CN107474511A - 一种改性聚碳酸酯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种改性聚碳酸酯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料领域，公开了一种改性聚碳酸酯复合材料的制备方法。它是由纳米碳化硅粉末、乙烯‑四氟乙烯以及聚碳酸酯粉末进行溶剂分散、超声振动、牵引、冷却、切粒成型得到的产品，其中，进行超声振动时的频率为40KHZ，聚碳酸酯粒度为200um‑350um，密度为1.2g/cm3；纳米碳化硅粒度为15nm‑35nm，密度为3.2g/cm3；乙烯‑四氟乙烯粒度为5 um‑15 um，密度为2.5g/cm3。所述材料在超声振动中，提高了结晶度，细化了晶粒，从而大大提高了材料的耐磨性，因此它能在比原聚碳酸酯更耐磨的情况下使用。

Description

一种改性聚碳酸酯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，尤其涉及到一种纳米碳化硅和乙烯-四氟乙烯共聚物改性聚碳酸酯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯是一种强韧的热塑性树脂，是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物。聚碳酸酯无色透明，耐热，抗冲击，阻燃BI级，在普通使用温度内都有良好的机械性能。同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐冲击性能好，折射率高，加工性能好，不需要添加剂就具有UL94 V-0级阻燃性能。但聚碳酸酯的耐磨性差，一些用于易磨损用途的聚碳酸酯器件需要对表面进行改性处理，以满足各个领域的综合性能和多样化需要。
发明内容
本发明专利的目的在于，针对现有的不足，提供一种在一定条件下对聚碳酸酯材料进行干燥、混合、挤压成型、冷却和切粒，从而得到高耐磨性的聚碳酸酯改性材料，使它能在比原聚四氟乙烯更耐磨的情况下使用。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种改性聚碳酸酯复合材料，由包括以下质量百分比的组分制成：聚碳酸酯粉末80%-90%、纳米碳化硅粉末5%-10%、聚苯硫醚粉末5%-10%。
上述方案中，所述聚碳酸酯粉末的粒度为200um-350um，密度为1.2g/cm3；所述纳米碳化硅粉末的粒度为15nm-35nm，密度为3.2g/cm3；所述乙烯-四氟乙烯粉末的粒度为5um -15 um，密度为2.5g/cm3。
本发明还提供了该改性聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：（1）按照质量百分比称取各组分原料；聚碳酸酯粉末80%-90%、纳米碳化硅粉末5%-10%、聚苯硫醚粉末5%-10%；（2）将上述组分原料放入高混合机里面进行混合，使其均匀；（3）将混合粉末放入盛有无水乙醇的烧杯中，进行超声振动分散，使得混合粉末在无水乙醇中完全溶解；（4）从烧杯中倒出乙醇混合溶液在烘箱中进行烘干，得到烘干粉末；（5）将烘干粉末置于双螺杆挤出机的主进料口中经模头挤压成型；（6）将挤压成型物进行牵引、冷却、切粒和烘干，最终得到成品。
上述方案中，聚碳酸酯粉末的粒度为200um-350um，密度为1.2g/cm3；纳米碳化硅粉末的粒度为15nm-35nm，密度为3.2g/cm3；乙烯-四氟乙烯粉末的粒度为5 um -15 um，密度为2.5g/cm3。
上述方案中，步骤（2）中，在高混合机里面进行混合的时间为15-25min。
上述方案中，步骤（3）中，聚四氟乙烯粉末、纳米碳化硅粉末、聚苯硫醚粉末混合物的总质量与无水乙醇的体积比为10g：200mL，超声振动分散的时间为40-60min。
上述方案中，步骤（4）中，烘箱中烘干温度为110-130℃。
上述方案中，双螺杆挤出机中材料的熔体温度270℃-300℃，熔体压力2 MPa-2.4MPa。
上述方案中，挤压成型物是由从双螺杆挤出机中第一次的挤出料剪碎后再进行二次混合熔融后所得到的挤出物。
本发明的有益效果为：（1）本发明添加的纳米碳化硅粉末引起了晶粒细化机制以及大量纳米碳化硅粉末位错形成了强化机制，提高了材料的力学性能,尤其是对材料的耐磨性能有显著地提高。（2）本发明添加的乙烯-四氟乙烯粉末，加工成型性好，物理性能均衡、机械韧性好、耐射线性能优异，弥补了纯聚碳酸酯耐磨性差的特性，提高了材料的机械性能和摩擦学性能。（3）本发明专利的纳米碳化硅和乙烯-四氟乙烯粉末改性聚碳酸酯复合材料，借助高能超声波实现纳米粒子在材料中的均匀分布，实测表明，本发明专利的改性材料相比未超声波改性的，其耐磨性提高超过60倍，而且还提高了耐磨性和高温力学性能，因此采用本发明专利的改性材料制成的产品可以在比原聚碳酸酯更高的温度下使用。本发明材料可作为耐热材料、耐化学性能材料和耐磨材料在电子电器、眼镜及光学领域应用。
具体实施方式
实施例1
(1)将7.5%纳米碳化硅粉末（粒度为25nm）、7.5%乙烯-四氟乙烯粉末（粒度为100um）与85%聚碳酸酯粉末(粒度为275um)放入高混合机里面混合20min使其混合均匀，并放入盛有200ml无水乙醇的烧杯中，进行超声分散50min，其中超声振动的频率为40KHZ，待复合粉末与无水乙醇完全溶解后，倒出部分清液后于90℃烘箱中过夜得到混合的粉末；(2) 再置于双螺杆挤出机的主进料口中，于285℃的熔体温度、2.2MPa 的熔体压力下经模头挤压成型，为保证纳米碳化硅、乙烯-四氟乙烯在聚碳酸酯基体中分散均匀，第一次的挤出料剪碎后再进行二次混合熔融挤出，得到最终混合带条，然后再经过牵引、冷却、切粒，烘干后得到产品。
实施例2
(1)将10%纳米碳化硅粉末（粒度为35nm）、10%乙烯-四氟乙烯粉末（粒度为150um）与80%聚碳酸酯粉末(粒度为200um)放入高混合机里面混合25min使其混合均匀，并放入盛有200ml无水乙醇的烧杯中，进行超声分散60min，其中超声振动的频率为40KHZ，待复合粉末与无水乙醇完全溶解后，倒出部分清液后于100℃烘箱中过夜得到混合的粉末；(2) 再置于双螺杆挤出机的主进料口中，于300℃的熔体温度、2.4MPa 的熔体压力下经模头挤压成型，为保证纳米碳化硅、乙烯-四氟乙烯在聚碳酸酯基体中分散均匀，第一次的挤出料剪碎后再进行二次混合熔融挤出，得到最终混合带条，然后再经过牵引、冷却、切粒，烘干后得到产品。
实施例3
(1)将5%纳米碳化硅粉末（粒度为15nm）、5%乙烯-四氟乙烯粉末（粒度为50um）与90%聚碳酸酯粉末(粒度为350um)放入高混合机里面混合15min使其混合均匀，并放入盛有200ml无水乙醇的烧杯中，进行超声分散40min，其中超声振动的频率为40KHZ，待复合粉末与无水乙醇完全溶解后，倒出部分清液后于80℃烘箱中过夜得到混合的粉末；(2) 再置于双螺杆挤出机的主进料口中，于270℃的熔体温度、2.0MPa 的熔体压力下经模头挤压成型，为保证纳米碳化硅、乙烯-四氟乙烯在聚碳酸酯基体中分散均匀，第一次的挤出料剪碎后再进行二次混合熔融挤出，得到最终混合带条，然后再经过牵引、冷却、切粒，烘干后得到产品。
实施例4
(1)将纯聚碳酸酯粉末(粒度为350um)放入高混合机里面混合15min使其混合均匀，并放入盛有200ml无水乙醇的烧杯中，进行超声分散40min，其中超声振动的频率为40KHZ，待复其与无水乙醇完全溶解后，倒出部分清液后于80℃烘箱中过夜得到混合的粉末；(2) 再置于双螺杆挤出机的主进料口中，于270℃的熔体温度、2.0MPa 的熔体压力下经模头挤压成型，第一次的挤出料剪碎后再进行二次混合熔融挤出，得到最终混合带条，然后再经过牵引、冷却、切粒，烘干后得到产品。
经检测，通过以上4例实例所得材料，得出了未添加纳米碳化硅粉末和乙烯-四氟乙烯粉末的聚碳酸酯与添加了纳米碳化硅粉末和乙烯-四氟乙烯粉末的聚碳酸酯相比，其耐磨性有较大的提高。
上表给出了4个实施的材料使用不同重量百分含量纳米碳化硅粉末和乙烯-四氟乙烯粉末的后的性能变化情况。从表中可看出，随着纳米碳化硅粉末和乙烯-四氟乙烯粉末重量百分含量的加大，其耐磨性能也随之提高。

Claims (9)

1.一种改性聚碳酸酯复合材料，其特征在于，由包括以下质量百分比的组分制成：聚碳酸酯粉末80%-90%、纳米碳化硅粉末5%-10%、聚苯硫醚粉末5%-10%。
2.根据权利要求1所述的一种改性聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述聚碳酸酯粉末的粒度为200um-350um，密度为1.2g/cm3；所述纳米碳化硅粉末的粒度为15nm-35nm，密度为3.2g/cm3；所述乙烯-四氟乙烯粉末的粒度为5 um -15 um，密度为2.5g/cm3。
3.一种权利要求1或2所述的改性聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按照质量百分比称取各组分原料；聚碳酸酯粉末80%-90%、纳米碳化硅粉末5%-10%、聚苯硫醚粉末5%-10%；
（2）将上述组分原料放入高混合机里面进行混合，使其均匀；
（3）将混合粉末放入盛有无水乙醇的烧杯中，进行超声振动分散，使得混合粉末在无水乙醇中完全溶解；
（4）从烧杯中倒出乙醇混合溶液在烘箱中进行烘干，得到烘干粉末；
（5）将烘干粉末置于双螺杆挤出机的主进料口中经模头挤压成型；
（6）将挤压成型物进行牵引、冷却、切粒和烘干，最终得到成品。
4.根据权利要求3所述的改性聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，聚碳酸酯粉末的粒度为200um-350um，密度为1.2g/cm3；纳米碳化硅粉末的粒度为15nm-35nm，密度为3.2g/cm3；乙烯-四氟乙烯粉末的粒度为5 um -15 um，密度为2.5g/cm3。
5.根据权利要求3所述的改性聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，在高混合机里面进行混合的时间为15-25min。
6.根据权利要求3所述的改性聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，聚四氟乙烯粉末、纳米碳化硅粉末、聚苯硫醚粉末混合物的总质量与无水乙醇的体积比为10g：200mL，超声振动分散的时间为40-60min。
7.根据权利要求3所述的改性聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，烘箱中烘干温度为110-130℃。
8.根据权利要求3所述的改性聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，双螺杆挤出机中材料的熔体温度270℃-300℃，熔体压力2 MPa-2.4MPa。
9.根据权利要求3所述的改性聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，挤压成型物是由从双螺杆挤出机中第一次的挤出料剪碎后再进行二次混合熔融后所得到的挤出物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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