CN110041683A - 一种用于箱包壳体的pc/pmma材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种用于箱包壳体的PC/PMMA材料及其制备方法。所述用于箱包壳体的PC/PMMA材料由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、沙林树脂、增韧剂、分散剂和抗氧剂组成，所述聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和沙林树脂的重量比为(2.8～14.5):(1.2～7):1。本发明提供的PC/PMMA复合材料兼具有优异的耐刮擦性能和韧性，符合箱包壳体材料的各项测试要求。

Description

一种用于箱包壳体的PC/PMMA材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种用于箱包壳体的PC/PMMA材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC)由于同时具有优良的刚性及良好的韧性，而且具有优于PA6、PBT、ABS、PP等树脂的耐刮擦性，被广泛用于箱包壳体。为了增加箱包的美观性，通常需要在其壳体外面进行覆膜处理，同时覆膜处理也能够减少箱包在使用中的划伤，延长其使用寿命。甲基丙烯酸甲酯(PMMA)无色透明，拥有聚碳酸酯四倍以上的耐刮擦性。目前，已有研究立足于将PC和PMMA进行共混，旨在结合这两种聚合物的性能，特别是增强的耐刮擦性能。
然而，PC与PMMA相容性差，如此形成的共混体系不仅不利于PC和PMMA发挥各自的优势，而且还可能由于PC与PMMA之间的不相容而导致混合材料性能的整体下降。为此，CN107849231A公开了一种聚合物共混物，其含有源自以下各项的熔融挤出的聚合物：(i)80～95wt％的聚碳酸酯，所述聚碳酸酯具有45～80％的封端水平和300～5000ppm的含有特定支化结构的支化水平；(ii)4.9～20wt％的聚甲基丙烯酸甲酯；以及(iii)0.1～1.5wt％的催化剂；在熔融挤出期间至少一部分的所述聚碳酸酯和所述聚甲基丙烯酸甲酯发生酯交换，以产生酯交换聚合物。CN107849231A是通过PC与PMMA之间发生酯交换反应使两者融合为一体以提高其相容性，为化合反应增容，操作过程较为复杂。而如何采用物理方式提高PC与PMMA之间的相容性以使所得复合材料兼具有良好的耐刮擦性能和韧性已经成为PC/PMMA复合材料应用于箱包壳体的技术难点。
发明内容
本发明的目的是为了克服PC与PMMA相容性不好的缺陷，而提供一种能够通过物理方式提高PC与PMMA之间的相容性以获得兼具有良好耐刮擦性能和韧性的用于箱包壳体的PC/PMMA材料及其制备方法。
具体地，本发明提供了一种用于箱包壳体的PC/PMMA材料，其中，所述用于箱包壳体的PC/PMMA材料由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、沙林树脂、增韧剂、分散剂和抗氧剂组成，所述聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和沙林树脂的重量比为(2.8～14.5):(1.2～7):1。
进一步的，所述用于箱包壳体的PC/PMMA材料由如下重量百分比的组分组成：
进一步的，所述聚碳酸酯为挤出级聚碳酸酯。
进一步的，所述聚碳酸酯在300℃、1.2kg条件下的熔融指数为3.5～8.0cm3/10min。
进一步的，所述聚甲基丙烯酸甲酯为低流动性聚甲基丙烯酸甲酯。
进一步的，所述聚甲基丙烯酸甲酯在230℃、3.8kg条件下的熔融指数小于3.0cm3/10min。
进一步的，所述沙林树脂为乙烯-(甲基)丙烯酸-金属离子聚合物，金属离子为锌离子、钠离子、镁离子、钾离子或锂离子。
进一步的，所述增韧剂为丙烯酸酯类聚合物。
进一步的，所述分散剂选自硅氧烷类分散剂、硬脂酸盐类分散剂和蜡类分散剂中的至少一种。
进一步的，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂。
本发明还提供了所述用于箱包壳体的PC/PMMA材料的制备方法，其中，该方法包括：将所述聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、沙林树脂、增韧剂、分散剂和抗氧剂混合均匀，之后将所得混合料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒。
进一步的，所述混合在混料锅中进行，且所述混合的条件包括转速为300～500r/min，时间为2～5min。
进一步的，所述熔融挤出的条件包括温度为240～260℃，螺杆转速为350～500r/min，真空度不小于0.08MPa。
本发明的关键在于将沙林树脂、增韧剂、分散剂和抗氧剂共同作为PC/PMMA复合材料的改性助剂并将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和沙林树脂的重量比控制在特定范围内，其中，沙林树脂的特定多元结构能够提高PC树脂和PMMA树脂之间的相容性，并促使增韧剂、分散剂和抗氧剂在整个体系中的均匀分散以最大程度地发挥其功效；沙林树脂中的离子键同时还赋予材料突出的熔体强度，加入到PC/PMMA材料中可以提高材料的熔体强度从而提高箱包壳体吸塑成型时的良品率。由此获得的PC/PMMA复合材料兼具有优异的耐刮擦性能、韧性和熔体强度，从而拓宽了其应用范围。
具体实施方式
下面详细描述本发明。
在本发明中，所述用于箱包壳体的PC/PMMA材料由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、沙林树脂、增韧剂、分散剂和抗氧剂组成，其中，所述聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、沙林树脂的重量比为(2.8～14.5):(1.2～7):1。根据本发明的一种优选实施方式，所述聚碳酸酯的含量大于聚甲基丙烯酸甲酯的含量，且所述聚甲基丙烯酸甲酯的含量大于沙林树脂的含量。具体地，相对于40～80重量份的聚碳酸酯，所述聚甲基丙烯酸甲酯的含量可以为20～35重量份，所述沙林树脂的含量可以为5～15重量份，所述增韧剂的含量可以为3～5重量份，所述分散剂的含量可以为0.2～0.6重量份，所述抗氧剂的含量可以为0.2～0.6重量份。在本发明的最优选实施方式中，所述所述用于箱包壳体的PC/PMMA材料由如下重量百分比的组分组成：
在本发明中，所述聚碳酸酯优选为挤出级聚碳酸酯。所述聚碳酸酯在300℃、1.2kg条件下的熔融指数优选为3.5～8.0cm3/10min，其优选但不限于科思创PC ET3113。
在本发明中，所述聚甲基丙烯酸甲酯优选为低流动性聚甲基丙烯酸甲酯。所述聚甲基丙烯酸甲酯在230℃、3.8kg条件下的熔融指数优选小于3.0cm3/10min，其优选但不限于台湾奇美PMMA CM-203。
所述沙林树脂是指乙烯-(甲基)丙烯酸锌盐、钠盐、锂盐等离子键聚合体。在本发明中，所述沙林树脂优选为乙烯-(甲基)丙烯酸-金属离子聚合物，金属离子为锌离子、钠离子、镁离子、钾离子或锂离子，具体可以为但不限于杜邦Surlyn 1652。
在本发明中，所述增韧剂可以为现有的各种能够提高所述PC/PMMA复合材料韧性的物质，其具体实例包括但不限于：丙烯酸酯类聚合物、含硅氧烷基聚合物、丁二烯基类聚合物中的至少一种，特别优选为丙烯酸酯类聚合物。其中，所述丙烯酸酯类聚合物的具体实例包括但不限于：聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸异丁酯、聚丙烯酸异辛酯、聚丙烯酸月桂酯、聚丙烯酸环己酯、聚丙烯酸全氟烷基酯、聚丙烯酸羟乙基磷酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸异辛酯、聚甲基丙烯酸月桂酯等中的至少一种。所述丙烯酸酯类聚合物具体可以为陶氏MBS 2620。
在本发明中，所述分散剂可以为现有的各种有利于助剂在树脂基体中分散的物质，其具体实例包括但不限于：硅氧烷类分散剂、硬脂酸盐类分散剂和蜡类分散剂中的至少一种。所述分散剂例如可以为发基的PETS。
在本发明中，所述抗氧剂的种类可以为本领域的常规选择，优选为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂，具体例子为本领域技术人员公知，例如可以为氰特的1076和/或168。
本发明还提供了所述用于箱包壳体的PC/PMMA材料的制备方法，其中，该方法包括：将所述聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、沙林树脂、增韧剂、分散剂和抗氧剂混合均匀，之后将所得混合料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒。其中，所述混合可以手动搅拌混合，也可以在现有的各种混合设备中进行。所述混合的条件以使得以上几种组分形成均一体系即可。在所述混合过程中，以上几种组分可以以任意顺序混合，例如，可以将以上几种组分按照任意顺序逐一加入混合容器中进行混合，也可以将以上几种组分中的任意两种以上混合均匀后再加入其它组分继续混合均匀。根据本发明的一种具体实施方式，所述混合的方式为将所述聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、沙林树脂、增韧剂、分散剂和抗氧剂加入混料锅中，之后于300～500r/min的转速下混合2～5min，得到混合料。此外，在所述熔融挤出过程中，挤出温度和螺杆转速以能够保证母粒以及加工助剂在熔融状态下充分混合，从而得到分散均匀的PC/PMMA复合材料为准。具体地，所述熔融挤出的条件包括温度可以为240～260℃，螺杆转速可以为350～500r/min，真空度不小于0.08MPa。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1～5
原材料：见表1
制备方法：将原材料加入混料锅中混合均匀，混料锅转速为450r/min，混料时间为4min，之后将混合好的物料通过同向双螺杆挤出机进行熔融挤出造粒，同向双螺杆挤出机各段温度分别为：240℃、245℃、245℃、250℃、255℃、260℃、250℃、250℃、245℃、245℃，机头温度为260℃，螺杆转速为400r/min，真空度不小于0.8MPa，得到用于箱包壳体的PC/PMMA材料。
对比例1
按照实施例2的方法制备复合材料，不同的是，将聚甲基丙烯酸甲酯和沙林树脂均采用相同重量份的聚碳酸酯替代，得到复合材料。其中，各原材料的用量如表1所示。
对比例2
按照实施例1的方法制备复合材料，不同的是，将聚甲基丙烯酸甲酯采用相同重量份的聚碳酸酯替代，得到复合材料。其中，各原材料的用量如表1所示。
对比例3
按照实施例1的方法制备复合材料，不同的是，将沙林树脂均采用相同重量份的聚甲基丙烯酸甲酯替代，得到复合材料。其中，各原材料的用量如表1所示。
表1各组分重量百分比(wt％)
注：聚碳酸酯---科思创PC ET3113在300℃、1.2kg下的熔融指数为6cm3/10min；聚甲基丙烯酸甲酯---PMMA CM-203在230℃、3.8kg下的熔融指数为0.8cm3/10min；沙林树脂---杜邦Surlyn 1652为乙烯-(甲基)丙烯酸-金属离子聚合物，金属离子为锂离子。
测试例
(1)按照ISO 1518标准测试材料的耐刮擦性能，所得结果如表2所示；
(2)按照ISO 179标准测试材料的常温(23℃)缺口冲击强度和低温(-30℃)缺口冲击强度，所得结果如表2所示；
(3)将复合材料挤出成板材后吸塑成箱包壳体，按照以下公式计算良品率，良品率＝(合格壳体个数/吸塑的壳体总个数)×100％，所得结果如表2所示；
(4)将由(3)制得的合格箱包负重15kg，自90cm高处跌落，箱体顶角处着地，八个顶角各跌落一次，要求箱体不能有破碎且不能凹陷才视为合格；将上述合格箱包在-30℃环境中存放48h后，无负重自90cm高处跌落，箱体顶角处着地，八个顶角各跌落一次，要求箱体不能有破碎且不能凹陷才视为合格，所得结果如表2所示。
表2
从表2的结果可以看出，采用本发明提供的PC/PMMA复合材料的各测试项目均达到了箱包壳体材料的要求，兼具有优异的耐刮擦性能以及良好的常温和低温韧性。从实施例2与对比例1的对比可以看出，当所述复合材料中不含有PMMA以及沙林树脂时，虽然其他性能都能达到要求，但是耐刮擦性能较差而无法满足箱包使用要求，后续需要通过覆膜来改善。从实施例1与对比例2的对比可以看出，当复合材料中仅以PC作为基体树脂而不含有PMMA时，耐刮擦性能低于要求值而缺口冲击强度和良品率均有所增加，由此可见，PMMA可以提高材料的耐刮擦性能但同时会降低材料的韧性以及吸塑成型的良品率。从实施例1与对比例3的对比可以看出，当复合材料中不含有沙林树脂时，出现了分层起皮现象，由此可以说明，PC和PMMA的相容性不好，而沙林树脂可以作为两者的相容剂。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于箱包壳体的PC/PMMA材料，其特征在于，所述用于箱包壳体的PC/PMMA材料由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、沙林树脂、增韧剂、分散剂和抗氧剂组成，所述聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和沙林树脂的重量比为(2.8～14.5):(1.2～7):1。
2.根据权利要求1所述的用于箱包壳体的PC/PMMA材料，其特征在于，所述用于箱包壳体的PC/PMMA材料由如下重量百分比的组分组成：
3.根据权利要求1或2所述的用于箱包壳体的PC/PMMA材料，其特征在于，所述聚碳酸酯为挤出级聚碳酸酯；所述聚碳酸酯在300℃、1.2kg条件下的熔融指数为3.5～8.0cm3/10min。
4.根据权利要求1或2所述的用于箱包壳体的PC/PMMA材料，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯为低流动性聚甲基丙烯酸甲酯；所述聚甲基丙烯酸甲酯在230℃、3.8kg条件下的熔融指数小于3.0cm3/10min。
5.根据权利要求1或2所述的用于箱包壳体的PC/PMMA材料，其特征在于，所述沙林树脂为乙烯-(甲基)丙烯酸-金属离子聚合物，金属离子为锌离子、钠离子、镁离子、钾离子或锂离子。
6.根据权利要求1或2所述的用于箱包壳体的PC/PMMA材料，其特征在于，所述增韧剂为丙烯酸酯类聚合物。
7.根据权利要求1或2所述的用于箱包壳体的PC/PMMA材料，其特征在于，所述分散剂选自硅氧烷类分散剂、硬脂酸盐类分散剂和蜡类分散剂中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的用于箱包壳体的PC/PMMA材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂。
9.权利要求1～8中任意一项所述的用于箱包壳体的PC/PMMA材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：将所述聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、沙林树脂、增韧剂、分散剂和抗氧剂混合均匀，之后将所得混合料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒。
10.根据权利要求9所述的用于箱包壳体的PC/PMMA材料的制备方法，其特征在于，所述混合在混料锅中进行，且所述混合的条件包括转速为300～500r/min，时间为2～5min；所述熔融挤出的条件包括温度为240～260℃，螺杆转速为350～500r/min，真空度不小于0.08MPa。
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