CN110317435B - 多功能耐寒低气味复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能耐寒低气味复合材料及其制备方法，该复合材料利用非结晶型共聚酯低温韧性佳和ABS树脂的特性，同时选用特定种类的相容剂共混挤出，特定相容剂的加入不仅改善了共聚酯、ABS与玻璃纤维表面之间的相容性能，大大提高了材料的机械性能，而且不会劣化产品的气味，可以得到低温韧性优异、综合力学性能良好且气味较低的材料；此外还通过添加抗静电剂赋予材料良好的防尘抗静电效果，通过添加抗菌剂赋予材料良好的抗菌效果，通过添加阻燃剂赋予材料良好的阻燃效果等，使得该复合材料在具有前述特性的基础上具有多功能性。

Description

多功能耐寒低气味复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种玻纤增强复合材料及其制备方法，尤其涉及一种多功能耐寒低气味复合材料及其制备方法，适用于应用在低温室内或户外对材料耐候性和气味有较高要求且对性能有特殊要求的行业中，属于功能性高分子材料及其制备技术领域。

背景技术

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)因其具有优良的力学性能、优异的尺寸稳定性、易加工、易着色、后加工方便等特点，被广泛应用于人们日常生活领域。然而对于一些对材料有高力学强度要求的结构制件，如家用电器扇叶、边框和支撑支架等，普通ABS共聚物难以满足其力学性能要求，因此通常需要采用玻纤或矿物等对普通ABS共聚物进行增强改善，通过这些物质的加入来提高材料力学性能，满足产品对材料刚性的需求。由于玻纤及矿物等与树脂的相容性不好，通常做增强ABS材料时需要加入一些增塑剂、偶联剂或马来酸酐类化合物来提高相容性，但增塑剂、偶联剂和马来酸酐类化合物的气味较大，容易在产品生产过程和使用过程产生让人体不愉快的气味；此外虽然通过增强材料刚性得到较大程度的提高，不过材料的韧性尤其是低温韧性会出现明显下降，容易导致产品在使用过程中出现开裂失效等问题。

非结晶型共聚酯，是在常规的结晶型共聚酯的分子链中引入第三种单体，使材料的结晶度大大下降，从而改变了原有材料的特性，和传统的聚酯材料相比，共聚酯的物理机械性能和加工性能有了很大的提高。共聚酯具有优异的韧性，弯曲不泛白，甚至在低温时也保持应有的韧性，耐热性好、耐化学性优异、耐水解性、流动性好、着色力强、符合FDA，属于新一代环保透明塑料。

除了上述技术问题外，现有技术中存在的问题还包括：(1)ABS类材料应用在粉尘浓度大的环境容易积攒灰尘，影响材料外观效果和使用性能；(2)如塑料材料长期暴露于潮湿环境，容易受环境影响产生霉菌，霉菌的腐蚀会影响材料的使用寿命，且对人体产生伤害，因此如何使材料具有防霉抗菌效果也是需要解决的问题；(3)如该复合材料需要应用于阻燃制品的成型时，需要其具有一定的阻燃性能。

发明内容

为解决目前增强ABS类材料低温韧性欠佳且添加的类似增塑剂、偶联剂以及马来酸酐类等助剂会导致复合材料气味偏大，以及现有的该类复合材料特殊功能性较少的问题，本发明提供了一种多功能耐寒低气味复合材料及其制备方法。

本发明的技术方案是：

本发明公开了一种多功能耐寒低气味复合材料，该复合材料由按该复合材料总质量百分比计的下述各组分组成：ABS树脂10-30wt.％、非晶型共聚酯20-50wt.％、玻璃纤维10-40wt.％、相容剂0.5-3.0wt.％、增韧剂2.5-10.0wt.％、润滑剂0.5-2.0wt.％、抗氧剂0.5-1.0wt.％、抗菌剂0-2.0wt.％、抗静电剂0-10wt.％和阻燃剂0-20wt.％。

所述ABS树脂为原生ABS树脂，该原生ABS树脂为220℃/10kg条件下熔体流动速率30-150g/10min(优选35-100g/10min)的原生ABS树脂。

所述非晶型共聚酯为原生非晶型共聚酯，其材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG或PCTG)和聚对苯二甲酸乙二醇酯-醋酸酯中的至少一种。

所述玻璃纤维为直径5-30μm且表面经浸润剂处理后的玻璃纤维，其中所述浸润剂为硅烷偶联剂等常规的表面改性剂，通常选择的市售玻纤为已经浸润剂改性后的玻纤。

所述相容剂为乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、聚烯烃弹性体接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。

所述所述增韧剂为丙烯酸酯类增韧剂、有机硅类增韧剂和EVA型增韧剂中的至少一种。

所述润滑剂为硬脂酸类润滑剂、聚乙烯类润滑剂、酯类润滑剂、石蜡类润滑剂和酰胺类润滑剂中的至少一种。

所述抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂中的至少一种和硫醚类辅抗氧剂中的至少一种复配形成的复合抗氧剂。

本申请中还可以根据复合材料使用原材料来源不同以及最终使用功能的不同添加相应的功能助剂。

如当复合材料需要应用在粉尘浓度较大的环境中且需要制件表面无尘状态时，可在该树脂体系中添加抗静电剂，该抗静电剂优选聚醚类抗静电剂，更优选为聚环氧乙烷嵌段共聚物类抗静电剂，具体优选为三洋化成的抗静电剂PELECTRON PVL。

如当复合材料需要长期暴露于潮湿环境中且需要防霉抗菌时，可在该树脂体系中添加抗菌剂，该抗菌剂优选为无机银离子抗菌剂，最优选为日本石冢硝子的抗菌剂IONPUREIPS3。

如当复合材料需要应用于阻燃制品成型时，可在该树脂体系中添加阻燃剂。该阻燃剂优选为环保型的溴系阻燃剂和锑系协效剂复配形成的复合阻燃剂或磷酸酯类阻燃剂中的一种，其中溴系阻燃剂优选为十溴二苯乙烷、溴代三嗪和溴化环氧树脂中的至少一种，更优选为韩国宇进的溴代三嗪BTAC-245；锑系协效剂优选为锑白，更优选为杭州科利的锑白S-12N；磷酸酯类阻燃剂优选为磷酸三苯酯和二苯基磷酸酯中的至少一种。

本申请还公开了一种上述多功能耐寒低气味复合材料的制备方法，该制备方法包括下述步骤：

S1：按复合材料总重量百分比计称取ABS树脂10-30wt.％、非晶型共聚酯20-50wt.％、玻璃纤维10-40wt.％、相容剂0.5-3.0wt.％、增韧剂2.5-10.0wt.％、润滑剂0.5-2.0wt.％、抗氧剂0.5-1.0wt.％、抗菌剂0-2.0wt.％、抗静电剂0-10wt.％和阻燃剂0-20wt.％；

S2：将除玻璃纤维外的其他各组分加入高速混合机中以500-600rpm的转速预混10-15min后得到预混物；

S3：将S2中所得预混物送入双螺杆挤出机中，将玻璃纤维通过侧喂系统加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机塑化、挤出、切粒后得到所述复合材料，其中所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为(10-40):1，且双螺杆挤出机的螺杆温度为200-260℃，双螺杆挤出机的喂料螺杆转速为200-500rpm。

本发明的有益技术效果是：本申请所述复合材料利用非结晶型共聚酯低温韧性佳和ABS树脂的特性，同时选用特定种类的相容剂共混挤出，特定相容剂的加入不仅改善了共聚酯、ABS与玻璃纤维表面之间的相容性能，大大提高了材料的机械性能，而且不会劣化产品的气味，可以得到低温韧性优异、综合力学性能良好且气味较低的材料；此外还通过添加抗静电剂赋予材料良好的防尘抗静电效果，通过添加抗菌剂赋予材料良好的抗菌效果，通过添加阻燃剂赋予材料良好的阻燃效果等，使得该复合材料在具有前述特性的基础上具有多功能性。

具体实施方式

为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

下述具体实施例和对比例所采用的各组分原材料如下所述，但不限于下述原材料：

ABS树脂：

ABS1树脂，ABS HP181，韩国LG公司；

ABS2树脂，PA-757K，镇江奇美。

非晶型共聚酯：

PETG树脂，PETG K2012，韩国SK。

相容剂：

马来酸酐苯乙烯共聚物(SMA)，SMA-700，上海华雯公司；

乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(PTW)，PTW，杜邦；

聚烯烃弹性体接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(SOG)，SOG-02，佳易容相容剂江苏有限公司。

增韧剂：

丙烯酸酯类增韧剂，M-210，日本钟渊。

玻璃纤维：

玻璃纤维，303-3-H，桐乡巨石集团。

其他助剂：

偶联剂，KH560，向前化工。

润滑剂、主抗氧剂(THANOX 1010)和辅助抗氧剂为(THANOX 168)均选用的是市售的通用种类。

功能助剂：

抗静电剂，PELECTRON PVL，三洋化成；

阻燃剂，溴代三嗪，BTAC-245，韩国宇进；

锑白，S-12N，杭州科利有限公司；

抗菌剂，IONPURE IPS3，日本石冢硝子。

采用上述原材料制备本申请所述复合材料和对比用复合材料：

S1：按表1和表2中配比称取各组分；

S2：将除玻璃纤维外的其他各组分加入高速混合机中以500-600rpm的转速预混10-15min后得到预混物；

S3：将S2中所得预混物送入双螺杆挤出机中，将玻璃纤维通过侧喂系统加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机塑化、挤出、切粒后得到所述复合材料，其中所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为(10-40):1，且双螺杆挤出机的螺杆温度为200-260℃，双螺杆挤出机的喂料螺杆转速为200-500rpm。

表1具体实施例1-20各组分用量(wt.％)

表2对比例1-20各组分用量(单位：wt.％)

将具体实施例和对比例制备所得样品在鼓风烘箱中于80℃干燥4h后，用塑料注射成型机注塑成标准样条，注塑温度为230-250℃；将注塑好的样条在50％的相对湿度、23℃下放置至少24小时后进行各项性能测试。其中样条各性能测试方法如下：

拉伸性能：按ISO 527方法，拉伸速度50毫米/分钟；

弯曲性能：按ISO 178方法，试验速度2毫米/分钟；

缺口冲击强度：按ISO 180方法，4毫米厚的试样，悬臂梁缺口冲击；

抗静电性能：用材料表面电阻来衡量，按ASTM D257标准，在100V的电压下测试；

抗菌性能：抑菌率实验采用大肠杆菌与金黄色葡萄球菌为测试对象，培养时间24小时；

阻燃性能：按UL94标准测试2.5mm标准样条的阻燃等级；

气味等级：按PV3900方法，将以上各具体实施例及对比例模制成10cm×5cm×1.2mm厚样品，将样品置于1L的密封气味评价瓶中，使用80℃±2℃存放2h±10min，将气味瓶取出冷却到60℃±5℃的检验室温，由3名测试者评价，评价后重新密封置于80℃±2℃存放2h±10min，将气味瓶取出冷却到60℃±5℃的检验室温，由另外2名测试者评价，共计得到5个测试结果，评价标准根据下述判断标准进行评分，最终5个测试结果的算术平均值为气味等级，即气味等级越低，气味越小越容易被接受。

气味等级1：感觉不到；

气味等级2：可以感觉到，但不扰人；

气味等级3：可以明显感觉到但还不扰人；

气味等级4：扰人；

气味等级5：强烈反感；

气味等级6：难以容忍。

具体实施例和对比例各性能测试结果如表3所示。

表3具体实施例和对比例性能测试结果

从表3中可以看出，本申请制所得复合材料与采用公开技术的对照例相比，不仅具有较低的气味，能保持较高的低温冲击，还能保持优异的力学性能，其额外添加使用的抗静电剂、抗菌剂和阻燃剂能够赋予复合材料多种功能性，使其具有良好的抗静电效果、抗菌效果和阻燃效果，该复合材料可以广泛应用于家用电器、户外设备、电子电工等领域。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多功能耐寒低气味复合材料，其特征在于，由按该复合材料总质量百分比计的下述各组分组成：ABS树脂15-30wt.％、非晶型共聚酯20-50wt.％、玻璃纤维10-40wt.％、相容剂0.5-3.0wt.％、增韧剂2.5-10.0wt.％、润滑剂0.5-2.0wt.％、抗氧剂0.5-1.0wt.％、抗菌剂0-2.0wt.％、抗静电剂0-10wt.％和阻燃剂0-20wt.％；其中相容剂为乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、聚烯烃弹性体接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种；所述增韧剂为丙烯酸酯类增韧剂、有机硅类增韧剂和EVA型增韧剂中的至少一种；所述ABS树脂为原生ABS树脂，该原生ABS树脂为220℃/10kg条件下熔体流动速率30-150g/10min的原生ABS树脂；所述非晶型共聚酯为原生非晶型共聚酯，该原生非晶型共聚酯为原生的聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯-醋酸酯中的至少一种；所述玻璃纤维为直径5-30μm且表面经浸润剂处理后的玻璃纤维。

2.根据权利要求1所述的多功能耐寒低气味复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸类润滑剂、聚乙烯类润滑剂、酯类润滑剂、石蜡类润滑剂和酰胺类润滑剂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的多功能耐寒低气味复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂中的至少一种和硫醚类辅抗氧剂中的至少一种复配形成的复合抗氧剂。

4.根据权利要求1所述的多功能耐寒低气味复合材料，其特征在于，所述抗菌剂为无机银离子抗菌剂；所述抗静电剂为聚环氧乙烷嵌段共聚物类抗静电剂；所述阻燃剂为溴系阻燃剂和锑系协效剂复配形成的复合阻燃剂或磷酸酯类阻燃剂中的一种。

5.根据权利要求4所述的多功能耐寒低气味复合材料，其特征在于，所述溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷、溴代三嗪和溴化环氧树脂中的至少一种；所述锑系协效剂为锑白；所述磷酸酯类阻燃剂为磷酸三苯酯和二苯基磷酸酯中的至少一种。

6.一种权利要求1至5中任一权利要求所述多功能耐寒低气味复合材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1：按复合材料总重量百分比计称取ABS树脂15-30wt.％、非晶型共聚酯20-50wt.％、玻璃纤维10-40wt.％、相容剂0.5-3.0wt.％、增韧剂2.5-10.0wt.％、润滑剂0.5-2.0wt.％、抗氧剂0.5-1.0wt.％、抗菌剂0-2.0wt.％、抗静电剂0-10wt.％和阻燃剂0-20wt.％；

S2：将除玻璃纤维外的其他各组分加入高速混合机中以500-600rpm的转速预混10-15min后得到预混物；

S3：将S2中所得预混物送入双螺杆挤出机中，将玻璃纤维通过侧喂系统加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机塑化、挤出、切粒后得到所述复合材料，其中所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为(10-40):1，且双螺杆挤出机的螺杆温度为200-260℃，双螺杆挤出机的喂料螺杆转速为200-500rpm。