冲击强度反而降低了7J/m，说明此时偶联剂与玄武岩纤维表面的反应已经饱和，再提高偶联剂用量已没有必要。综上，适宜的偶联剂用量为1.5%。

BF含量为5%-10%时，拉伸强度上升的趋势较小。含量为 10%-20%时，材料的拉伸强度提高较快，当含量为 20%时，拉伸强度达到 108MPa，而纯 ABS 树脂的拉伸强度为68MPa，即材料的拉伸强度提高了 59%。值得注意的是，当纤维含量为 25%时，拉伸强度出现极大值 114MPa。BF 含量继续增加，拉伸强度迅速降低。

BF 含量低于 10%时，拉伸强度提高的幅度较小，这是因为纤维增强塑料主要是依靠纤维来承受较大的载荷。当 BF 的含量较低时，纤维之间没有出现较大的交叠，所以对材料的增强效果较差。当 BF 含量超过 25%后，这时材料的拉伸强度出现下降，这主要因为BF大量的加入，导致混合不均匀，树脂无法完全浸润包裹纤维，易出现缺陷，相容性较差，同时成型加工对 BF的损伤较大，BF平均纤维长度变短，低于临界长度的纤维数量增加，导致强度下降。故在BF含量较低或较高时，其界面强度都较小，以致拉伸强度较小。

随纤维含量的增加，复合材料的断裂伸长率在加入玄武岩纤维后大幅度下降，由纯 ABS 树脂的 20%以下降至 7%。这主要是因为 BF的软化点较高，加工过程中不软化、不融化，随着 BF 含量的增加，体系中分子链运动的阻力进一步增大，基体分子链间的相对滑动变得更加困难，导致整体的刚性大幅上升。本牌号 ABS 的断裂伸长率为 20%左右。而玄武岩纤维的加入，使BF/ABS复合材料在达到屈服强度后，因为有BF传递荷载和应力，材料不能产生塑性屈服，直至其被破坏。所以，随着玄武岩纤维用量的增加，BF/ABS复合材料的断裂伸长率变小。

纤维在树脂表面随着BF含量的增加，纤维在复合材料中排列逐渐紧密。材料破坏的方式以纤维断裂为主，纤维表面有部分树脂黏附，佐证了玄武岩纤维对ABS树脂拉伸强度具有一定的增强效果。随着 BF 含量的增加，一方面，外界的载荷不能通过树脂基体与纤维界面的剪切作用传递给纤维，反而由于纤维的存在破坏了ABS 树脂的均一性，复合材料的缺陷也增多，如在体系中造成空穴、纤维叠加等，另一方面，当材料受到外力的冲击时，出现的裂纹会沿着 BF 迅速蔓延扩大。所以复合材料的冲击强度随着 BF 含量的增加而降低。此外，BF含量的增加也相对降低体系中橡胶粒子浓度，而这些橡胶粒子却能够吸收大量的冲击能，所以材料的冲击强度进一步降低。

随着体系中 BF 含量的增加，BF/ABS 复合材料的维卡软化温度逐渐提高。当 BF含量为20%时，材料的维卡软化温度上升了 20℃，达到 126℃。分析其原因认为，由于BF含量的增加，改变了基体中分子间的作用力，使体系中基体分子链段热运动变得困难，纤维界面层上的聚合物大分子链段运动也受到了阻碍，所以只有升高温度，树脂基体的高分子链段才能够自由移动，因此，BF含量的增加使复合材料的耐热性提高。

Claims

1.一种玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）使用硅烷偶联剂 KH-550 和 KH-560 对玄武岩纤维进行表面处理，先将玄武岩纤维在 120℃烘箱中干燥 1.5h，以除去吸附的水分；用偶联剂将玄武岩纤维偶联剂处理后，继续在 80℃下干燥 4h，以增加玄武岩纤维与偶联剂的反应；（2）将ABS、相容剂、增韧剂放入鼓风干燥箱中干燥24h，然后进行熔融共混挤出，双螺杆挤出机五区温度分别为 220℃-225℃，机头温度为 220℃；（3）挤出条料经过水冷、吹干，送入切粒机并调整转数进行切粒，制成粒料，干燥后待用；（4）将所得的粒料放在干燥箱中以 70℃恒温干燥 12h，然后进行注塑成型，完成制备。

2. 根据权利要求1所述的玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法，其特征在于：所述ABS树脂的熔体流动速率为 20.0g/10min。

3. 根据权利要求1所述的玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法，其特征在于：所述ABS树脂的热变形温度为 91℃。

4.根据权利要求1所述的玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法，其特征在于：所述玄武岩纤维的，单纤直径13μm。

5.根据权利要求1所述的玄武岩纤维ABS树脂复合材料的制备方法，其特征在于：所述鼓风干燥箱的温度为70℃。