CN106995598A - 一种高焊接性能的玻纤增强pc/abs合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高焊接性能的玻纤增强PC/ABS合金材料及其制备方法，该材料由聚碳酸酯30～90份、ABS树脂1～30份、玻璃纤维 1～30份、相容剂1～10份、增韧剂1～10份、加工助剂0.1～1份和其他助剂0～3份经混合、挤出制成。本发明制备的合金材料不仅具有良好的流动性、刚性、热学性能外，同时材料与其他材料的焊接性能得到很大的改善，另一方面材料的加工性能良好，可用于成型各种需要对材料进行焊接，同时对材料刚性有较高要求的产品领域。

Description

一种高焊接性能的玻纤增强PC/ABS合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子合金材料技术领域，涉及一种高焊接性能的玻纤增强PC/ABS合金材料及其制备方法。
背景技术
目前聚碳酸酯与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物合金材料(PC/ABS合金)已经不断发展，其拥有高韧性、高耐温、价格低等一系列优势。但在某些情况下需要合金材料拥有更高的刚性或需要与其他树脂进行焊接以满足制品的密封性能时，虽然合金材料中ABS材料存在橡胶相而表现出优异的焊接性能，但PC材料在焊接性能方面却明显不足。所以，为了满足合金材料的焊接性能，不得不需要加大合金材料中ABS的含量来满足其焊接材料，但易导致合金材料的耐热性能不足，另外还会致使合金材料的刚性下降，从而使制件无法在对温度以及刚性要求比较严格的条件下使用，因而极大的限制了其应用。
发明内容
本发明是针对现有技术的缺陷而提供一种高焊接性能的玻纤增强PC/ABS合金材料及其制备方法。该合金材料具有力学性能好、热学性能高、加工成型好等特点，在满足温度和刚性指标时，同时拥有良好的焊接性能，可用于成型各种要求材料耐温条件高且刚性要求较高的电子电气以及汽车饰件类产品等场合。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高焊接性能的玻纤增强PC/ABS合金材料，其由以下组分按重量份制备而成：
聚碳酸酯30～90份，
ABS树脂1～30份，
玻璃纤维1～30份，
相容剂1～10份，
增韧剂1～10份，
加工助剂0.1～1份，
其他助剂0～3份。
进一步方案，所述的聚碳酸酯选自相对密度为1.19g/cm3～1.21g/cm3，在300℃/1.2Kg条件下熔融指数大于19g/10min，分子量为15000-20000。
所述的ABS树脂为采用乳液聚合法制备而成的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(ABS)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸三元共聚物(ASA)或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝 共聚物(MBS)。
所述的玻璃纤维选自长度为1～6mm、单丝直径为9～13μm的短切玻纤。
所述的相容剂选自苯乙烯与马来酸酐的无规共聚物(SMA，Tg：145℃-165℃)、ABS接枝马来酸酐相容剂(ABS-g-MAH)中的至少一种。
所述的增韧剂选自乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)或以丁二烯橡胶相为核、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯为壳的核壳结构抗冲改性剂(MBS类抗冲改性剂)。
所述的加工助剂为热稳定剂和润滑剂，所述的热稳定剂选自硫代酯类热稳定剂、受阻胺、受阻酚、亚磷酸酯中的至少一种；
所述的润滑剂选自液体石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺、甲撑双硬脂酸酰胺、N，N-乙撑双硬脂酸酰胺、硅油或季戊四醇硬脂酸脂中的至少一种。
所述的硫代酯类热稳定剂选自硫代二丙酸二(十二醇)酯、硫代二丙酸二(十八醇)酯、硫代二丙酸二(十三醇)酯或硫代二丙酸二(十四醇)酯；
所述的受阻胺选自萘胺、二苯胺或对苯二胺；
所述的受阻酚选自2，6-三丁基-4-甲基苯酚、双(3，5-三丁基-4-羟基苯基)硫醚或四〔β-(3，5-三丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯。
所述的其他助剂为紫外线吸收剂、着色剂中的至少一种；所述的紫外线吸收剂选自苯酮类、苯并三唑类中的至少一种。
本发明的另一个发明目的是提供上述玻纤增强PC/ABS合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚碳酸酯30～90份，ABS树脂1～30份，相容剂1～10份，增韧剂1～10份，加工助剂0.1～1份；其他助剂0～3混合均匀；
(2)将步骤(1)中获得的混合物料送入双螺杆挤出机中，同时在双螺杆挤机的侧喂料口加入玻璃纤维1～30份，进行造粒制得玻纤增强PC/ABS合金材料；
所述双螺杆挤出机一区螺杆温度为220～240℃；二区至机头的螺杆温度为240～280℃，侧喂料口处的螺杆温度为260-270℃。
本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明采用双螺杆挤出工艺制备玻纤增强PC/ABS合金材料，其流程简单、连续、生产效率高、产品质量稳定。
2、本发明制备的玻纤增强PC/ABS合金材料具有力学性能高、热学性能高、易加工成型等特点，尤其是合金材料的焊接性能好，可用于需要与其他材料进行焊接的场合。
3、本发明选用相对密度为1.19g/cm3～1.21g/cm3，熔融指数大于19g/10min(300℃，1.2Kg)、分子量为15000-20000的聚碳酸酯和采用乳液聚合法制备而成的ABS树脂做为原材料，制备的合金材料具有高流动性，易于加工成型。
4、PC/ABS合金材料要达到焊接性能良好，则需要有良好的流动性，而现有技术中PC/ABS合金材料中由于PC含量较小，从而导致合金材料的耐温性相对就比较低；而本发明选用了熔融指数大于19g/10min(300℃，1.2Kg条件下)、分子量为15000-20000的聚碳酸酯(即为中低粘度PC)来做为原料，制备的PC/ABS合金材料能达到良好的焊接效果，同时还选用了玻璃化转变温度为145℃-165℃的苯乙烯与马来酸酐的无规共聚物(SMA，Tg：145℃-165℃)及ABS-g-MAH做为相容剂，从而也使得PC/ABS合金材料拥有良好的相容性以及流动性，另外，短切玻纤的选择使材料表面不浮纤，不会太大的影响材料流动性，从而更有益于材料的焊接性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
本发明所制备的玻纤增强PC/ABS合金材料物理性能测试标准见表1。
表1
物理性能 测试方法
熔指 ASTM D128
拉伸强度 ASTM D638
弯曲强度 ASTM D790
弯曲模量 ASTM D790
Izod缺口冲击强度(悬臂梁冲击试验) ASTM D256
Izod无缺口冲击强度(悬臂梁冲击试验) ASTM D256
维卡软化点 ASTM D1525
本发明实施例中所使用的聚碳酸酯(PC)为沙伯基础的PC 2200R，其相对密度为1.20g/cm3、熔融指数为22g/10min、分子量约为15000的中粘度聚碳酸酯。
ABS树脂为乳液聚合法制备的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的接枝共聚物(如牌号ABS 750)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸三元共聚物(ASA，中国台湾奇美，ASA PW-957)和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(MBS，LG公司，MBS TR-557)。
玻璃纤维为市售无碱短切玻纤ECS-13-3.0，其单丝直径为13μm、长度为3mm。
相容剂为SMA 26120(市售，Tg：145℃-165℃)、ABS-g-MHA(市售)。
增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯选自阿科玛公司的AX8900；MBS选自LG化学的EM500。
热稳定剂为受阻酚类抗氧剂，抗氧剂1076即为CIBA的Irganox1076β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯)和抗氧剂168即为亚磷酸酯类抗氧剂CIBA的Irganox168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)、硫代二丙酸二(十二醇)酯(DLTP)或2，6-三丁基-4-甲基苯酚。
润滑剂为季戊四醇硬脂酸脂(PETS)、液体石蜡、聚乙烯蜡(A-C540A)、硬脂酸酰胺(SR)、硅油或N，N-乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)。
紫外线吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(UV-531)或2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑(UV-P)。
着色剂为黑母粒(UN2014)。
实施例1
(1)将90份PC 2200R树脂，1份ABS 750树脂，1份相容剂ABS-g-MHA，7份增韧剂AX8900，0.3份热稳定剂(抗氧剂1076：抗氧剂168＝1：2，质量比)及0.1份润滑剂EBS经高速搅拌混合均匀；
(2)将步骤(1)中获得的混合物料送入双螺杆挤出机中，同时在双螺杆挤机的侧喂料口加入1份玻璃纤维，进行造粒制得玻纤增强PC/ABS合金材料；
其中双螺杆挤出机一区螺杆温度为220～240℃；二区至机头的螺杆温度为240～280℃，优选为250～270℃，其中侧喂料口处的螺杆温度为260-270℃；螺杆转速450r/min。
制备的复合物按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，性能测试结果如表2所示。
实施例2
(1)将30份PC 2200R树脂，30份ABS 750树脂，3份相容剂ABS-g-MHA，3份增韧剂AX8900，1份热稳定剂DLTP、0.3份润滑剂液体石蜡以及3份黑母粒UN2014经高速搅拌混合均匀；
(2)将步骤(1)中获得的混合物料送入双螺杆挤出机中，同时在双螺杆挤机的侧喂料口加入玻璃纤维30份，进行造粒制得玻纤增强PC/ABS合金材料；
其中双螺杆挤出机一区螺杆温度为220～240℃；二区至机头的螺杆温度为240～280℃，优选为250～270℃，其中侧喂料口处的螺杆温度为260-270℃；螺杆转速270r/min。
制备的复合物按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，性能测试结果如表2所示。
实施例3
(1)将45份PC 2200R树脂，20份ASA PW-957树脂，10份相容剂SMA26120、5份增韧剂EM500，0.3份热稳定剂DLTP、0.5份润滑剂硅油以及0.5份紫外线吸收剂UV-531经高速搅拌混合均匀；
(2)将步骤(1)中获得的混合物料送入双螺杆挤出机中，同时在双螺杆挤机的侧喂料口加入玻璃纤维20份，进行造粒制得玻纤增强PC/ABS合金材料；
其中双螺杆挤出机一区螺杆温度为220～240℃；二区至机头的螺杆温度为240～280℃，优选为250～270℃，其中侧喂料口处的螺杆温度为260-270℃；螺杆转速300r/min。
制备的复合物按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，性能测试结果如表2所示。
实施例4
(1)将60份PC 2200R树脂，10份MBS TR-557树脂，5份相容剂SMA26120、5份增韧剂EM500，0.5份热稳定剂2，6-三丁基-4-甲基苯酚、0.7份润滑剂A-C540A、1份紫外线吸收剂UV-P以及10份黑母粒UN2014经高速搅拌混合均匀；
(2)将步骤(1)中获得的混合物料送入双螺杆挤出机中，同时在双螺杆挤机的侧喂料口加入玻璃纤维10份，进行造粒制得玻纤增强PC/ABS合金材料；
其中双螺杆挤出机一区螺杆温度为220～240℃；二区至机头的螺杆温度为240～280℃，优选为250～270℃，其中侧喂料口处的螺杆温度为260-270℃；螺杆转速350r/min。
制备的复合物按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，性能测试结果如表2所示。
实施例5
(1)将65份PC 2200R树脂，15份ABS 750树脂，4份相容剂SMA26120、1份增韧剂EM500，0.3份热稳定剂(抗氧剂1076：抗氧剂168＝1：2，质量比)及1份润滑剂PETS经高速搅拌混合均匀；
(2)将步骤(1)中获得的混合物料送入双螺杆挤出机中，同时在双螺杆挤机的侧喂料口加入15份玻璃纤维，进行造粒制得玻纤增强PC/ABS合金材料；
其中双螺杆挤出机一区螺杆温度为220～240℃；二区至机头的螺杆温度为240～280℃，优选为250～270℃，其中侧喂料口处的螺杆温度为260-270℃；螺杆转速320r/min。
制备的复合物按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，性能测试结果如表2所示。
实施例6
(1)将30份PC 2200R树脂，25份ABS 750树脂，10份相容剂SMA26120、10份增韧剂AX8900，0.1份热稳定剂(抗氧剂1076：抗氧剂168＝1：2，质量比)及0.6份润滑剂聚乙烯蜡(A-C540A)和硬脂酸酰胺(SR)(质量比1：1)经高速搅拌混合均匀；
(2)将步骤(1)中获得的混合物料送入双螺杆挤出机中，同时在双螺杆挤机的侧喂料口加入25份玻璃纤维，进行造粒制得玻纤增强PC/ABS合金材料；
其中双螺杆挤出机一区螺杆温度为220～240℃；二区至机头的螺杆温度为240～280℃，优选为250～270℃，其中侧喂料口处的螺杆温度为260-270℃；螺杆转速290r/min。
对比例
(1)将65份PC IR2200树脂(熔指10g/10min)，15份ABS 8434树脂(本体法ABS)，4份相容剂SMA26120、1份增韧剂EM500，0.3份热稳定剂(抗氧剂1076：抗氧剂168＝1：2，质量比)及1份润滑剂PETS经高速搅拌混合均匀；
(2)将上述混合物送入双螺杆挤出机中挤出造粒，同时在双螺杆挤机的侧喂料口加入1份长玻纤，进行造粒制得玻纤增强PC/ABS合金材料；
其中双螺杆挤出机一区螺杆温度为220～240℃；二区至机头的螺杆温度为240～280℃，优选为250～270℃；螺杆转速300r/min。
制备的复合物按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，性能测试结果如表2所示。
表2
由表2可以看出，本发明制备的合金材料相比于现有的一般玻纤增强PC/ABS合金材料来讲，在材料热焊接性能方面得到了较大的提升，同时可以根据制件的不同实际要求来达到 相应的耐热温度；另一方面，材料的刚性和流动加工成型性能得到提升，这是因为选择了高流动的PC确实更有利于热焊性能，另一方面短切玻纤的选择对材料的流动性影响也比较小，可在对力学性能以及有焊接性能均有要求的场合使用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高焊接性能的玻纤增强PC/ABS合金材料，其特征在于：其由以下组分按重量份制备而成：
聚碳酸酯30～90份，
ABS树脂1～30份，
玻璃纤维1～30份，
相容剂1～10份，
增韧剂1～10份，
加工助剂0.1～1份，
其他助剂0～3份。
2.根据权利要求1所述的玻纤增强PC/ABS合金材料，其特征在于：所述的聚碳酸酯选自相对密度为1.19g/cm3～1.21g/cm3，在300℃/1.2Kg条件下熔融指数大于19g/10min，分子量为15000-20000。
3.根据权利要求1所述的玻纤增强PC/ABS合金材料，其特征在于：所述的ABS树脂为采用乳液聚合法制备而成的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸三元共聚物或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物。
4.根据权利要求1所述的玻纤增强PC/ABS合金材料，其特征在于：所述的玻璃纤维选自长度为1～6mm、单丝直径为9～13μm的短切玻纤。
5.根据权利要求1所述的玻纤增强PC/ABS合金材料，其特征在于：所述的相容剂选自苯乙烯与马来酸酐的无规共聚物、ABS接枝马来酸酐相容剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的玻纤增强PC/ABS合金材料，其特征在于：所述的增韧剂选自乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯或以丁二烯橡胶相为核、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯为壳的核壳结构抗冲改性剂。
7.根据权利要求1所述的玻纤增强PC/ABS合金材料，其特征在于：所述的加工助剂为热稳定剂和润滑剂，所述的热稳定剂选自硫代酯类热稳定剂、受阻胺、受阻酚、亚磷酸酯中的至少一种；
所述的润滑剂选自液体石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺、甲撑双硬脂酸酰胺、N，N-乙撑双硬脂酸酰胺、硅油或季戊四醇硬脂酸脂中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的玻纤增强PC/ABS合金材料，其特征在于：所述的硫代酯类热稳定剂选自硫代二丙酸二（十二醇）酯、硫代二丙酸二（十八醇）酯、硫代二丙酸二（十三醇）酯或硫代二丙酸二（十四醇）酯；
所述的受阻胺选自萘胺、二苯胺或对苯二胺；
所述的受阻酚选自2，6-三丁基-4-甲基苯酚、双（3，5-三丁基-4-羟基苯基）硫醚或四〔β-(3，5-三丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯。
9.根据权利要求1所述的玻纤增强PC/ABS合金材料，其特征在于：所述的其他助剂为紫外线吸收剂、着色剂中的至少一种；所述的紫外线吸收剂选自苯酮类、苯并三唑类中的至少一种。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的玻纤增强PC/ABS合金材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将聚碳酸酯30～90份，ABS树脂1～30份，相容剂1～10份，增韧剂1～10份，加工助剂0.1～1份；其他助剂0～3混合均匀；
（2）将步骤（1）中获得的混合物料送入双螺杆挤出机中，同时在双螺杆挤机的侧喂料口加入玻璃纤维1～30份，进行造粒制得玻纤增强PC/ABS合金材料；
所述双螺杆挤出机一区螺杆温度为220～240℃；二区至机头的螺杆温度为240～280℃，侧喂料口处的螺杆温度为260-270℃。
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