CN109096725B - 一种轻量化pc/abs减重复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻量化PC/ABS减重复合材料，其按重量份数计，由如下组分组成：聚碳酸酯(PC)：45～65份，丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯树脂(ABS)：45‑65份，空心玻璃微珠：15～30份，增韧剂5‑8份，相容剂3‑5份，偶联剂0.5份，润滑剂0.5份和抗氧剂0.5份。本发明还公开了PC/ABS减重复合材料的制备方法，将空心玻璃微珠与增韧剂、偶联剂、相容剂和抗氧剂加入预混后通过侧喂料的方式加入到PC和ABS反应体系中，使得复合材料的减重效果明显，且综合力学性能优异。

Description

一种轻量化PC/ABS减重复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，特别是涉及一种轻量化PC/ABS减重复合材料及其制备方法。
背景技术
随着汽车的普及，使得能源危机日益严重，因而汽车的节能减排已成为我国经济发展重要的发展方向。汽车轻量化能够最直接而有效的实现节能减排的效果，对汽车工业可持续发展具有重要的意义。
然而，汽车轻量化并不是直接减少汽车各部分结构的用料，这样会带来安全隐患。因而，以塑代钢成为汽车轻量化提供了一个理想的解决方案。其中PC/ABS合金材料融合了聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)两种树脂的优越性能，用途很广泛，它能增加丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)耐热尺寸安定性、改善聚碳酸酯(PC)的低温性能和后壁耐冲性，并能降低成本。聚碳酸酯(PC)具有强度高，韧性高，阻燃BI级等优点，但其耐水解稳定性不够高，对缺口敏感，耐有机化学品性较差；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)是一种重要的工程塑料，其可塑性强，易于加工利用，刚性强，但是韧性相对较差。因而，将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)塑料与聚碳酸酯(PC)塑料复配既可以增加丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)塑料的各方面的机械表现能力又能降低其重量，为实现汽车轻量化提供一种理想的材料。但是，单纯依靠聚碳酸酯(PC)塑料的发泡性制备出来的PC/ABS合金塑料受聚碳酸酯(PC)发泡性能的限制，其轻量化的效果仍不能完全满足对汽车轻量化的要求。目前，为了实现轻量化的技术效果，也有将空心玻璃微珠复配进材料的报道。但是，空心玻璃微珠在材料的复合成型过程中对工艺要求高，否则很容易被机械力挤压破碎，因而对实现轻量化的PC/ABS的减重复合材料及其制备工艺的研究对于汽车工业发展以及节能减排具有重要意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：提供一种PC/ABS减重复合材料，解决空心玻璃微珠在PC/ABS复合材料的制备过程中易于破碎的问题，改善PC/ABS减重复合材料的综合力学强度。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：本发明提供了一种轻量化PC/ABS减重复合材料，其特征在于，按重量份数计，由如下组分组成：聚碳酸酯(PC)：45-65份，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)：45-65份，空心玻璃微珠：15～30份，增韧剂5-8份，相容剂3-5份，偶联剂0.5份，润滑剂0.5份，抗氧剂0.5份。
较佳的，所述的聚碳酸酯(PC)的数均分子量为20000-40000，熔融指数为10g/10min。
较佳的，所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)，其中丙烯腈含量为25～35％，丁二烯含量为15～25％，苯乙烯含量为40～60％。
较佳的，所述的空心玻璃微珠的粒径在2～125μm之间。
较佳的，所述的增韧剂为苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物和ABS高胶粉中的至少一种。
较佳的，所述的相容剂为马来酸酐、丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物和苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物中的至少一种。
较佳的，所述的偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂中的至少一种。
较佳的，所述的润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、硅酮母粒和硬脂酸锌中的至少一种。
较佳的，所述的抗氧剂为受阻酚抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的复配物。
本发明还提供了所述的轻量化PC/ABS减重复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)混合均匀，得到混合物料；
2)将空心玻璃微珠、增韧剂、偶联剂、相容剂和抗氧剂加入到高速混合搅拌机中，先500～1500rpm搅拌1～5min后，再1000～2000rpm搅拌2～8min，再加入润滑剂，100～300rpm搅拌0.2～2min，得到混合物料；
3)将步骤1)所得的混合物料通过双螺杆挤出机的主喂料口喂入，将步骤2)所得的混合物从单螺杆挤出机的侧喂料口加入，经挤出、造粒、干燥后即得轻量化PC/ABS减重复合材料。单螺杆挤出机从进料到挤出出料各温区的温度设置为：一区：235～255℃、二区：240～260℃、三区：240～260℃、四区：240～260℃、五区：245～265℃、六区：235～255℃、七区：235～255℃、八区：235～245℃、九区：235～245℃、模头：235～245℃，所述的单螺杆挤出机的螺杆转速为200～300rpm。
本发明的有益效果是：本发明的轻量化PC/ABS减重复合材料通过在PC/ABS复合材料中复配空心玻璃微珠，将空心玻璃微珠与相容剂和增韧剂等预混均匀后将预混物通过侧喂料手段加入反应体系中，并在加入的工艺环节添加了润滑剂，保护了空心玻璃微珠的结构，使得空心玻璃微珠能够最大程度的保持完整性并发挥扩充体积的作用以达到减重的效果。与一般的塑料合金相比，本发明的PC/ABS复合材料的密度更小，比强度更高，机械性能优异。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的轻量化PC/ABS减重复合材料，按重量份数计，由如下组分组成：聚碳酸酯(PC)：45-65份；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)：45-65份；空心玻璃微珠：15～30份；增韧剂5-8份；相容剂3-5份；偶联剂0.5份；润滑剂0.5份；抗氧剂0.5份。
进一步的，所述的聚碳酸酯(PC)的数均分子量为20000-40000，熔融指数为10g/10min。所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)，其中丙烯腈含量为25～35％，丁二烯含量为15～25％，苯乙烯含量为40～60％。所述的空心玻璃微珠的粒径在2～125μm之间。所述的增韧剂选自苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物和ABS高胶粉中的至少一种。所述的相容剂选自马来酸酐、丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物和苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物中的至少一种。所述的偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的至少一种。所述的润滑剂选自季戊四醇硬脂酸酯、硅酮母粒、硬脂酸锌中的至少一种。所述的抗氧剂为受阻酚抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的复配物。
本发明的轻量化PC/ABS减重复合材料的制备方法，按照如下步骤进行：
1)将聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)混合均匀，得到混合物料；
2)将空心玻璃微珠、增韧剂、偶联剂、相容剂和抗氧剂加入到高速混合搅拌机中，先500～1500rpm搅拌1～5min后，再1000～2000rpm搅拌2～8min，再加入润滑剂100～300rpm搅拌0.2～2min，得到混合物料；
3)将步骤1)所得的混合物料通过双螺杆挤出机的主喂料口喂入，将步骤2)所得的混合物从单螺杆挤出机的侧喂料口加入，经挤出、造粒、干燥后即得轻量化PC/ABS减重复合材料。单螺杆挤出机从进料到挤出出料各温区的温度设置为：一区：235～255℃、二区：240～260℃、三区：240～260℃、四区：240～260℃、五区：245～265℃、六区：235～255℃、七区：235～255℃、八区：235～245℃、九区：235～245℃、模头：235～245℃，单螺杆挤出机的螺杆转速为200～300rpm。
对本发明的减重复合材料的性能测定及测定方法如下：
1、表观密度：参照ISO 1183(非泡沫塑料的密度测定方法)；
2、缺口冲击强度：参照ISO 179(简支梁冲击强度的测定)；
3、拉伸强度：参照ISO 527(塑料拉伸性能的测定)；
4、弯曲模量：参照ISO 178(塑料弯曲性能的测定)；
5、复合材料减重率：视常规聚碳酸酯(PC)含量为50％，ABS树脂的含量为50％的PC/ABS合金材料的密度为1.12g/cm3，减重比例(％)＝(1.12-实施例密度)×100/1.12。
为了详细的说明本发明的内容，现列出具体实施例1-6及对比例1和对比例2。
本发明各实施例所用原料均为市售原料，聚碳酸酯(PC)：购自镇江奇美化工有限公司，型号PC110；ABS树脂：购自镇江奇美化工有限公司，型号ABS 757K；空心玻璃微珠：购自中钢集团马鞍山矿院新材料科技有限公司，型号H60；增韧剂：ABS高胶粉，购自上海锦湖日丽塑料有限公司，型号HR181，苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，购自美国罗门哈斯公司，型号MBS；相容剂：丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物，购自日本UMG，型号为A600N，马来酸酐购自南京久州化工，苯乙烯-N苯基马来酰亚胺-马来酸酐共聚物，型号为SMI双马树脂，购自佛山市益思高贸易有限公司；润滑剂：季戊四醇硬脂酸酯，购自意大利发基，型号PETS，硅酮母粒，购自道康宁，型号MB50-002，硬脂酸锌，购自苏州龙跃化工；偶联剂：硅烷偶联剂购自南京优普化工，型号UP901，钛酸酯偶联剂购自南京优普化工，型号UP102；抗氧剂购自巴斯夫中国有限公司：受阻酚抗氧剂，型号为1010，亚磷酸酯抗氧剂，型号为168。
实施例1
本实施例的轻量化PC/ABS减重复合材料的配方组成如下：PC110 45kg，ABS757K45kg，空心玻璃微珠15kg，MBS 5kg，马来酸酐3kg，UP901 0.5kg，PETS 0.5kg，抗氧剂10100.25kg，抗氧剂168 0.25kg。
本实施例的减重复合材料的制备方法参照上述方法进行制备。
对本实施例的减重复合材料的性能评价方法参照上述评价方法进行测定。
实施例2
本实施例的轻量化PC/ABS减重复合材料的配方组成如下：PC110 50kg，ABS757K50kg，空心玻璃微珠20kg，HR181 6kg，A600N 4kg，UP102 0.5kg，MB 50-002 0.5kg，抗氧剂1010 0.1kg，抗氧剂168 0.4kg。
本实施例的减重复合材料的制备方法参照上述方法进行制备。
对本实施例的减重复合材料的性能评价方法参照上述评价方法进行测定。
实施例3
本实施例的轻量化PC/ABS减重复合材料的配方组成如下：PC110 55kg，ABS757K55kg，空心玻璃微珠25kg，MBS 7kg，SMI双马树脂5kg，UP901 0.25kg，UP102 0.25kg，硬脂酸锌0.5kg，抗氧剂1010 0.4kg，抗氧剂168 0.1kg。
本实施例的减重复合材料的制备方法参照上述方法进行制备。
对本实施例的减重复合材料的性能评价方法参照上述评价方法进行测定。
实施例4
本实施例的轻量化PC/ABS减重复合材料的配方组成如下：PC110 60kg，ABS757K60kg，空心玻璃微珠30kg，HR181 8kg，A600N 3kg，UP102 0.5kg，PETS 0.5kg，抗氧剂10100.3份，抗氧剂168 0.2kg。
本实施例的减重复合材料的制备方法参照上述方法进行制备。
对本实施例的减重复合材料的性能评价方法参照上述评价方法进行测定。
实施例5
本实施例的轻量化PC/ABS减重复合材料的配方组成如下：PC110 65kg，ABS757K65kg，空心玻璃微珠22kg，MBS 6kg，马来酸酐5kg，UP901 0.5kg，MB50-002 0.5kg，抗氧剂1010 0.2kg，抗氧剂168 0.3kg。
本实施例的减重复合材料的制备方法参照上述方法进行制备。
对本实施例的减重复合材料的性能评价方法参照上述评价方法进行测定。
实施例6
本实施例的轻量化PC/ABS减重复合材料的配方组成如下：PC110 53kg，ABS757K53kg，空心玻璃微珠27kg，HR181 7kg，SMI双马树脂3kg，UP1020.5kg，硬脂酸锌0.5kg，抗氧剂1010 0.25kg，抗氧剂168 0.25kg。
本实施例的减重复合材料的制备方法参照上述方法进行制备。
对本实施例的减重复合材料的性能评价方法参照上述评价方法进行测定。
对比例1
本实施例的轻量化PC/ABS减重复合材料的配方组成按重量份计如下：PC11050kg，ABS757K 50kg，空心玻璃微珠20kg，HR181 6kg，A600N 4kg，UP102 0.5kg，抗氧剂10100.1kg，抗氧剂168 0.4kg。
本实施例的减重复合材料的制备方法按照如下步骤进行：
1)将聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)、空心玻璃微珠、增韧剂、相容剂、润滑剂、偶联剂和抗氧剂加入到高速混合搅拌机中混合均匀，得到混合物料；
2)将步骤1)所得的混合物料通过双螺杆挤出机的主喂料口喂入，经挤出、造粒、干燥后即得普通PC/ABS复合材料。所述的单螺杆挤出机从进料到挤出出料各温区的温度设置为：一区：235～255℃、二区：240～260℃、三区：240～260℃、四区：240～260℃、五区：245～265℃、六区：235～255℃、七区：235～255℃、八区：235～245℃、九区：235～245℃、模头：235～245℃，所述的单螺杆挤出机的螺杆转速为200～300rpm。
对比例2
本实施例的轻量化PC/ABS减重复合材料的配方组成按重量份计如下：PC11060kg，ABS757K 60kg，HR181 8kg，A600N 3kg，UP102 0.5kg，PETS 0.5kg，抗氧剂10100.3kg，抗氧剂168 0.2kg。
本实施例的减重复合材料的制备方法参照对比例1的方法进行制备，区别在于，本实施例中未添加空心玻璃微珠。
对本实施例的减重复合材料的性能评价方法参照上述评价方法进行测定。
实施例1-6及对比例1-2的配方组分表及各实施例的减重复合材料的性能评价结果如表1和表2所示：
表1实施例1-6及对比例1-2配方组分表
Figure GDA0002959389310000071
Figure GDA0002959389310000081
表2实施例1-6及对比例1-2的性能评估结果
Figure GDA0002959389310000082
本发明的轻量化PC/ABS减重复合材料，通过相容剂和增韧剂等将空心玻璃微珠预分散，并通过侧喂料的方式将空心玻璃微珠的预混物加入体系中，并且在侧喂料的同时加入润滑剂使得空心玻璃微珠的球形态得到最大程度的保护。从实施例1-6可以看出随着空心玻璃微珠添加比例的提高，复合材料的减重效果逐步增加，最高减重比例能达到16％以上，且综合力学性能优异。从实施例1-6与对比例1-2的实施例制备的减重复合材料的性能分析可看出，将空心玻璃微珠通过侧喂的方式明显比经过主喂料方式保存的好，对比例1的密度大了，显然主喂料方式的空心玻璃微珠已经被剪切破碎，空心玻璃微珠也未起到减重的效果，因而在对比例1中复合材料的密度不降反升。在对比例2中，由于未添加空心玻璃微珠，因而复合材料的密度无太大变化。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种轻量化PC/ABS减重复合材料的制备方法，其特征在于，按重量份数计，轻量化PC/ABS减重复合材料由如下组分组成：
聚碳酸酯(PC)：45～65份，
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)：45-65份，
空心玻璃微珠：15～30份，
增韧剂5-8份，
相容剂3-5份，
偶联剂0.5份，
润滑剂0.5份，
抗氧剂0.5份；
制备方法包括以下步骤：
1）将聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)混合均匀，得到混合物料；
2）将空心玻璃微珠、增韧剂、偶联剂、相容剂和抗氧剂加入到高速混合搅拌机中，先500～1500rpm搅拌1～5min后，再1000～2000rpm搅拌2～8min，再加入润滑剂，100～300rpm搅拌0.2～2min，得到混合物料；
3)将步骤1)所得的混合物料通过双螺杆挤出机的主喂料口喂入，将步骤2）所得的混合物从单螺杆挤出机的侧喂料口加入，经挤出、造粒、干燥后即得轻量化PC/ABS减重复合材料；
单螺杆挤出机从进料到挤出出料各温区的温度设置为：一区：235～255℃、二区：240～260℃、三区：240～260℃、四区：240～260℃、五区：245～265℃、六区：235～255℃、七区：235～255℃、八区：235～245℃、九区：235～245℃、模头：235～245℃，所述的单螺杆挤出机的螺杆转速为200～300rpm；
其中所述润滑剂是保护了空心玻璃微珠的结构的润滑剂。
2.根据权利要求1所述的一种轻量化PC/ABS减重复合材料的制备方法，其特征在于，所述的聚碳酸酯(PC)的数均分子量为20000-40000，熔融指数为10g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种轻量化PC/ABS减重复合材料的制备方法，其特征在于，所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)，其中丙烯腈含量为25~35%，丁二烯含量为15~25%，苯乙烯含量为40~60%。
4.根据权利要求1所述的一种轻量化PC/ABS减重复合材料的制备方法，其特征在于，所述的空心玻璃微珠的粒径在2～125μm之间。
5.根据权利要求1所述的一种轻量化PC/ABS减重复合材料的制备方法，其特征在于，所述的增韧剂为苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯三元共聚物和ABS高胶粉中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种轻量化PC/ABS减重复合材料的制备方法，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐、丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物和苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种轻量化PC/ABS减重复合材料的制备方法，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种轻量化PC/ABS减重复合材料的制备方法，其特征在于，所述的润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、硅酮母粒和硬脂酸锌中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种轻量化PC/ABS减重复合材料的制备方法，其特征在于，所述的抗氧剂为受阻酚抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的复配物。
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