CN109735079A - 一种耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物及其制备方法 - Google Patents
一种耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物及其制备方法,其将聚碳酸酯100份、双羧基封端尼龙1212 5‑10份、自制的复配耐磨剂1‑5份(不添加时为0)、润滑剂0.1‑1份、和抗氧剂0.1‑1份,加入混料机中常温、低速进行搅拌30‑40秒,混合均匀后加入双螺杆挤出机中;经熔融挤出后造粒,制得拉伸强度、耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物。本发明聚碳酸酯组合物比较适合应用于手机外壳,车辆(包括动车、高铁、汽车)、飞机的厢体、顶棚、窗户、门板、仪表板,冰箱内搁架,头盔,安全帽,计算机,医疗及保健,休闲和防护器材,工业安全档板、防弹玻璃等领域。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,具体是一种耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物,根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低,从而限制了其在工程塑料方面的应用。仅有芳香族聚碳酸酯获得了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性,已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。
聚碳酸酯无色透明,耐热,抗常温冲击,阻燃BI级,在普通使用温度内都有良好的机械性能。同性能接近的聚甲基丙烯酸甲酯相比,聚碳酸酯的常温耐冲击性能好,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。但是聚甲基丙烯酸甲酯相对聚碳酸酯价格较低,并可通过本体聚合的方法生产大型的器件。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特殊改性。PC工程塑料的三大应用领域是玻璃装配业、汽车工业和电子、电器工业,其次还有工业机械零件、光盘、包装、计算机等办公室设备、医疗及保健、薄膜、休闲和防护器材等。PC可用作门窗玻璃,PC层压板广泛用于银行、使馆、拘留所和公共场所的防护窗,用于飞机舱罩,照明设备、工业安全档板和防弹玻璃。
PC板可做各种标牌,如汽油泵表盘、汽车仪表板、货栈及露天商业标牌、点式滑动指示器,PC树脂用于汽车照明系统,仪表盘系统和内装饰系统,用作前灯罩,带加强筋汽车前后档板,反光镜框,门框套、操作杆护套、阻流板、PC被应用用作接线盒、插座、插头及套管、垫片、电视转换装置,电话线路支架下通讯电缆的连接件,电闸盒、电话总机、配电盘元件,继电器外壳,PC可做低载荷零件,用于家用电器马达、真空吸尘器,洗头器、咖啡机、烤面包机、动力工具的手柄,各种齿轮、蜗轮、轴套、导规、冰箱内搁架。PC是光盘储存介质理想的材料。
PC瓶(容器)透明、重量轻、抗冲性好,耐一定的高温和腐蚀溶液洗涤,作为可回收利用瓶(容器)。PC及PC合金可做计算机架,外壳及辅机,打印机零件。改性PC耐高能辐射杀菌,耐蒸煮和烘烤消毒,可用于采血标本器具,血液充氧器,外科手术器械,肾透析器等,PC可做头盔和安全帽,防护面罩,墨镜和运动护眼罩。PC薄膜广泛用于印刷图表,医药包装,膜式换向器。
聚碳酸酯的应用开发是向高复合、高功能、专用化、系列化方向发展,已推出了光盘、汽车、办公设备、箱体、包装、医药、照明、薄膜等多种产品各自专用的品级牌号。
本发明针对聚碳酸酯低温冲击性能与耐磨性能较差的缺陷,同时进行改善,拓宽聚碳酸酯在耐磨领域和低温极端条件下的商业用途。
发明内容
除非另外定义,本发明所使用的所有科技术语具有如本发明所述技术领域中的普通技术人员所共知的相同含义。在矛盾的情况下,以包括定义的本说明书为准。
本发明描述了合适的方法和材料,但类似于或相当于本发明所述方法和材料可用于实施或检验本发明。本发明中,所述的份数都为重量份数。
本发明中,所述的混合机是塑料机械的一种,由于它具有混合快、混和物均匀,机器操作简便,易于清扫,坚固耐用,结构紧凑等优点,广泛地应用于各种塑料行业的生产中。
所述的双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机基础上发展起来的,由于具有良好的加料性能、混炼塑化性能、排气性能、挤出稳定性等特点,目前已经广泛应用于挤出制品的成型加工。
本发明的发明目的是提供一种耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物及其制备方法。
本发明的技术方案如下:
一种耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物,其由下述组分按重量份制备而成:
一种耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物,其由下述组分按重量份制备而成:
所述自制的复配耐磨剂是由硅灰石与氧化铝按重量比为1:4复配后,置入硬脂酸乙醇溶液中,40℃超声回流1-2小时后干燥得到;其中,硅灰石与氧化铝的重量比如果为其他比例,或复配的硅灰石与氧化铝未经硬脂酸40℃超声回流处理,并不能使聚碳酸酯组合物获得优异的耐磨性能。
所述双羧基封端尼龙1212的熔融指数为15g/10min(230℃,2.16KG),重均分子量为1.8万。
所述聚碳酸酯熔融指数为10g/10min(230℃,2.16KG),重均分子量为4.5万。
所述的硬脂酸与乙醇重量比为1:9。
所述的硅灰石长径比为10-25:1,颗粒平均直径为3-10μm;氧化铝平均粒径为1-5μm;最优选的,所述的硅灰石长径比为20:1,颗粒平均直径为5μm;氧化铝平均粒径为3μm。
所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)的混合物,重量比例为1:1。
所述润滑剂为硅酮粉、白油、硅油、石蜡中的一种。
一种聚碳酸酯组合物的制备方法,其特征在于:包括下列步骤:
将聚碳酸酯100份、双羧基封端尼龙1212 5-10份、自制的复配耐磨剂1-5份(不添加时为0)、润滑剂0.1-1份、和抗氧剂0.1-1份,加入混料机中常温、低速进行搅拌30-40秒,混合均匀后加入双螺杆挤出机中;经熔融挤出后造粒,制得耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物。
所述混料机低速搅拌速度为100-120转/分钟;所述双螺杆挤出机的一区温度为常温输送、二区温度为200-220℃、三区温度为270-280℃、四区温度为280-290℃、五区温度为290-300℃、六区温度为290-300℃;双螺杆主机转速为450-500转/min。
本发明的有益效果:
1、本发明自制耐磨剂的耐磨效果不仅比单独使用硅灰石、氧化铝的耐磨效果好,还比市场上常见的二硫化钼耐磨剂的耐磨效果要更加优异。自制的耐磨剂经过硬脂酸乙醇溶液处理后,不仅具有较为优异的耐磨性能,还能进一步的小幅度提高聚碳酸酯的低温冲击性能。
2、本发明所述聚碳酸酯熔融指数为10g/10min(230℃,2.16KG),重均分子量为4.5万。上述二者的熔融指数及分子量搭配最优,基体加工性能优良,不易发生例如拉条断条、挤出困难、挤出机模头堵塞,塑化不均匀等技术问题。聚碳酸酯分子量、双羧基封端尼龙1212分子量不能过大或过小,不然二者界面相容性较差或强度有明显下降。
3、合适的粒径及长径比,是提高聚碳酸酯耐磨性能及低温冲击性能的基本保证。本发明硅灰石长径比为20:1,颗粒平均直径为5μm;氧化铝平均粒径为3μm,提高聚碳酸酯组合物的耐磨性及低温冲击性能幅度最优。
4、本发明所述混料机低速搅拌速度为100-120转/分钟;本发明混料机搅拌速度适中,时间较短,能够保证耐磨剂、润滑剂、抗氧剂均匀分散。搅拌速度过快或时间过长会导致后期的组合物耐磨效果变差。
5、本发明一区加热温度设置为常温,二区设置温度也较低,主机转速较快,有效的保证了硅灰石的长径比完整度及双羧基封端尼龙1212的活性。三区、四区、五区、六区的加工温度设置比普通的聚碳酸酯加工温度要更高,这个温度设置能够使组合物原料组分中的部分双键打开,发生轻微的交联反应,提高组合物的强度、低温冲击性能、耐磨性能。
6、本发明聚碳酸酯组合物比较适合应用于手机外壳,车辆(包括动车、高铁、汽车)、飞机的厢体、顶棚、窗户、门板、仪表板,冰箱内搁架,头盔,安全帽,计算机,医疗及保健,休闲和防护器材,工业安全档板、防弹玻璃等领域。
具体实施方式
本发明各实施例所使用的双羧基封端尼龙1212的熔融指数为15g/10min(230℃,2.16KG),重均分子量为1.8万,山东东辰工程塑料有限公司。聚碳酸酯熔融指数为10g/10min(230℃,2.16KG),重均分子量为4.5万。硅灰石长径比为20:1,颗粒平均直径为5μm,氧化铝平均粒径为3μm(实施例4,5除外)。复配耐磨剂是由硅灰石与氧化铝按重量比为1:4复配后,置入硬脂酸乙醇溶液中,40℃超声回流1-2小时后干燥得到;其中硬脂酸与乙醇重量比为1:9。
实施例1
将聚碳酸酯100份、双羧基封端尼龙12127份、润滑剂白油0.6份、和抗氧剂10100.3份,抗氧剂168 0.3份加入混料机中常温、低速进行搅拌38秒,混合均匀后加入双螺杆挤出机中;经熔融挤出后造粒,制得耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物。
混料机低速搅拌速度为100转/分钟;双螺杆挤出机的一区温度为常温输送、二区温度为200℃、三区温度为270℃、四区温度为280℃、五区温度为290℃、六区温度为300℃;双螺杆主机转速为460转/min。
实施例2
将聚碳酸酯100份、双羧基封端尼龙12127份、复配耐磨剂2.5份,润滑剂白油0.6份、和抗氧剂1010 0.3份,抗氧剂168 0.3份加入混料机中常温、低速进行搅拌38秒,混合均匀后加入双螺杆挤出机中;经熔融挤出后造粒,制得耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物。
混料机低速搅拌速度为100转/分钟;双螺杆挤出机的一区温度为常温输送、二区温度为200℃、三区温度为270℃、四区温度为280℃、五区温度为290℃、六区温度为300℃;双螺杆主机转速为460转/min。
对比例21
将聚碳酸酯100份、润滑剂白油0.6份、和抗氧剂1010 0.3份,抗氧剂168 0.3份加入混料机中常温、低速进行搅拌38秒,混合均匀后加入双螺杆挤出机中;经熔融挤出后造粒,制得耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物。
混料机低速搅拌速度为100转/分钟;双螺杆挤出机的一区温度为常温输送、二区温度为200℃、三区温度为270℃、四区温度为280℃、五区温度为290℃、六区温度为300℃;双螺杆主机转速为460转/min。
对比例22
将聚碳酸酯100份、双羧基封端尼龙12127份、硅灰石2.5份,润滑剂白油0.6份、和抗氧剂1010 0.3份,抗氧剂168 0.3份加入混料机中常温、低速进行搅拌38秒,混合均匀后加入双螺杆挤出机中;经熔融挤出后造粒,制得耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物。
混料机低速搅拌速度为100转/分钟;双螺杆挤出机的一区温度为常温输送、二区温度为200℃、三区温度为270℃、四区温度为280℃、五区温度为290℃、六区温度为300℃;双螺杆主机转速为460转/min。
对比例23
将聚碳酸酯100份、双羧基封端尼龙1212 7份、氧化铝2.5份,润滑剂白油0.6份、和抗氧剂1010 0.3份,抗氧剂168 0.3份加入混料机中常温、低速进行搅拌38秒,混合均匀后加入双螺杆挤出机中;经熔融挤出后造粒,制得耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物。
混料机低速搅拌速度为100转/分钟;双螺杆挤出机的一区温度为常温输送、二区温度为200℃、三区温度为270℃、四区温度为280℃、五区温度为290℃、六区温度为300℃;双螺杆主机转速为460转/min。
对比例24
将聚碳酸酯100份、双羧基封端尼龙12127份、二硫化钼2.5份,润滑剂白油0.6份、和抗氧剂1010 0.3份,抗氧剂168 0.3份加入混料机中常温、低速进行搅拌38秒,混合均匀后加入双螺杆挤出机中;经熔融挤出后造粒,制得耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物。
混料机低速搅拌速度为100转/分钟;双螺杆挤出机的一区温度为常温输送、二区温度为200℃、三区温度为270℃、四区温度为280℃、五区温度为290℃、六区温度为300℃;双螺杆主机转速为460转/min。
为了方便比较实施例1-2及对比例21-24各组分的差异及测试性能的数据,特编制成表1。
表1
通过表1的数据,我们能够看出,实施例1与对比例21相比,加入双羧基封端尼龙1212后聚碳酸酯组合物的拉伸强度、耐磨性能有轻微的提高,而低温缺口冲击性能有了大幅度的提高。
实施例2与实施例1相比,加入了复配耐磨剂后,组合物的拉伸强度及低温缺口冲击强度有了小幅的提高,耐磨性能有了大幅的提高。
实施例2与对比例22、23、24相比,本发明自制的耐磨剂的耐磨效果不仅比单独的使用硅灰石、氧化铝的耐磨效果好,还比市场上常见的二硫化钼耐磨剂的耐磨效果要更加优异。
实施例3
将聚碳酸酯100份、双羧基封端尼龙1212 6份、硅灰石(长径比20:1,粒径5微米)1份,氧化铝(粒径3微米)4份,润滑剂白油0.8份、和抗氧剂1010 0.4份,抗氧剂168 0.4份加入混料机中常温、低速进行搅拌37秒,混合均匀后加入双螺杆挤出机中;经熔融挤出后造粒,制得耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物。
混料机低速搅拌速度为100转/分钟;双螺杆挤出机的一区温度为常温输送、二区温度为200℃、三区温度为270℃、四区温度为280℃、五区温度为290℃、六区温度为300℃;双螺杆主机转速为460转/min。
实施例4
将聚碳酸酯100份、双羧基封端尼龙1212 6份、硅灰石(长径比5:1,粒径20微米)1份,氧化铝(粒径20微米)4份,润滑剂白油0.8份、和抗氧剂1010 0.4份,抗氧剂168 0.4份加入混料机中常温、低速进行搅拌37秒,混合均匀后加入双螺杆挤出机中;经熔融挤出后造粒,制得耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物。
混料机低速搅拌速度为100转/分钟;双螺杆挤出机的一区温度为常温输送、二区温度为200℃、三区温度为270℃、四区温度为280℃、五区温度为290℃、六区温度为300℃;双螺杆主机转速为460转/min。
实施例5
将聚碳酸酯100份、双羧基封端尼龙1212 6份、硅灰石(长径比25:1,粒径3微米)1份,氧化铝(粒径1微米)4份,润滑剂白油0.8份、和抗氧剂1010 0.4份,抗氧剂168 0.4份加入混料机中常温、低速进行搅拌37秒,混合均匀后加入双螺杆挤出机中;经熔融挤出后造粒,制得耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物。混料机低速搅拌速度为100转/分钟;双螺杆挤出机的一区温度为常温输送、二区温度为200℃、三区温度为270℃、四区温度为280℃、五区温度为290℃、六区温度为300℃;双螺杆主机转速为460转/min。
为了方便比较实施例3-5各组分的差异及测试性能的数据,特编制成表2。
表2
通过表2能够看出,合适的粒径及长径比,是提高聚碳酸酯耐磨性能及低温冲击性能的基本保证。本发明硅灰石长径比为20:1,颗粒平均直径为5μm;氧化铝平均粒径为3μm,提高聚碳酸酯组合物的耐磨性及低温冲击性能幅度最优。
实施例6
将聚碳酸酯100份、双羧基封端尼龙1212 9份、复配耐磨剂2份,润滑剂石蜡0.6份、和抗氧剂1010 0.3份,抗氧剂168 0.3份加入混料机中常温、低速进行搅拌35秒,混合均匀后加入双螺杆挤出机中;经熔融挤出后造粒,制得耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物。
混料机低速搅拌速度为110转/分钟;双螺杆挤出机的一区温度为常温输送、二区温度为210℃、三区温度为270℃、四区温度为280℃、五区温度为290℃、六区温度为300℃;双螺杆主机转速为480转/min。
对比例61
将聚碳酸酯100份、双羧基封端尼龙1212 9份、复配耐磨剂2份,润滑剂石蜡0.6份、和抗氧剂1010 0.3份,抗氧剂168 0.3份加入混料机中常温进行搅拌600秒,混合均匀后加入双螺杆挤出机中;经熔融挤出后造粒,制得耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物。
混料机搅拌速度为250转/分钟;双螺杆挤出机的一区温度为常温输送、二区温度为210℃、三区温度为270℃、四区温度为280℃、五区温度为290℃、六区温度为300℃;双螺杆主机转速为480转/min。
对比例62
将聚碳酸酯100份、双羧基封端尼龙1212 9份、复配耐磨剂2份,润滑剂石蜡0.6份、和抗氧剂1010 0.3份,抗氧剂168 0.3份加入混料机中常温进行搅拌600秒,混合均匀后加入双螺杆挤出机中;经熔融挤出后造粒,制得耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物。
混料机搅拌速度为250转/分钟;双螺杆挤出机的一区180℃;二区温度为230℃、三区温度为240℃、四区温度为260℃、五区温度为260℃、六区温度为260℃;;双螺杆主机转速为200转/min。
为了方便比较实施例6与对比例61、62各组分的差异及测试性能的数据,特编制成表3。
表3
通过表3能够看出,混料机搅拌速度变快,混料时间变长后,组合物的拉伸、耐磨、低温抗冲击性能都出现了不同程度的下降;挤出机挤出温度、双螺杆转速采用本领域常用的数值范围时,这三种性能出现了进一步的下降。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施案例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物,其特征在于:其由下述组分按重量份制备而成:
2.一种耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物,其特征在于:其由下述组分按重量份制备而成:
所述自制的复配耐磨剂是由硅灰石与氧化铝按重量比为1:4复配后,置入硬脂酸乙醇溶液中,40℃超声回流1-2小时后干燥得到。
3.根据权利要求1-2所述的聚碳酸酯组合物,其特征在于:所述双羧基封端尼龙1212的熔融指数为15g/10min(230℃,2.16KG),重均分子量为1.8万。
4.根据权利要求1-2所述的聚碳酸酯组合物,其特征在于:所述聚碳酸酯熔融指数为10g/10min(230℃,2.16KG),重均分子量为4.5万。
5.根据权利要求2所述的聚碳酸酯组合物,其特征在于:所述的硬脂酸与乙醇重量比为1:9。
6.根据权利要求2所述的聚碳酸酯组合物,其特征在于:所述的硅灰石长径比为10-25:1,颗粒平均直径为3-10μm;氧化铝平均粒径为1-5μm;最优选的,所述的硅灰石长径比为20:1,颗粒平均直径为5μm;氧化铝平均粒径为3μm。
7.根据权利要求1-2所述的聚碳酸酯组合物,其特征在于:所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)的混合物,重量比例为1:1。
8.根据权利要求1-2所述的聚碳酸酯组合物,其特征在于:所述润滑剂为硅酮粉、白油、硅油、石蜡中的一种。
9.一种如权利要求1-8所述的聚碳酸酯组合物的制备方法,其特征在于:包括下列步骤:
将聚碳酸酯100份、双羧基封端尼龙1212 5-10份、自制的复配耐磨剂1-5份(不添加时为0)、润滑剂0.1-1份、和抗氧剂0.1-1份,加入混料机中常温、低速进行搅拌30-40秒,混合均匀后加入双螺杆挤出机中;经熔融挤出后造粒,制得耐磨、低温抗冲击性能优异的聚碳酸酯组合物。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于:所述混料机低速搅拌速度为100-120转/分钟;所述双螺杆挤出机的一区温度为常温输送、二区温度为200-220℃、三区温度为270-280℃、四区温度为280-290℃、五区温度为290-300℃、六区温度为290-300℃;双螺杆主机转速为450-500转/min。
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