CN110698708B - 一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车构件领域，针对在长期外力撞击下后三角窗整体力学性能较差的问题，公开了一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗及其制备方法，包括油墨黑边，还包括改性聚碳酸酯基板及改性有机硅涂层，所述改性聚碳酸酯基板两侧分别设有所述改性有机硅涂层，所述油墨黑边位于改性聚碳酸酯基板一侧，介于改性聚碳酸酯基板和改性有机硅涂层之间。其制备步骤包括：（1）、改性聚碳酸酯基板的制备；（2）、改性有机硅涂层材料的制备；（3）、耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗的制备。本发明能够增强聚碳酸酯基层与有机硅涂层的层间结合力，提高涂层与聚合物基材间及不同涂层之间的附着力，提升汽车聚碳酸酯三角窗的耐磨性、耐水性和耐冲击性。

Description

一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车构件领域，尤其是涉及一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗及其制备方法。
背景技术
由于汽车车门的结构与线束原因，及车窗做成整片玻璃升降所需要的解决摩擦和震动所需成本太高，车窗会设计两个后三角窗。后三角窗的安装可以让汽车整体造型更加美观，也可以减少后活动窗的制造难度，后三角窗分去了一部分玻璃，可以让玻璃的升降更加平稳，还能增加后座的采光和满足人们的乘坐视野需求。
近几年我国政府推出的汽车节能减排目标，汽车重量每降低1％则燃料消耗可降低0.6％-1.0％。因此，汽车轻量化对节能和环保意义重大。目前聚碳酸酯(PC)凭借其优异的耐冲击性、透明度和可塑性，广泛用于各种汽车部件和构件的制备，如汽车车灯，汽车车窗等部件。
专利号CN02817452.6，专利名称“具有阻断紫外线和红外线和提供耐磨性表面的涂层体系的聚碳酸酯车窗板”，一种用于汽车的玻璃窗结构，包括：具有至少一外表面的聚碳酸酯基材，所述聚碳酸酯基材具有光学透明度；连接到其上的最内聚合物层，该最内聚合物层包括能够减少穿透到聚碳酸酯基材中的红外射线的量而没有不当地损害聚碳酸酯基材的光学透明度的BAYTRONP材料；和在所述最内聚合物层之上的阻断紫外线传输至所述最内聚合物层和聚碳酸酯基材的第二涂层，所述第二涂层包括一种或多种材料选自二有机二有机氧硅烷、有机三有机氧硅烷、具有UV吸收剂的溶胶-凝胶材料、等离子体聚合和氧化有机硅材料。
上述专利仅仅解决了防紫外线与表面耐磨的问题，然而在长期外力如气流、雨水及重力等撞击下，玻璃的整体性能较差，抗冲击能力较差。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的在长期外力撞击下后三角窗整体力学性能较差的问题，提供一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗及其制备方法，技术能够增强聚碳酸酯基层与有机硅涂层的层间结合力，提高涂层与聚合物基材间及不同涂层之间的附着力，提升三角窗整体的致密度及疏水性，通过提高物理吸附与化学键合来提升不同基体之间的相互作用。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗，包括油墨黑边2，其特征是，还包括改性聚碳酸酯基板1及改性有机硅涂层3，所述改性聚碳酸酯基板1两侧分别设有所述改性有机硅涂层3，所述油墨黑边2位于改性聚碳酸酯基板1一侧，介于改性聚碳酸酯基板1和改性有机硅涂层3之间。
作为优选，单侧改性有机硅涂层层数为2～3层。
改性有机硅涂层层数为2～3层，能够使得多层改性有机硅涂层叠加，改性有机硅涂层具有足够的耐摩擦力，耐水性和耐候性，又消除了单层改性有机硅涂层与改性聚碳酸酯基板因为材料差异而带来的不协同性和易分层问题，多个单层叠加能够增加改性有机硅涂层与改性聚碳酸酯基板之间界面的连接力，使得整体的一致性与协同性更好，相互之间的粘结力更加牢固，抗冲击性能和整体致密度更好。
作为优选，所述油墨黑边的宽度为3-5cm。
油墨黑边仅仅是为了起到装饰作用，当后三角窗安装在车架上时，需要涂上透明固定液，油墨黑边起到一个参照作用与对凝固后透明固定液起到一个掩藏作用，具有较好的外观效果。
作为优选，单层改性有机硅涂层厚度为8-12μm。
单层改性有机硅涂层厚度太薄无法达到高防水耐候性的要求，涂层厚度过厚会使得不同材料之间的同步性变差，受到外力作用尤其是外力冲击时易分层，降低后三角窗整体的力学性能，所以其厚度需要界定在合理的范围内。
作为优选，油墨黑边的厚度为10-20μm。
一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗的制备方法，其特征是，包括以下制备步骤：
(1)、改性聚碳酸酯基板的制备；
a：将聚碳酸酯粒料在115-125℃下干燥7-8h后，加入5-10份改性氧化锌及1-2份抗氧化剂，搅拌混合均匀，在250-260℃下挤出熔融混炼物，挤出转速为200-220rpm，然后注塑成型，将注塑成型的聚碳酸酯基板在120-125℃下干燥3-4h，冷却至室温；
b：将步骤a中所得的改性聚碳酸酯基板在去离子水中超声处理10-15min除尘，用异丙醇清洗除油，并用无水乙醇进行漂洗后，在80-85℃下干燥50-60min，再进行UVC预处理；
(2)、改性有机硅涂层材料的制备；
向甲基苯基有机硅树脂中分别加入环氧树脂、甲基苯基有机硅树脂质量的40-45％二甲苯和5-8％缩水甘油丁基醚，搅拌40-45min，得到两种树脂的混合溶液，加入甲基苯基有机硅树脂质量的25-30％固化剂聚氨酯，搅拌30-40min，备用；
(3)、耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗的制备；
在步骤b所得的活化改性聚碳酸酯基板表面，在一侧涂覆上油墨黑边，再在两侧分别涂覆上若干层步骤(2)所得改性有机硅涂层材料，涂覆完先在130-140℃下热固化30-50min，冷却至室温，再重复涂覆。
步骤(1)中改性氧化锌均匀地分散在聚碳酸酯基体中，具有较好的界面相容性，能够起到增强增韧的作用；改性氧化锌的加入能提高树脂的冲击强度，弯曲强度和模量，以及拉伸强度和模量；步骤a中聚碳酸酯基板在120-125℃下干燥3-4h，能够去除内应力，提高涂层的附着力和零件尺寸的一致性与准确度；活化预处理的目的在于，在改性聚碳酸酯基板表面产生羟基、羧基等极性基团，增加了界面处改性聚碳酸酯基板与改性有机硅涂层间的化学键合，提升附着力。
步骤(2)中环氧树脂为E51环氧树脂，其改性原理主要是在聚硅氧烷链的末端或侧链上引入活性基团，再与其它高分子反应生成嵌段、接枝或互穿网络的共聚物，形成树脂间优势互补，得到抗冲击性能好及耐磨性高的聚合物；用聚酰胺作固化剂，这是因为聚酰胺固化效果优越，在成膜过程中，主要靠聚酰胺树脂中仲胺上的活泼氢打开环氧改性有机硅树脂中的环氧基而交联成高分子薄膜，它与环氧有机硅树脂有较好的混溶性，且活化期较长，涂层具有较好的附着力、耐冲击性能、弹性、耐水性和耐候性。
步骤(3)中反应温度和反应时间都要保证充分，因为温度低，共缩聚反应进行的慢，保温较短时间反应就会停止，会使其反应不充分；另外，温度过低，未达到反应所需的温度，使反应的两种物质的触官能团不能充分接触。
作为优选，所述改性氧化锌制作步骤为：在氮气保护作用下向氧化锌颗粒中加入0.15-0.2份N—油酰基N-甲基牛磺酸钠、40-50份去离子水，缓慢滴加甲基丙烯酸甲酯，升温至60-63℃，缓慢滴加过硫酸钾溶液，反应8-10h后，用甲苯、水分别洗涤抽滤3-5次，在80-83℃下烘干，制得改性氧化锌。
利用聚甲基丙烯酸甲酯通过氧化锌表面羟基进行接枝，对氧化锌进行了表面修饰改性，有效提高了氧化锌的亲油性，改善氧化锌粒子与聚合物的相容性；将改性后的氧化锌粒子通过挤出机添加进聚碳酸酯里，制成复合材料，可以有效提高聚碳酸酯的抗冲击性能和拉伸性能。
作为优选，甲基苯基有机硅树脂和环氧树脂的质量比为1:1-1.5。
作为优选，所述涂覆为淋涂方式。
淋涂能够保证涂层质量，保证涂层厚度的均匀性和表面平整光滑度，消除涂层内的基本缺陷，同时淋涂能够增强涂层与基板表面的粘结程度，使得涂层聚合物从全方位来适应基板表面的形状与界面布局，因此，能够提高后三角窗整体的力学性能。
作为优选，所述油墨黑边的涂覆方式为油墨丝网印刷成型，印刷时的烘烤温度为80-85℃，烘烤时间为30-40min。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)将改性氧化锌均匀地分散在聚碳酸酯基体中，能提高树脂的冲击强度，弯曲强度和模量，以及拉伸强度和模量，也使得共混材料间具有较好的界面相容性；
(2)活化预处理改性聚碳酸酯基板，能够在其表面产生羟基、羧基等极性基团，增加了界面处改性聚碳酸酯基板与改性有机硅涂层间的化学键合，提升附着力；
(3)改性有机硅涂层，在聚硅氧烷链的末端或侧链上引入活性基团，使其与其它高分子反应生成嵌段、接枝或互穿网络的共聚物，得到抗冲击性能好及耐磨性高的聚合物；
(4)改性有机硅涂层多层叠加，能够增加改性有机硅涂层与改性聚碳酸酯基板之间界面的连接力，使得整体的一致性与协同性更好，相互之间的粘结力更加牢固，抗冲击性能和整体致密度更好；
(5)对氧化锌进行了表面修饰改性，有效提高了氧化锌的亲油性与聚合物的相容性，将其添加进聚碳酸酯中，可以有效提高聚碳酸酯的抗冲击性能和拉伸性能。
附图说明
图1是本发明后三角窗的结构示意图；
图2是本发明后三角窗的的实物俯视图；
图中：1、改性聚碳酸酯基板 2、油墨黑边 3、改性有机硅涂层
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗，包括油墨黑边2，还包括改性聚碳酸酯基板1及改性有机硅涂层3，所述改性聚碳酸酯基板1两侧分别设有所述改性有机硅涂层3，所述油墨黑边2位于改性聚碳酸酯基板1一侧，介于改性聚碳酸酯基板1和改性有机硅涂层3之间，单侧改性有机硅涂层层数为2～3层，所述油墨黑边的宽度为3-5cm，单层改性有机硅涂层厚度为8-12μm，油墨黑边的厚度为10-20μm。
一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗的制备方法，其特征是，其具体制备步骤如下：
(1)、改性聚碳酸酯基板的制备；
a、制备改性聚碳酸酯基板：将聚碳酸酯粒料在115-125℃鼓风烘箱中干燥7-8h后，加入5-10份改性氧化锌及1-2份抗氧化剂，搅拌混合均匀，在250-260℃下挤出熔融混炼物，挤出转速为200-220rpm，然后注塑成型，将注塑成型的聚碳酸酯基板在120-125℃下干燥3-4h，冷却至室温；所述改性氧化锌制作步骤为：在氮气保护作用下向氧化锌颗粒中加入0.15-0.2份N—油酰基N-甲基牛磺酸钠、40-50份去离子水，缓慢滴加甲基丙烯酸甲酯，升温至60-63℃，缓慢滴加过硫酸钾溶液，反应8-10h后，用甲苯、水分别洗涤抽滤3-5次，在80-83℃下烘干，制得改性氧化锌。
b、活化改性聚碳酸酯基板；
将步骤(a)中所得的改性聚碳酸酯基板在去离子水中超声处理10-15min除尘，用异丙醇清洗除油，并用无水乙醇进行漂洗后，在80-85℃下干燥50-60min，再进行UVC预处理。
(2)、改性有机硅涂层材料的制备；
向甲基苯基有机硅树脂中分别加入环氧树脂，甲基苯基有机硅树脂和环氧树脂的质量比为1:1-1.5，加入甲基苯基有机硅树脂质量的40-45％二甲苯和5-8％缩水甘油丁基醚，搅拌40-45min，得到两种树脂的混合溶液，加入甲基苯基有机硅树脂质量的25-30％固化剂聚氨脂，搅拌30-40min，备用。
(3)、耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗的制备；
在步骤b所得的活化改性聚碳酸酯基板表面，在一侧涂覆上油墨黑边，所述油墨黑边的涂覆方式为油墨丝网印刷成型，印刷时的烘烤温度为80-85℃，烘烤时间为30-40min；再在两侧分别涂覆上若干层步骤(2)所得改性有机硅涂层材料，涂覆完先在130-140℃下热固化30-50min，冷却至室温，再重复涂覆1～2次，所述涂覆为淋涂方式。
结论分析：根据其性能参数来对汽车聚碳酸酯后三角窗的力学性能做出判定，其附着等级越低，说明其层间界面附着能力越强，汽车聚碳酸酯后三角窗的力学性能越好，耐冲击强度数值越高，汽车聚碳酸酯后三角窗的抗冲击性能越好。
Figure BDA0002194502600000051
Figure BDA0002194502600000061
实施例1-5：各数值均为该发明合理取范围内；此配方工艺下制作所得到的汽车聚碳酸酯后三角窗具有较好的力学性能，具有较大的界面间附着力和耐冲击强度。
对比例1：相比实施例1甲基苯基有机硅树脂与环氧树脂的质量比超出1:1-1.5范围，仅为1:0.6；聚硅氧烷链的末端或侧链上未充分引入环氧树脂活性基团，活性基团数量减少，不能充分与其它高分子反应生成嵌段、接枝或互穿网络的共聚物，形成树脂间优势互补，无法得到抗冲击性能好及耐磨性高的聚合物。
对比例2：相比实施例1加入固化剂聚氨酯的含量减少；在成膜过程中，主要靠聚酰胺树脂中仲胺上的活泼氢打开环氧改性有机硅树脂中的环氧基而交联成高分子薄膜，它与环氧有机硅树脂有较好的混溶性，且活化期较长，涂层具有较好的附着力、耐冲击性能、弹性、耐水性和耐候性，聚氨酯的含量减少，会导致汽车聚碳酸酯后三角窗的力学性能降低。
对比例3：相比实施例1仅加入少量的改性氧化锌；改性氧化锌均匀地分散在聚碳酸酯基体中，具有较好的界面相容性，能够起到增强增韧的作用，提高树脂的冲击强度，弯曲强度和模量，以及拉伸强度和模量，改性氧化锌加入量的减少，会导致汽车聚碳酸酯后三角窗的力学性能降低。
对比例4：相比实施例1涂层固化温度过低；因为温度低，共缩聚反应进行的慢，会使其反应不充分；另外，温度过低，未达到反应所需的温度，使反应的两种物质的触官能团不能充分接触。
对比例5：相比实施例1基板干燥温度过低；基板充分加热干燥能够去除基板内应力，提高涂层的附着力和零件尺寸的一致性与准确度，干燥温度过低，基板内留有较多的残余应力，使得最终汽车聚碳酸酯后三角窗的力学性能降低。
由实施例1-5以及对比例1-5的数据可知，只有在本发明权利要求范围内的方案，才能够在各方面均能满足上述要求，得出最优化的方案，得到最优的性能的汽车聚碳酸酯后三角窗。而对于配比的改动、原料的替换/加减，或者加料顺序的改变，均会带来相应的负面影响。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗，包括油墨黑边（2），其特征是，还包括改性聚碳酸酯基板（1）及改性有机硅涂层（3），所述改性聚碳酸酯基板（1）两侧分别设有所述改性有机硅涂层（3），所述油墨黑边（2）位于改性聚碳酸酯基板（1）一侧，介于改性聚碳酸酯基板（1）和改性有机硅涂层（3）之间；
其制备方法包括以下制备步骤：
（1）、改性聚碳酸酯基板的制备；
a：将聚碳酸酯粒料在115-125℃下干燥7-8h后，加入5-10份改性氧化锌及1-2份抗氧化剂，搅拌混合均匀，在250-260℃下挤出熔融混炼物，挤出转速为200-220rpm，然后注塑成型，将注塑成型的聚碳酸酯基板在120-125℃下干燥3-4h，冷却至室温；
b：将步骤a中所得的改性聚碳酸酯基板在去离子水中超声处理10-15min除尘，用异丙醇清洗除油，并用无水乙醇进行漂洗后，在80-85℃下干燥50-60min，再进行UVC预处理；
（2）、改性有机硅涂层材料的制备；
向甲基苯基有机硅树脂中分别加入环氧树脂、甲基苯基有机硅树脂质量的40-45%的二甲苯和5-8%的缩水甘油丁基醚，搅拌40-45min，得到两种树脂的混合溶液，加入 甲基苯基有机硅树脂质量的25-30%的固化剂聚酰胺，搅拌30-40min，备用；甲基苯基有机硅树脂和环氧树脂的质量比为1:1-1.5；
（3）、耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗的制备；
在步骤b所得的活化改性聚碳酸酯基板表面，在一侧涂覆上油墨黑边，再在两侧分别涂覆上若干层步骤（2）所得改性有机硅涂层材料，涂覆完先在130-140℃下热固化30-50min，冷却至室温，再重复涂覆；
所述改性氧化锌制作步骤为：在氮气保护作用下向氧化锌颗粒中加入0.15-0.2份N—油酰基N-甲基牛磺酸钠、40-50份去离子水，缓慢滴加甲基丙烯酸甲酯，升温至60-63℃，缓慢滴加过硫酸钾溶液，反应8-10h后，用甲苯、水分别洗涤抽滤3-5次，在80-83℃下烘干，制得改性氧化锌。
2.根据权利要求1所述的一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗，其特征是，单侧改性有机硅涂层层数为2~3层。
3.根据权利要求1所述的一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗，其特征是，所述油墨黑边的宽度为3-5cm。
4.根据权利要求1所述的一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗，其特征是，单层改性有机硅涂层厚度为8-12μm。
5.根据权利要求1所述的一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗，其特征是，油墨黑边的厚度为10-20μm。
6.根据权利要求1所述的一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗，其特征是，所述涂覆为淋涂方式。
7.根据权利要求1所述的一种耐冲击汽车聚碳酸酯后三角窗，其特征是，所述油墨黑边的涂覆方式为油墨丝网印刷成型，印刷时的烘烤温度为80-85℃，烘烤时间为30-40min。
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