CN110951206A - 一种复合abs材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合ABS材料，包括按重量份数计的以下组分：ABS树脂45～90份；AS树脂10～20份；玻璃纤维5～15份；相容剂0～5份；抗浮纤剂0～2份；抗氧剂0.1～1份；润滑剂0.1～2份；增韧剂1～3份；偶联剂0.1～2份。本发明还提供了该复合ABS材料的制备方法，相比未使用AS树脂增强的玻璃纤维增强ABS树脂，该材料熔融流动指数较高，可注塑生产结构复杂的大型制件；同时具有较高的模量和弯曲强度，可应用于对产品综合性能要求较高的空调结构部件如离心风叶等。

Description

一种复合ABS材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种复合ABS材料及其制备方法。
背景技术
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯是一种三元共聚物，简称ABS材料。ABS材料的冲击强度高、耐化学药品性好、重量轻、成本低，又具有一定的刚性，广泛应用于家电、汽车等领域。
由于消费者对家电安全性的重视，家电行业对材料性能的要求进一步提高，ABS材料本身的机械强度已经不能满足当前家电产品对材料的性能需求。国内外许多厂家研究用聚碳酸酯(PC)或尼龙(PA)等高性能工程材料与ABS材料共混制备ABS/PC、ABS/PA等合金材料，提高ABS的机械强度。但是这种方法的生产成本高、而且机械强度提高不明显，因此研究用玻璃纤维增强ABS材料，以实现低成本增强ABS料的制备生产。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种复合ABS材料。
本发明的第二目的在于提供该复合ABS材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明涉及一种复合ABS材料，包括按重量份数计的以下组分：
Figure BDA0002295860230000011
Figure BDA0002295860230000021
优选地，所述玻璃纤维为无碱无捻玻璃纤维，直径为9～14微米。
优选地，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚合物型相容剂、乙烯丙烯酸甲酯共聚物型相容剂中的至少一种。
优选地，所述抗浮纤剂为TAF。
优选地，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076中的至少一种。
优选地，所述润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸盐、酰胺蜡或聚烯烃蜡类润滑剂中的至少一种。
优选地，所述增韧剂选自MBS、POE或者高胶粉中的至少一种。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂，选自KH550、KH570中的至少一种。
本发明还涉及所述复合ABS材料的制备方法，包括将所述组分混合均匀后挤出造粒，得到复合ABS材料。
优选地，所述方法包括以下步骤：
(1)将除玻璃纤维以外的其它组分在高速混合机中混合5～10分钟，得到共混物；
(2)将所述共混物由喂料口加入双螺杆挤出机，玻璃纤维由副喂料口加入双螺杆挤出机，经混炼挤出、牵引拉条、冷却和切粒后，得到所述复合ABS材料。
优选地，所述挤出机温度为160～250℃，挤出机转速为200～350RPM。
本发明的有益效果：
本发明采用AS树脂和玻璃纤维增强ABS树脂，得到一种复合ABS材料。其熔融流动指数较高，可注塑生产结构复杂的大型制件；同时具有较高的模量和弯曲强度，可应用于对产品综合性能要求较高的空调结构部件如离心风叶等。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明实施例涉及一种复合ABS材料，包括按重量份数计的以下组分：
Figure BDA0002295860230000031
在本发明的一个实施例中，ABS树脂为高强度ABS树脂和冲击性ABS树脂的混合，两者混合的质量比为1:(0.1～0.5)。其中，高强度ABS树脂为ABS121H，高冲击性ABS树脂为ABS747。
现有技术中已存在ABS树脂与玻璃纤维的复合材料，但其模量和弯曲强度仍然不能满足空调离心风叶的要求，因此本发明在配方中加入了AS树脂。AS树脂的学名为丙烯腈-苯乙烯共聚物，具有耐高温性、出色的光泽度和耐化学介质性，还有优良的硬度、刚性、尺寸稳定性和较高的承载能力。本发明中优选使用AS 80HF树脂。上述ABS 121H、ABS 747和AS80HF树脂的力学性能见表1。
表1
Figure BDA0002295860230000041
在本发明的一个实施例中，玻璃纤维为无碱无捻玻璃纤维，直径为9～14微米。玻璃纤维有耐碱、高碱、中碱、无碱的分别，无碱是指玻璃中不含Ca2+、Mg2+等碱性离子。无捻是指捻度为零，即纤维束是由平行纤维集束而成的。本发明使用无碱无捻玻璃纤维的原因是：无碱玻纤不与基材发生反应，能够确保材料的稳定性与力学性能；无捻玻纤与材料形成界面的更好，不易分离或断裂。如玻纤直径小于9微米，则挤出机需要更强的剪切力，提高复合ABS材料的成本；如玻纤直径大于20微米，则复合材料的性能降低。
在本发明的一个实施例中，相容剂选自马来酸酐接枝聚合物型相容剂、乙烯丙烯酸甲酯共聚物型相容剂中的至少一种。马来酸酐接枝聚合物型相容剂包括马来酸酐接枝ABS(ABS-g-MAH)、马来酸酐接枝PE(PE-g-MAH)、马来酸酐接枝PP(PP-g-MAH)、马来酸酐接枝PS(SMA)等。这类相容剂的增容机理为相容剂中的马来酸酐基团与PC树脂的端羟基进行酯化反应，生成了接枝物，这种接枝物起到了相容剂的作用。乙烯丙烯酸甲酯共聚物型相容剂可以为EMA，即乙烯(E)与丙烯酸甲酯(MA)的二元共聚物。相容剂的作用为增加ABS树脂、AS树脂和玻璃纤维的相容性，增加三者之间的界面粘结力，有助于玻璃纤维在树脂基体中均匀分散，对改善ABS材料的力学性能有较好的效果。
在本发明的一个实施例中，抗浮纤剂为TAF，购自东莞依雅思。其主要成分为植物油脂。抗浮纤剂具有内外润滑的作用，可以提高树脂材料的加工流动性，降低螺杆扭矩，提高制品表明的光洁度，有效防止玻璃纤维外露。
抗氧剂的作用为延缓或抑制聚合物氧化过程的进行，从而阻止聚合物的老化并延长其使用寿命，有助于防止聚合物在高温高压的条件下降解。抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂。
在本发明的一个实施例中，主抗氧剂为抗氧剂1010和/或抗氧剂1076；辅抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂168和/或抗氧剂DLTP。其中，抗氧剂1010的化学名为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。抗氧剂1076的化学名为十八烷基3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯或3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯。抗氧剂168的化学名为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯，其为优良的亚磷酸酯类抗氧剂，与主抗氧剂1010及1076并用有极好的协同效应。抗氧剂DLTP的化学名为硫代二丙酸双月桂酯。优选主抗氧剂与辅抗氧剂的质量比为(1～2):1。
在本发明的一个实施例中，润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸盐、酰胺蜡或聚烯烃蜡类润滑剂中的至少一种。润滑剂可以改善聚合物的挤出性能，提高产物的表面光滑度，降低设备能耗，有助于玻璃纤维在树脂中的均匀分散。
在本发明的一个实施例中，增韧剂选自MBS、POE或者高胶粉中的至少一种。MBS树脂是甲基丙烯酸甲酯(M)，丁二烯(B)及苯乙烯(S)的三元共聚物，它具有典型的核-壳结构。高胶粉同为苯乙烯、丁二烯、丙烯腈三元核壳型共聚物。POE为采用茂金属催化剂的乙烯和辛烯实现原位聚合的热塑性弹性体。上述物质有助于改善聚合物的冲击性能，提高冲击强度。
在本发明的一个实施例中，偶联剂为硅烷偶联剂，选自KH550、KH570中的至少一种。KH550为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，KH570为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。硅烷偶联剂能改善玻璃纤维和树脂的粘合性能，大大提高玻璃纤维增强复合材料的强度、电气、抗水、抗气候等性能。
本发明还涉及复合ABS材料的制备方法，包括将各组分混合均匀后挤出造粒，得到高阻燃改性聚丙烯。
在本发明的一个实施例中，上述方法包括以下步骤：
(1)为防止玻璃纤维在共混过程中脆裂，将除玻璃纤维以外的其它组分在高速混合机中混合5～10分钟，得到共混物。
(2)将共混物由喂料口加入双螺杆挤出机，玻璃纤维由副喂料口加入双螺杆挤出机，经混炼挤出、牵引拉条、冷却和切粒后，得到复合ABS材料。可以将挤出机温度设定为160～250℃，挤出机转速设定为200～350RPM。
实验例
在40～60℃下，将除玻璃纤维以外的其它组分在高速混合机中混合3～10分钟，得到共混物。将共混物置于双螺杆挤出机的喂料料斗中，再次混合均匀后加入料筒挤出造粒，为保证玻璃纤维的长度，玻璃纤维由第二加料口牵引加入，以便降低螺杆对玻璃纤维的剪切，主机转速在200～350RPM之间。经混炼挤出、牵引拉条、冷却和切粒后，得到复合ABS材料。
挤出加工温度为：一区160～180℃，二区170～190℃，三区180～200℃，四区190～210℃，五区190～210℃，六区200～220℃，七区200～220℃，八区210～230℃，九区210～230℃，十区220～240℃，机头220～240℃。实施例和对比例的各组分配比见表2。
表2
Figure BDA0002295860230000061
Figure BDA0002295860230000071
上述实施例和对比例中使用的抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168的复配抗氧剂，两者混合的质量比为1:1。
测试例
将实施例和对比例制得颗粒转入注塑机中，在200～260℃下注塑成型，得到拉伸、弯曲、冲击样条。
其中，拉伸样条的长度为150±2mm，宽度为10±0.2mm，厚度为4±0.2mm。
弯曲样条的长度为80±2mm，宽度为10±0.2mm，厚度为4±0.2mm。
冲击样条的长度为80±2mm，宽度为10±0.2mm，厚度为4±0.2mm，缺口剩余宽度为8±0.2mm。
在测试前，测试样条先在温度为23±2℃，湿度为50±10％的环境中放置88h。然后按国标GB/T1040测试拉伸强度，按国标GB/T9341测试弯曲强度，按国标GB/T2918测试悬臂梁缺口冲击强度。测试结果见表3。
表3
Figure BDA0002295860230000081
各实施例和对比例中，对于各组分的具体的细化选择不做限定，本领域技术人员根据发明内容所能做出的选择均可适用。测试结果分析如下：
从实施例1～3可以看出，随着玻璃纤维用量的增加，复合ABS材料的拉伸强度、弯曲强度、热变形温度和热变形温度显著提高，冲击强度和熔融指数开始下降。但随着玻璃纤维用量的持续增加，表面开始出现浮纤。实施例2得到的复合ABS材料的流动性和强度最高，且具有良好的表面效果。
从实施例4～6可以看出，在玻璃纤维含量不变的情况下，随着AS树脂用量的增加，复合ABS材料的拉伸强度和弯曲强度不断增加。但随着橡胶相，即ABS树脂含量的相对减少，材料的冲击性能降低，相比之下热变形温度变化不大。
从实施例1和7可以看出，采用单一ABS 121H树脂，在各组分用量不变的前提下，虽然拉伸和弯曲强度有所提高，但冲击强度下降明显。
从实施例1和8～9可以看出，在AS树脂份数不变的情况下，随着ABS树脂用量增加，复合ABS材料的拉伸强度、弯曲强度不断增加。随着橡胶相的增加，复合ABS材料的冲击性能得到提升，但热变形温度下降。
另外，从实施例1和对比例1中可以看出，通过ABS和AS树脂复配可以明显提高材料的刚性和物理性能。从实施例2和对比例2中可以看出，直径为13微米的玻纤比直径为17微米的玻纤增强ABS效果更好。采用实施例6的配方可以得到高强度，高刚性，并且能兼顾良好的表面效果的玻纤增强ABS材料。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种复合ABS材料，其特征在于，包括按重量份数计的以下组分：
Figure FDA0002295860220000011
2.根据权利要求1所述的复合ABS材料，其特征在于，所述玻璃纤维为无碱无捻玻璃纤维，直径为9～14微米。
3.根据权利要求1所述的复合ABS材料，其特征在于，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚合物型相容剂、乙烯丙烯酸甲酯共聚物型相容剂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的复合ABS材料，其特征在于，所述抗浮纤剂为TAF。
5.根据权利要求1所述的复合ABS材料，其特征在于，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的复合ABS材料，其特征在于，所述润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸盐、酰胺蜡或聚烯烃蜡类润滑剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的复合ABS材料，其特征在于，所述增韧剂选自MBS、POE或者高胶粉中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的复合ABS材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂，选自KH550、KH570中的至少一种。
9.根据权利要求1至8任一项所述复合ABS材料的制备方法，其特征在于，包括将所述组分混合均匀后挤出造粒，得到所述高阻燃改性聚丙烯。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将除玻璃纤维以外的其它组分在高速混合机中混合5～10分钟，得到共混物；
(2)将所述共混物由喂料口加入双螺杆挤出机，玻璃纤维由副喂料口加入双螺杆挤出机，经混炼挤出、牵引拉条、冷却和切粒后，得到所述复合ABS材料；
和/或，所述挤出机温度为160～250℃，挤出机转速为200～350RPM。
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