CN107936521B - 一种轻量化pc/abs微发泡复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种轻量化PC/ABS微发泡复合材料及其制备方法，所述轻量化PC/ABS微发泡复合材料由原料组合物制成，所述原料组合物包括：聚碳酸酯25～65重量份、丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物35～75重量份、相容剂2～5重量份、化学发泡剂2～4重量份、分子筛2～5重量份、硅烷偶联剂0.2～0.5重量份、抗氧剂0.2～0.4重量份、润滑剂0.5～1重量份、可选择的助剂0～2重量份，本发明的PC/ABS微发泡复合材料具有密度低和优异的机械强度的特点，能够广泛应用于汽车车门把手、阴流板、转向柱护套、装饰板、车轮罩、反光镜外壳等汽车内外饰产品中。

Description

一种轻量化PC/ABS微发泡复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种轻量化PC/ABS微发泡复合材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC)具有高韧性、高强度、耐腐蚀、电绝缘等优点，同时也存在熔体粘度大，流动性差，缺口冲击强度低等缺点，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)具有强度高、韧性好，易于加工成型等优点，其存在耐热与耐候性差、机械性能差、易燃等缺点，采用ABS与PC熔融共混混后能够兼顾两者的优点，赋予复合材料优异的力学性能、良好的耐热性和耐候性，良好的加工流动性，是制造汽车仪表板的理想材料，也被广泛应用于车门把手、阴流板、托架、转向柱护套、装饰板、空调系统配件、车轮罩、反光镜外壳等汽车内外饰产品。
随着能源枯竭与工业化的进步，汽车节能减排已成为我国经济发展重要的发展方向，汽车轻量化作为实现节能减排的重要措施之一，对汽车工业可持续发展具有重要的意义，采用轻量化材料是汽车轻量化技术中最有效的手段之一。聚合物微发泡材料以热塑性聚合物材料为基体，内部含有从几十微米到几百微米尺寸泡孔的多孔材料，和常规聚合物相比，微发泡材料密度小、比强度高、机械性能优异，同时发泡产品还具有缩短成型周期、提高注塑效率、减少注塑缺陷、改善尺寸稳定性等优点，还具备隔热、吸音、缓冲性能等特殊性能，受到汽车工业的广泛应用。碳酸氢钠作为典型而常用的无机吸热型发泡剂，具有发气量大、原料廉价、绿色环保已经广泛被应用于橡塑行业，然而碳酸氢钠属于弱碱性发泡剂，分解生成碳酸钠、二氧化碳和水，而PC在高温加工过程中对微量水分极其敏感，均会导致PC分子链降解，降低PC/ABS发泡合金的性能，制约着PC/ABS的应用领域。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种轻量化PC/ABS微发泡复合材料，它具有优异的热稳定性和抗水解稳定性。
本发明的目的之二是提供一种轻量化PC/ABS微发泡复合材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种轻量化PC/ABS微发泡复合材料，所述轻量化PC/ABS微发泡复合材料由原料组合物制成，所述原料组合物包括：
Figure BDA0001509372420000021
本发明还提供一种所述的轻量化PC/ABS微发泡复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将分子筛与硅烷偶联剂在有机溶剂中在60～80℃搅拌混合24～48h，得到改性分子筛；
(2)将改性分子筛、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-GMA、抗氧剂、润滑剂和助剂混合均匀后，投入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到PC/ABS合金材料；
(3)将PC/ABS合金材料与化学发泡剂混合均匀，投入注塑机料斗中，二次开模注塑成型，得到轻量化PC/ABS微发泡复合材料。
通过上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
(1)分子筛具有丰富的孔道结构，能够吸附发泡剂分解产生的水分，有效抑制聚碳酸酯在高温加工过程中分子链的降解。
(2)采用硅烷偶联剂对分子筛进行表面修饰，在分子筛的表面引入官能团，增强了分子筛与树脂的界面作用，使得分子筛在树脂基体中均匀分散。
(3)苯乙烯-丙烯腈-GMA能够与聚碳酸酯的端羧基、端羟基反应，提高聚碳酸酯的分子量，提高PC/ABS材料的机械性能和热稳定性好。
(4)本发明的PC/ABS微发泡复合材料具有密度小和优异的机械强度的特点，能够广泛应用于汽车车门把手、阴流板、转向柱护套、装饰板、车轮罩、反光镜外壳等汽车内外饰产品中。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种轻量化PC/ABS微发泡复合材料，所述轻量化PC/ABS微发泡复合材料由原料组合物制成，所述原料组合物包括：
Figure BDA0001509372420000041
优选条件下，所述聚碳酸酯选自脂肪族聚碳酸酯和/或芳香族聚碳酸酯，所述脂肪族聚碳酸酯可以为光气法脂肪族聚碳酸酯、酯交换法脂肪族聚碳酸酯，加成聚合法脂肪族聚碳酸酯；所述芳香族聚碳酸酯可以为酯交换法芳香族聚碳酸酯、界面缩聚法芳香族聚碳酸酯。
优选条件下，所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)的粒径为190～340nm。
为了优化所述聚碳酸酯(PC)与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)的相容度，优选条件下，所述相容剂为苯乙烯-丙烯腈-GMA。
分子筛中含有丰富的孔道结构，能够吸附化学发泡剂在分解过程中产生的微量水分子，避免聚碳酸酯遇水发生分解，优选条件下，所述分子筛为13X型分子筛。
本发明中，通过硅烷偶联剂对分子筛进行表面改性，增强了分子筛与复合树脂的界面作用，使分子筛在树脂基体中均匀分散，优选条件下，所述硅烷偶联剂选自硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570、硅烷偶联剂KH580、硅烷偶联剂KH590、硅烷偶联剂KH792、硅烷偶联剂KBM602、硅烷偶联剂A151和硅烷偶联剂A171中的至少一种。
为了进一步优化PC/ABS微发泡复合材料的抗氧化性，优选条件下，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、硫代硫酸酯类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种，进一步优选的，所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010，所述硫代硫酸酯类抗氧剂为抗氧剂DLTP，所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168。
为了简化PC/ABS微发泡复合材料的挤出工艺，优选条件下，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、褐煤蜡、乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
为了进一步PC/ABS微发泡复合材料的综合性能，本发明还在复合材料中加入了助剂，所述助剂选自紫外光吸收剂、光稳定剂、表面光亮剂、抗静电剂和着色剂中的至少一种，进一步优选的，所述紫外线吸收剂选自UV-9、UV-531和UVP-327中的至少一种；所述光稳定剂选自光稳定剂292、光稳定剂622、光稳定剂770和光稳定剂944中的至少一种；所述表面光亮剂选自芥酸酰胺、单硬脂酸甘油酯、油酸酰胺中的一种；所述抗静电剂选自聚醚酯酰胺、环氧丙烷共聚合物和氧化乙烯中的至少一种；所述着色剂选自炭黑、柠檬黄、靛蓝、酞菁绿中的至少一种。
本发明还提供一种所述的轻量化PC/ABS微发泡复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将分子筛与硅烷偶联剂在有机溶剂中在60～80℃搅拌混合24～48h，得到改性分子筛；
(2)将改性分子筛、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-GMA、抗氧剂、润滑剂和助剂混合均匀后，投入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到PC/ABS合金材料；
(3)将PC/ABS合金材料与化学发泡剂混合均匀，投入注塑机料斗中，二次开模注塑成型，得到轻量化PC/ABS微发泡复合材料。
优选条件下，在步骤(2)中，本发明对有机溶剂的种类没有特殊的要求，可以为所属领域技术人员所知，例如可以为乙醇。
优选条件下，在步骤(2)中，所述熔融挤出工艺为：挤出温度为220～250℃，螺杆转速为350～400r/min，真空度为-0.06～-0.08MPa。
优选条件下，在步骤(3)中，所述注塑成型的温度为230～250℃。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，PC 1225L购自嘉兴帝人；ABS(MG94)购自天津大沽；苯乙烯-丙烯腈-GMA(SAG-005)购自佳易容；化学发泡剂(EB207)购自日本永和化成工业株式会社；13X型分子筛购自上海久宙化学品有限公司。
实施例1
一种轻量化PC/ABS微发泡复合材料，由以下物质制成：
Figure BDA0001509372420000061
所述的轻量化PC/ABS微发泡复合材料的制备方法，步骤如下：
(1)将2重量份13X分子筛与0.2重量份硅烷偶联剂KH570在200mL乙醇中在60℃搅拌混合48h，然后用乙醇离心洗涤3次，将产物在真空条件下，在50℃下干燥36h，得到改性分子筛；
(2)将改性分子筛、25重量份PC 1225L、75重量份ABS(MG94)、2重量份苯乙烯-丙烯腈-GMA(SAG-005)、0.1重量份抗氧剂1010、0.1重量份抗氧剂168、0.5重量份润滑剂PE蜡混合均匀后，投入注塑机料斗中，进行熔融挤出、造粒，得到PC/ABS合金材料，其中熔融挤出工艺为：挤出温度为250℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.08MPa；
(3)将PC/ABS合金材料与2重量份化学发泡剂(EB207)混合均匀，投入双螺杆挤出机中，在250℃注塑成型，得到轻量化PC/ABS微发泡复合材料。
实施例2
一种轻量化PC/ABS微发泡复合材料，由以下物质制成：
Figure BDA0001509372420000071
所述的轻量化PC/ABS微发泡复合材料的制备方法，步骤如下：
(1)将4重量份13X分子筛与0.4重量份硅烷偶联剂KH570在200mL乙醇中在70℃搅拌混合36h，然后用乙醇离心洗涤3次，将产物在真空条件下，在50℃下干燥36h，得到改性分子筛；
(2)将改性分子筛、65重量份PC 1225L、35重量份ABS、4重量份苯乙烯-丙烯腈-GMA(SAG-005)、0.15重量份抗氧剂1010、0.15重量份抗氧剂168、1重量份PE蜡混合均匀后，投入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到PC/ABS合金材料，其中熔融挤出工艺为：挤出温度为220℃，螺杆转速为350r/min，真空度为-0.06MPa。
(3)将PC/ABS合金材料与3重量份化学发泡剂(EB207)混合均匀，投入注塑机料斗中，在230℃注塑成型，得到轻量化PC/ABS微发泡复合材料。
实施例3
一种轻量化PC/ABS微发泡复合材料，由以下物质制成：
Figure BDA0001509372420000081
所述的轻量化PC/ABS微发泡复合材料的制备方法，步骤如下：
(1)将5重量份13X分子筛与0.4重量份硅烷偶联剂KH550在200mL乙醇中在70℃搅拌混合24h，然后用乙醇离心洗涤3次，将产物在真空条件下，在50℃下干燥36h，得到改性分子筛；
(2)将改性分子筛、65重量份PC 1225L、35重量份ABS(MG94)、5重量份苯乙烯-丙烯腈-GMA(SAG-005)、0.15重量份抗氧剂1010、0.15重量份抗氧剂DLTP、1重量份季戊四醇硬脂酸酯、1重量份炭黑和1重量份氧化乙烯混合均匀后，投入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到PC/ABS合金材料，其中熔融挤出工艺为：挤出温度为240℃，螺杆转速为380r/min，真空度为-0.06MPa；
(3)将PC/ABS合金材料与4重量份化学发泡剂(EB207)混合均匀，投入注塑机料斗中，在240℃注塑成型，得到轻量化PC/ABS微发泡复合材料。
实施例4
一种轻量化PC/ABS微发泡复合材料，由以下物质制成：
Figure BDA0001509372420000091
所述的轻量化PC/ABS微发泡复合材料的制备方法同实施例3。
对比例1
按照实施例3的方法，不同的是，不含有分子筛。
对比例2
按照实施例3的方法，不同的是，不对分子筛进行表面改性。
对比例3
按照实施例3的方法，不同的是，不含有苯乙烯-丙烯腈-GMA。
测试1：将上述实施例1～4以及对比例1～3制得的PC/ABS微发泡复合材料主要物性指标根据相关检测标准测试，其表观密度、泡孔平均直径的检测结果如表1所示。
表1：实施例1～4和对比例1～3中PC/ABS微发泡复合材料的性能指标
表观密度g/cm<sup>3</sup> 泡孔平均直径(μm) 减重/％
实施例1 0.931 81 13
实施例2 0.901 75 21
实施例3 0.837 63 23
实施例4 0.856 66 21
对比例1 1.01 100 11
对比例2 0.93 90 18
对比例3 1.08 115 13
从表1中可以看出，通过实施例3和对比例1可以看出改性后的分子筛能够提升PC/ABS微发泡复合材料的表观密度和泡孔平均直径都降低。
测试2：将上述实施例1～4以及对比例1～3制得的PC/ABS微发泡复合材料主要力学物性指标根据相关检测标准测试，其悬臂梁缺口冲击强度、缺口冲击强度变化率、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量的检测标准与检测结果如表2所示。其中，缺口冲击变化率(％)＝(水解前的缺口冲击强度-水解后的缺口冲击强度)/水解前的缺口冲击强度；
其中水解试验的条件为：冲击样条在90℃，95％RH，放置500h来测试其缺口冲击强度。
表2：实施例1～4和对比例1～3中PC/ABS微发泡复合材料的力学指标
Figure BDA0001509372420000111
从表2中可以看出，通过实施例3和对比例1可以看出改性后的分子筛能够提升PC/ABS微发泡复合材料的机械强度，通过实施例3与对比例3对比可以看出，添加苯乙烯-丙烯腈-GMA能够进一步提高PC/ABS微发泡复合材料的机械强度，通过对比例1与对比例2可以看出通过添加分子筛能够显著增加PC/ABS微发泡复合材料的机械强度及抗水解性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (1)

1.一种轻量化PC/ABS微发泡复合材料，其特征在于，由原料组合物制成，所述原料组合物包括：
Figure FDA0002868176680000011
所述的轻量化PC/ABS微发泡复合材料的制备方法，步骤如下：
(1)将13X分子筛与硅烷偶联剂KH570在乙醇中在60℃搅拌混合48h，然后用乙醇离心洗涤3次，将产物在真空条件下，在50℃下干燥36h，得到改性分子筛；
(2)将改性分子筛、PC 1225L、ABS、苯乙烯-丙烯腈-GMA、抗氧剂1010、抗氧剂168、润滑剂PE蜡混合均匀后，投入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到PC/ABS合金材料，其中熔融挤出工艺为：挤出温度为250℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.08MPa；
(3)将PC/ABS合金材料与化学发泡剂EB207混合均匀，投入注塑机料斗中，在250℃注塑成型，得到轻量化PC/ABS微发泡复合材料。
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