CN107189395A - 一种玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物，包括以下重量份的组分：聚碳酸酯：70～90份；增韧剂：2～6份；玻璃纤维：10～30份；润滑剂：0.1‑0.8份；抗氧剂：0.1‑0.3份；偶联剂：0.2‑0.4份。其中，所述增韧剂为氧化聚乙烯与丙烯酸甲酯‑丁二烯‑苯乙烯的混合物，所述氧化聚乙烯和丙烯酸甲酯‑丁二烯‑苯乙烯质量比为1:1～3。氧化聚乙烯化合物在行业内普遍作为润滑剂使用，本发明在制备玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物时，以氧化聚乙烯作为增韧剂的组成部分，制备得到的玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物的韧性得到了显著的提高，同时还能保持该组合物的高刚性和高流动性。

Description

一种玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于聚碳酸酯组合物领域，尤其涉及一种玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物及其制备方法。
背景技术
玻璃纤维增强聚碳酸酯是最早工业化的聚碳酸酯(PC)改性产品之一，相比于PC，玻璃纤维增强PC的耐疲劳强度和硬度得到了提高，其制品对应力的敏感性有所下降，并且其成本有所降低，同时，玻璃纤维增强PC的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、压缩强度、耐磨性、蠕变和成型收缩率均有所提高，且吸水性有所降低。玻璃纤维增强PC可广泛应用于机械、仪表、电气与电讯等工业产品中，例如电子计算机零件、飞机零件、自行车零件盒及其他对刚性、尺寸稳定度、耐冲击性有较高要求的零部件。
传统玻璃纤维增强PC的不足之处是材料的韧性不高，限制了玻璃纤维增强PC的应用，特别是薄壁制品，其要求玻璃纤维增强PC具有较高刚性同时还要求具有较高的韧性及流动性。当今市场上对增强PC的需求很大，国内很多企业在这一方面也做了不少的研究，但有报道的却不多。在有报道的文献中，主要用高密度聚乙烯(CN1400249A)、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油无规共聚物(CN102181139A)、聚酰胺(CN102101939A)及EVA(CN102604353A)作为增韧剂来提高玻璃纤维增强PC材料的韧性，但存在共性是材料韧性仍然偏低，且在提高材料韧性的同时难以保持高刚性与高流动性，不能满足特殊薄壁制品对玻璃纤维增强PC高韧性、高刚性以及高流动性的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种具有高刚性，同时具有高韧性及高流动性的玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物，并相应提供其制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物，包括以下质量分数的组分：
聚碳酸酯：70～90份；
增韧剂：2～6份；
玻璃纤维：10～30份；
润滑剂：0.1-0.8份；
抗氧剂：0.1-0.3份；
偶联剂：0.2-0.4份；
其中，所述增韧剂为氧化聚乙烯与丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯的混合物，所述氧化聚乙烯和丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯质量比为1∶1～3。
上述玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物中，优选的，所述聚碳酸酯的熔融指数为15-25g/10min。
上述玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物中，优选的，所述玻璃纤维为表面经硅烷偶联剂处理的无碱连续纤维或者3-4mm的短切纤维。用硅烷偶联剂对玻璃纤维表面改性，可以提高其与聚碳酸酯的相容性。组合物中添加玻璃纤维可以提高聚碳酸酯的力学性能和刚性，使聚碳酸酯的线膨胀系数大大减少，尺寸稳定性大大提高，同时还可以克服聚碳酸酯不耐应力导致的开裂和疲劳强度等缺陷。
上述玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物中，优选的，所述玻璃纤维的单丝直径为10μm～13μm。
上述玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物中，优选的，所述抗氧剂由抗氧剂A和抗氧剂B按质量比为1∶1混合而成，且所述抗氧剂A为四丙酸季戊四醇酯，所述抗氧剂B为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯。抗氧剂的存在可以防止聚碳酸酯组合物在加工过程中被氧化降解，影响聚碳酸酯组合物的性能和外观颜色。
上述玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物中，优选的，所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种。偶联剂可以提高玻璃纤维与聚碳酸酯之间的相容性，提高两者之间的结合力。
上述玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物中，优选的，所述的润滑剂为硅酮粉、光亮润滑剂、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或多种。光亮润滑剂为引入极性基团的乙撑双脂肪酸酰胺。润滑剂的存在可以降低聚碳酸酯组合物界面之间的粘附性能。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取聚碳酸酯、增韧剂、润滑剂、抗氧剂、偶联剂混合均匀得到基料，然后从双螺杆挤出机的主喂料口投入基料；
(2)从侧料口添加玻璃纤维，控制挤出温度与主机转速挤出造粒，干燥得到聚碳酸酯组合物。
上述制备方法中，优选的，所述增韧剂的制备方法如下：将氧化聚乙烯和丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯混合，在180-200℃下，经双螺杆挤出机挤出造粒，干燥后包装备用。氧化聚乙烯和丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯二者的协同作用，可以显著增强玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物的韧性。
上述制备方法中，优选的，所述挤出温度为230-260℃，所述主机转速为350rpm。
氧化聚乙烯化合物在行业内普遍作为润滑剂使用，本发明在制备玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物时，以氧化聚乙烯作为增韧剂的组成部分，制备得到的玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物的韧性得到了显著的提高，同时还能保持该组合物的高刚性和高流动性。这是由于氧化聚乙烯的分子链上有一些羧基、羟基和羰基等，它能与聚碳酸酯保持良好的相容性，以使聚碳酸酯具有氧化聚乙烯的优异韧性，并且不会影响聚碳酸酯的流动性与刚性。单独使用氧化聚乙烯作为增韧剂难以加工，选用氧化聚乙烯与丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯的混合物作为本发明的增韧剂不仅能解决难以加工的问题，同时还能满足本发明中所要求的增韧效果。与现有技术相比，本发明制备的玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物具有高韧性、高流动性，同时保持其本身的高刚性，能满足薄壁制品注塑和后期使用要求。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物，包括如下组分：双酚A型聚碳酸酯88份、玻璃纤维10份、增韧剂2份、3-氨丙基三乙氧基硅烷0.3份、抗氧剂0.3份、硅酮粉0.6份。其中，玻璃纤维为4mm的短切纤维，单丝直径10μm，抗氧剂由四丙酸季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯按质量比为1∶1混合而成，增韧剂为氧化聚乙烯和丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯按质量比为1∶3的混合物。
本实施例还提供一种上述玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取聚碳酸酯、增韧剂、润滑剂、抗氧剂、偶联剂放入高混机中混合2分钟得到基料，然后从双螺杆挤出机的主喂料口投入基料；
(2)从侧料口添加玻璃纤维，控制挤出温度为230℃与主机转速为350rpm挤出造粒，在100℃下干燥6h后得到聚碳酸酯组合物，并将聚碳酸酯组合物注塑成测试样条，供检测性能使用。
上述制备方法中，增韧剂的制备方法如下：将氧化聚乙烯和丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯混合，在200℃下，经双螺杆挤出机挤出造粒，干燥后包装备用。
实施例2-4：
一种玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物，其组分和制备方法与实施例1相同，不同之处在于各组分之间的比例关系不同，具体比例关系见表1。
对比例1-2：
一种玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物，其组分和制备方法与实施例1相同，不同之处在于各组分之间的比例关系不同，且组分配方中没有添加增韧剂，具体比例关系见表1。
对比例3：
一种玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物，其组分和制备方法与实施例1相同，不同之处在于各组分之间的比例关系不同，且组分配方中添加的增韧剂为常规增韧剂AX8900，具体比例关系见表1。
表1：各实施例及对比例组分比例关系(数值表示重量份)
原料 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2 对比例3
PC 88 86 84 70 90 70 84
玻璃纤维 10 10 10 30 10 30 10
增韧剂 2 4 6 4 0 0 6
偶联剂 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
抗氧剂 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
硅酮粉 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
将上述各实施例及对比例中制备得到的测试样条在标准条件下调节24h后按ASTM标准进行性能检测，检测结果如表2所示。
表2：各实施例及对比例测试样条性能检测数据
由表2可知，由实施例1-3可知，随着增韧剂含量增加，测试样条的缺口冲击强度及断裂伸长率均有显著的提高，故所用的增韧剂能显著提高玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物的韧性。同时，实施例1-3中测试样条的熔融指数、拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量相比于对比例1-2虽然有所下降，但仍然有较高的保持率，可满足材料的需求，故添加增韧剂提高测试样条韧性的同时还能够保持测试样条的高刚性及高流动性。由实施例1-4与对比例1-2可知，添加本发明中的增韧剂可显著提高测试样条的韧性。由实施例3与对比例3可知，实施例3中的缺口冲击强度及断裂伸长率均明显高于对比例3，所以本发明中的增韧剂的效果明显优于常规增韧剂AX8900。

Claims (10)

1.一种玻璃纤维增强聚碳酸酯组合物，其特征在于，包括以下重量份的组分：
聚碳酸酯：70～90份；
增韧剂：2～6份；
玻璃纤维：10～30份；
润滑剂：0.1-0.8份；
抗氧剂：0.1-0.3份；
偶联剂：0.2-0.4份；
其中，所述增韧剂为氧化聚乙烯与丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯的混合物；所述氧化聚乙烯和丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯质量比为1∶1～3。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述聚碳酸酯的熔融指数为15-25g/10min。
3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述玻璃纤维为表面经硅烷偶联剂处理的无碱连续纤维或者3-4mm的短切纤维。
4.根据权利要求3所述的组合物，其特征在于，所述玻璃纤维的单丝直径为10μm～13μm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的组合物，其特征在于，所述抗氧剂由抗氧剂A和抗氧剂B按质量比为1∶1混合而成，且所述抗氧剂A为四丙酸季戊四醇酯，所述抗氧剂B为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的组合物，其特征在于，所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的组合物，其特征在于，所述的润滑剂为硅酮粉、光亮润滑剂、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或多种。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取聚碳酸酯、增韧剂、润滑剂、抗氧剂、偶联剂混合均匀得到基料，然后从双螺杆挤出机的主喂料口投入基料；
(2)从侧料口添加玻璃纤维，控制挤出温度与主机转速挤出造粒，干燥得到聚碳酸酯组合物。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述增韧剂的制备方法如下：将氧化聚乙烯和丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯混合，在180-200℃下，经双螺杆挤出机挤出造粒，干燥后包装备用。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述挤出温度为230-260℃，所述主机转速为300-350rpm。
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