CN109467901A - 一种高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的玻纤增强pc/abs合金及其制备方法 - Google Patents

一种高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的玻纤增强pc/abs合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高分子材料领域，具体是一种高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的玻纤增强PC/ABS合金，由以下成分按如下重量份组成：高强度PC树脂30～60份，超高流动永久抗静电PC母粒5～20份，ABS树脂20～40份，增韧剂2～5份，玻璃纤维5～30份，润滑剂0.1～1份，抗氧剂0.1～1份。本发明解决了玻纤增强PC/ABS材料表面浮纤的问题，使得玻纤增强PC/ABS可以作为高光部件使用，表面不需要喷漆处理，并且解决了由于常规玻璃纤维长径比较大，在高低温试验中会出现翘曲变形的问题，并且该体系还具有很好的永久抗静电作用，进一步拓展了PC/ABS作为汽车内饰的使用并降低了综合成本。

Description

一种高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的玻纤增强PC/ ABS合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体地说，是一种适用于汽车中控面板或饰条等高光部件，具有高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的玻纤增强PC/ABS合金及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC)是一种线型聚碳酸酯，是一种无定形的工程塑料，具有良好的韧性、透明性和耐热性。ABS具有很好的流动性和冲击性能。因此，PC与ABS共混，可以综合PC和ABS两者的优良性能，既可以提高ABS的耐热性和拉伸强度，又可以降低PC的熔体黏度，改善加工性能，减少对应力开裂的敏感性，并可降低成本。所以PC/ABS经常作为汽车内饰材料。但是，现在考虑到轻量化及环保的一些要求，内饰材料的设计逐渐趋向于薄壁化及免喷涂等要求。PC/ABS在设计一些薄壁或狭长的面板或饰条，在-40～100℃的高低循环温试验后，经常会发生横纵向收缩不一样而导致翘曲或变形等问题。另外，PC/ABS材料像大多数塑料一样，具有很高的电阻率，其表面极易产生静电而沉积灰尘，很难进行清理，使得汽车的品质受到很大的影响。
玻璃纤维因其高强度、尺寸稳定性和低成本等特点，可显著改善PC/ABS的强度和尺寸稳定性，但是在实际使用中玻纤增强的PC/ABS材料有玻纤外露的问题而且横纵向的尺寸收缩率有很大的差别，所以这种材料目前只能作为内部结构件或者需要表面喷漆处理。本专利有效地解决了这一难题，可以制备高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的PC/ABS材料，可以直接作为外观件使用而不再需要进行喷漆或IMD模内装饰等后加工工艺；部件表面也不会出现吸灰的问题，显著地提高了PC/ABS的品质并降低了部件的综合成本。
中国专利文献CN106433075A(申请号201610943989.9)公开了一种高光泽低翘曲聚碳酸酯增强阻燃材料，该专利通过添加硅酮作为改善浮纤的助剂，硅酮类材料是常规的浮纤外露改善剂，但是对于聚碳酸酯这样粘度很高的材料，改善作用很有限。
中国专利文献CN106750949A(申请号201611212451.7)公开了一种家电用高光泽低浮纤增强聚丙烯材料及其制备方法，该专利使用高流动聚丁烯，其在双螺杆中剪切变稀的性质，使其在制样过程中浮至材料表面，对外露的浮纤进行覆盖，制备高光泽的PP材料。但是，其只说明对PP材料浮纤的改善，而且未对抗静电性方面做出说明。
中国专利文献CN101899204B(申请号201010118476.7)公开了一种抗静电PC/ASA合金材料及其备注方法，该专利使用聚醚酰胺类永久抗静电剂，但是这种抗静电助剂对材料的强度和耐热有很大的影响，而且对尺寸稳定性的改善也没有帮助。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的PC/ABS合金及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供一种高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的PC/ABS合金，由以下成分按如下重量份组成：
其中，
所述的高强度PC树脂为重均分子量为23,000～30,000g/mol的双酚A型聚碳酸酯，其玻璃化温度为140～150℃，熔融指数为2～6g/10min(测试条件为300℃*1.2kg)。具体可选用LG PC 201-10，湖南石化PC 1100，科思创PC 3100或PC 2800，优选用科思创的PC3100，熔指为6g/10min。
所述的超高流动永久抗静电PC母粒由如下重量百分比的原料组成：
超高流动PC树脂：80～99％，
高导热和永久抗静电材料：1～20％；
其中，所述的超高流动PC树脂为重均分子量为10,000～21,000g/mol的双酚A型聚碳酸酯，其玻璃化温度为140～150℃，熔融指数为20～80g/10min(测试条件为300℃*1.2kg)。具体可选用LG PC 201-20，湖南石化PC 1220，科思创OD2015或PC 2400，优选用科思创的OD2015，熔融指数为70g/10min。
所述的高导热和永久抗静电材料为热导率为2,000～6,000W/mK，电阻率为1×10-2～1×10-8Ω·m的石墨烯、碳纳米管或导电炭黑等材料。具体可选用先丰纳米的石墨烯XF001H，先丰的碳纳米管XFQ045或卡博特的导电炭黑XC72R。优选用先丰的石墨烯XF001H，热导率为5,000W/mK，电阻率为1×10-4Ω·m。超高流动PC树脂与高导热和永久抗静电材料的优选重量比为90：10。
所述的超高流动永久抗静电PC母粒的制造方法包括以下步骤：
(a)按照所述的组分及重量百分比备料；
(b)将备好料的各组分置于高速混合机中，混合5～20min得到混合料；
(c)将混合料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到超高流动永久抗静电PC母粒，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为240-270℃。
所述的ABS树脂，重均分子量为80,000～150,000g/mol，其包括占总重的重量百分比含量为5～30％的橡胶、10～30％的丙烯腈、40～70％的苯乙烯。具体可选用韩国锦湖石油化学株式会社的ABS P/D150、ABS P/D190，高桥石化的ABS8391、ABS8434和苯领的GP-22；优选用苯领的GP-22。
所述的增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，ABS高胶粉，聚氨酯弹性体，乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，乙烯-甲基丙烯酸丁酯共聚物，聚烯烃弹性体，核壳结构的硅橡胶或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯。优选用陶氏EXL-2620。
所述的玻璃纤维为直径8～13um、长度8～12mm的玻璃纤维短切原丝；直径8～13um、长度0.1～0.3mm的磨碎纤维或粒径在2～4um玻璃粉。具体可选用巨石ECS11-03-560A短纤(长度为8～12mm)，泰山T436H短纤(长度为8～12mm)，优合化工的玻璃粉BM-02(粒径为3.5um)或巨石的磨碎纤维EMG13-70C(长度为0.21mm)；优选用玻璃粉BM-02。
所述的润滑剂为硅酮粉、季戊四醇酯(PETS)、聚乙烯蜡或乙撑双硬酯酰胺中的一种或两种以上。优选季戊四醇酯(PETS)。可选德国科宁的P861。
所述的抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂168、亚磷酸酯抗氧剂S-9228、受阻酚抗氧剂1010、受阻酚抗氧剂1098、受阻酚抗氧剂1076中的一种或两种。优选为大分子量亚磷酸酯抗氧剂S-9228和受阻酚抗氧剂1098的混合。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的PC/ABS合金，由以下成分按如下重量份组成：
其中，选用的高强度PC树脂为科思创的PC 3100；
超高流动PC树脂为科思创的OD2015；
高导热和永久抗静电PC母粒为OD2015与XF001H的共混物，重量比为90:10；
选用的ABS树脂为GP22；
选用的增韧剂为陶氏的EXL-2620；
选用的玻璃纤维为优合化工的玻璃粉BM-02；
选用的润滑剂为季戊四醇酯(PETS)；
选用的抗氧剂为Dover的S-9228和Basf的1098。
更优选的，所述的高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的PC/ABS合金，由以下成分按如下重量份组成：
本发明的第二方面，提供一种如上所述的高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的PC/ABS合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。注塑成型温度为220-270℃，模温为60-100℃。
本发明有益效果在于：
1、本发明使用超高流动PC和高导热永久抗静电的石墨烯作为超高流动高导热PC母粒，根据高分子材料的流变性理论，流动越好的材料优先流动到模具的表层，流动性相对低的材料会分布于部件的中间部位。
2、另外，由于超高流动高导热PC母粒具有很好的导热性，所以在注塑过程中，PC母粒流动到模具表面后，表层的材料与模具进行快速的热交换，表层会立即发生凝固；使得内部的玻纤没有时间向表层进行迁移，所以不会出现浮纤的问题。
3、由于超高流动高导热PC母粒的使用，所以在注塑过程中不需要极冷极热的工艺，只需要常规60～100℃的模温就可以达到低浮纤的效果，达到高光泽的效果，可以减少设备方面的投入。
4、其中添加的石墨烯同时具有很好的永久抗静电性能，所以同时能解决部件表面吸灰的不良。
5、由于长径比小的玻璃粉添加，在进行高低温试验中，横纵向的收缩相当，避免了由于横纵向收缩不一致导致的翘曲问题；另外，添加玻璃粉也可以降低模具收缩率，所以尺寸的稳定性也会更好。
6、与现有技术相比，本发明通过解决了玻纤增强PC/ABS材料表面浮纤的问题，使得玻纤增强PC/ABS可以作为高光部件使用，表面不需要喷漆处理，并且解决了由于常规玻璃纤维长径比较大，横纵向的收缩会有很大的差别，导致尺寸不良，且在高低温试验中会出现翘曲变形的问题，并且该体系还具有很好的永久抗静电作用，避免部件表面产生静电而沉积灰尘，进一步拓展了PC/ABS作为汽车内饰的使用并降低了综合成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
在以下各个实施例和对比例中，各原料采用下述成分：
高强度PC树脂：科思创的PC 3100；
超高流动永久抗静电PC材料为OD2015与XF001H的共混物；重量比为90:10；
ABS树脂：苯领的GP-22；
增韧剂：陶氏的EXL-2620；
永久抗静电助剂：日本三洋化成的聚醚酯酰胺类的PELECTRON HS；
玻璃纤维：优合化工的玻璃粉BM-02(粒径为3.5um)；
短纤：泰山T436H短纤(长度为8～12mm)；
磨碎纤维：巨石的磨碎纤维EMG13-70C(长度为0.21mm)；
润滑剂：季戊四醇酯(PETS)，采用德国科宁的P861；
抗氧剂：Basf公司生产的抗氧剂1098和Dover公司的S-9228。
对比例1-6：
表1对比例1-6的组分和配比
制备方法：
S1、按照表1和表2的重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。注塑成型温度为220-270℃，模温为60-100℃。
实施例1-5：
表2实施例1-5的组分和配比
制备方法：
S1、按照表1和表2的重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。注塑成型温度为220-270℃，模温为60-100℃。
实施例6：实施效果的评价
将上述对比例1-6和实施例1-5获得的样品，产品性能测试方法如下：
熔融指数：按ISO 1133，260℃5kg载荷下测试；
弯曲强度：按DIN EN ISO 178，实验速度2mm/min；
缺口冲击强度：按DIN EN ISO 179-1，温度23℃；
线性膨胀系数：按GB/T 1036，测试温度-30℃～80℃，升温速率10℃/min；
模具收缩率：ASTM D955，测试样板大小为100*150*3mm，注塑后样板需在23℃50％RH的条件下恒温24h后，进行尺寸的测试；
抗静电性能：按PV3977，对材料加载70KV的电压，持续15s；然后在120s后测试样品的残留电压；
光泽度：按ASTM D2457，读取20°的数据。
测试结果如下表3和表4所示：
表3对比例1-6的测试结果
表4实施例1-5的测试结果
从对比例1～3可以看到，随着短纤含量的添加，表面浮纤越严重，所以会严重影响表面的光泽度。另外，由于纤维具有方向性，玻纤会沿着流动方向排列，所以平行流动方向的线性膨胀系数和模具收缩率都会比垂直流动方向的线性膨胀系数和模具收缩率低很多，在温度变化的情况下，横纵向的收缩就有很大的差别，所以很容易发生翘曲变形的问题。
从对比例3～5可以看到，使用长径比越小的玻璃粉，两个方向的线性膨胀系数差别越小，即使在-40～80℃的温度下变化，横纵向的尺寸收缩相当，不会出现由于横纵向收缩差别大而导致的翘曲的问题；而且这是因为玻璃粉的粒径只有3.5um，所以表面的浮纤比添加短纤或磨碎纤维效果要好，但是光泽度也只有57，达不到做高光产品的要求。
从对比例3和实施例1～3可以看到，随着超高流动永久抗静电PC母粒用量的增加，材料的光泽度越高。根据高分子流动理论，流动性越好的材料，在注塑成型时，优先达到模具的表面；而流动性较差的PC3100集中在部件的内部，保证了材料的力学性能。另外，由于超高流动PC中含有的高导热的石墨烯，所以首先到达表层的石墨烯，提高了材料的热导率，使得表层的材料能够迅速导热，达到冷却的目的，极大地降低了内部的玻璃纤维或是玻璃粉向表面迁徙的可能性。所以，表面具有很好的光泽度。
从对比例6和实施例2可以看到，通过聚醚酯酰胺(永久抗静电助剂PELECTRON HS)的添加，一年后仍然具有很好的抗静电效果；但是，对刚性有很大的影响；对线性膨胀系数的降低也没有帮助，所以高低温后横纵向的收缩存在很大差异，会出现翘曲的不良。
从实施例1～5可以看到，随着玻纤的长径比越小，材料表面的光泽度越高；当使用粒径2um的玻璃粉，由于长径比相当，所以横纵向的线性膨胀系数相当；当使用温度在-30℃～80℃变化时，横纵向的尺寸变化相当，所以不会出现翘曲变形的问题；而且模具收缩率也降低到0.32％，所以部件的尺寸稳定也达到最佳。其中实施例4是最佳的选择。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的PC/ABS合金，其特征在于，由以下成分按如下重量份组成：
所述的超高流动永久抗静电PC母粒由如下重量百分比的原料组成：
超高流动PC树脂：80～99％，
高导热和永久抗静电材料：1～20％；
所述的超高流动PC树脂为重均分子量为10,000～21,000g/mol的双酚A型聚碳酸酯；所述的高导热和永久抗静电材料为热导率为2,000～6,000W/mK，电阻率为1×10-2～1×10-8Ω·m的石墨烯、碳纳米管或导电炭黑。
2.根据权利要求1所述的高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的PC/ABS合金，其特征在于，所述的超高流动PC树脂，其玻璃化温度为140～150℃，熔融指数为20～80g/10min。
3.根据权利要求1所述的高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的PC/ABS合金，其特征在于，所述的高强度PC树脂为重均分子量为23,000～30,000g/mol的双酚A型聚碳酸酯，其玻璃化温度为140～150℃，熔融指数为2～6g/10min。
4.根据权利要求1所述的高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的PC/ABS合金，其特征在于，所述的超高流动永久抗静电PC母粒的制造方法包括以下步骤：
(a)按照所述的组分及重量百分比备料；
(b)将备好料的各组分置于高速混合机中，混合5～20min得到混合料；
(c)将混合料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到超高流动永久抗静电PC母粒，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为240-270℃。
5.根据权利要求1所述的高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的PC/ABS合金，其特征在于，所述的ABS树脂，重均分子量为80,000～150,000g/mol，其包括占总重的重量百分比含量为5～30％的橡胶、10～30％的丙烯腈、40～70％的苯乙烯。
6.根据权利要求1所述的高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的PC/ABS合金，其特征在于，所述的增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，ABS高胶粉，聚氨酯弹性体，乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，乙烯-甲基丙烯酸丁酯共聚物，聚烯烃弹性体，核壳结构的硅橡胶或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯。
7.根据权利要求1所述的高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的PC/ABS合金，其特征在于，所述的玻璃纤维为直径8～13um、长度8～12mm的玻璃纤维短切原丝；直径8～13um、长度0.1～0.3mm的磨碎纤维或粒径在2～4um玻璃粉。
8.根据权利要求1所述的高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的PC/ABS合金，其特征在于，所述的润滑剂为硅酮粉、季戊四醇酯(PETS)、聚乙烯蜡或乙撑双硬酯酰胺中的一种或两种以上；所述的抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂168、亚磷酸酯抗氧剂S-9228、受阻酚抗氧剂1010、受阻酚抗氧剂1098、受阻酚抗氧剂1076中的一种或两种。
9.一种如权利要求1-8任一所述的高光泽、永久抗静电及尺寸稳定性良好的PC/ABS合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到PC/ABS复合材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的PC/ABS复合材料经过注射成型制得成品。注塑成型温度为220-270℃，模温为60-100℃。
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