CN111019257B - 一种高韧性、耐热、耐磨的ps材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供了一种高韧性、耐热、耐磨的PS材料及其制备方法，其制备原料包括以下质量百分比的成分：聚苯乙烯树脂：53％‑84％；钛酸钾晶须：8‑15％；苯乙烯‑马来酸酐共聚物：5‑10％；苯乙烯类弹性体聚合物或共聚物：5‑15％；加工助剂：0.8‑2.0％。本发明创造所述的高韧性、耐热、耐磨的PS材料及其制备方法可以得到韧性高、耐热性好、机械强度好的PS材料。

Description

一种高韧性、耐热、耐磨的PS材料及其制备方法
技术领域
本发明创造属于改性塑料领域，尤其是涉及一种高韧性、耐热、耐磨的PS材料及其制备方法。
背景技术
与PP、PE等其他结晶类塑料相比，苯乙烯(PS)材料具有尺寸稳定性高，加工性能好，吸湿性低性价比较高等特点。在家电和OA办公设备行业是通用的材料，目前国内众多家电厂家广泛用苯乙烯(PS)材料做电器的壳体，例如：显示器、TV等。但苯乙烯材料强度一般，对电器壳体的形状和功能设计是一种限制。同时，PS材料的耐热性较差，这也大大限制了其产品应用的环境，不能应用在有耐热要求的产品。现在很多产品功能性需要结构设计更复杂，对材料的强度和模量有更高的要求。同时，产品抗跌落和适应温度变化需求，对材料的韧性也有要求。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种高韧性、耐热、耐磨的PS材料及其制备方法，以得到韧性高、耐热性好、机械强度好的PS材料。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种高韧性、耐热、耐磨的PS材料，其制备原料包括以下质量百分比的成分：
聚苯乙烯树脂：53％-84％
钛酸钾晶须：8-15％
苯乙烯-马来酸酐共聚物：5-10％
苯乙烯类弹性体聚合物：5-15％
加工助剂：0.8-2.0％。
进一步的，所述苯乙烯-马来酸酐共聚物为相容剂。
通过加入苯乙烯-马来酸酐共聚物一方面可以改善PS相和钛酸钾晶须相的相容性，提高其界面强度，从而提高材料的力学性能；
进一步的，所述苯乙烯-马来酸酐共聚物优选为酯化度在20％-30％的交替型SMA共聚物。
这类共聚物不仅具有非常好的水溶性，并且SMA共聚物中，马来酸酐有强吸电子基团，因而为正极性。苯乙烯却因苯环的共轭效应给出电子成为负极性，因此二者形成稳定的正负极相吸的状态，从而使得交替型SMA共聚物的韧性非常好。
由于PS材料的大体积侧基为苯环的无规则排列决定了PS材料的刚度大、性脆、韧性低的特点，因此加入这类苯乙烯-马来酸酐共聚物可以提高其韧性，进一步增加材料的冲击强度。
进一步的，所述苯乙烯类弹性体聚合物为增韧剂。
苯乙烯类弹性体聚合物与苯乙烯-马来酸酐共聚物互相配合，一同增加PS材料的韧性。
通过适当添加合适PS的增韧剂苯乙烯类弹性体聚合物，提升材料的韧性。
进一步的，所述聚苯乙烯在温度为200℃、负载为10kg时熔体流动速率为10-20g/10min。
若熔体流动速率太高，则制备得到的PS材料的冲击性能低，其机械强度、韧性等均太低；若熔体流动速率太低，则制备得到的PS材料在后续的加工过程例如注塑成型等过程中加工性能不好，不利于后续的加工。熔体流动速率为10-20g/10min的聚苯乙烯使制备得到的PS材料兼具较高的冲击性能和加工性能。
进一步的，所述的钛酸钾晶须为导电晶须。
通过添加适量导电钛酸钾晶须使材料的表面硬度增加，抑制刮痕裂纹的产生，避免材料表面被破坏。但是如果加入的钛酸钾晶须的含量太高，则会导致PS材料的表面硬度过大，表面脆性增强，导致材料的韧性降低，冲击强度会降低。
进一步的，所述导电晶须是在钛酸钾晶须的基础上，采用还原法和包覆导电层法制备的具有导电性的钛酸钾晶须。
进一步的，所述的加工助剂为抗氧剂、耐磨剂、润滑剂中的一种以上。
通过加入适当加工助剂及筛选合适PS材料，改善其材料的流变特性，使其实现易加工的特点。
进一步的，所述的抗氧剂为抗氧剂1010。
进一步的，所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺(EBS)。
进一步的，所述的耐磨剂为二硫化钼。
一种制备高韧性、耐热、耐磨的PS材料的制备方法，包括以下步骤：
进一步的，将所述的除钛酸钾晶须外的其余原料均匀混合后从挤出机的主喂料口喂入；然后将钛酸钾晶须通过侧喂口侧喂入挤出机螺筒内；将所有原料在挤出机中熔融、挤出、造粒后得到高韧性、耐热、耐磨的PS材料。
进一步的，所述的挤出机优选双螺杆挤出机。
进一步的，所述的熔融是在190-260℃下熔融。
相对于现有技术，本发明创造所述的高韧性、耐热、耐磨的PS材料及其制备方法具有以下优势：
(1)本发明所述的高韧性、耐热、耐磨的PS材料，利用导电钛酸钾晶须的特殊结构，几何尺寸细小、长径比较大、内含缺陷小、强度高，具有优良的力学性能和物理特性。在树脂材料中可以实现显微增强，使所得制品的各向同性、表面质量较高，体现出低磨耗性，耐磨性能较好。并通过加入苯乙烯-马来酸酐共聚物改善PS相和钛酸钾晶须相的相容性，提高其界面强度，从而提高材料的力学性能。
(2)本发明所述的高韧性、耐热、耐磨的PS材料，通过添加导电钛酸钾晶须使材料的表面硬度增加，抑制刮痕裂纹的产生，避免材料表面被破坏。同时，添加耐磨助剂，降低摩擦系数也可以提升材料的耐磨特性。
(3)本发明所述的高韧性、耐热、耐磨的PS材料，利用钛酸钾晶须的特性，其热传导率低，是很好的耐热材料。良好的耐热性能也使材料表面进行摩擦时不受生成热量引起的高温升高影响，对材料的耐磨性能也是一种间接正向影响。
(4)本发明所述的高韧性、耐热、耐磨的PS材料，通过加入适当加工助剂及筛选合适PS材料，改善其材料的流变特性，使其实现易加工的特点。
(5)本发明所述的高韧性、耐热、耐磨的PS材料，通过加入的钛酸钾晶须，由于其几何尺寸细小的特殊结构具有显微增强效果，对韧性影响不大，同时适当添加合适PS增韧剂苯乙烯类弹性体聚合物或共聚物，提升材料的韧性。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明创造。
以下实施例中，挤出机熔融挤出的加工条件如下：一区温度180-210℃，二区温度215-235℃，三区温度215-235℃，四区温度215-235℃，五区温度225-245℃，六区温度225-245℃，七区温度225-245℃，八区温度225-245℃，九区温度215-235℃，主机转速250-360转/分钟。
实施例1-4
一种高韧性、耐热、耐磨PS材料，其原料配方如表1所示，其制备方法包括以下步骤：
将上述除钛酸钾晶须外原料均匀混合，然后从挤出机的主喂料口喂入，钛酸钾晶须通过侧喂称喂入挤出机螺筒内；原料在挤出机中熔融、挤出、造粒后得到高韧性、永久抗静电、耐热、耐磨PS材料。
将粒料注塑成相应试样进行测试，测试结果见表2。
对比例1
一种碳黑填充的改性PS材料，其原料配方如表1所示，其制备方法包括以下步骤：
将导电碳黑除外的原料混合均匀的物料置于双螺杆挤出机主喂料口中，导电碳黑通过侧喂称喂入挤出机螺筒内；双螺杆机熔融挤出，造粒后干燥。所述组分均为现有技术。
表1实施例和对比例的原料配方(按质量百分比)
Figure GDA0002406163280000041
Figure GDA0002406163280000051
表2实施例和对比例的改性PS材料的测试数据
Figure GDA0002406163280000052
由上表可知，所述的实施例1与对比例1相比钛酸钾晶须替换了导电碳黑，实施例1的力学性能和加工性能提升明显；热变形温度略有升高，耐热性更好；磨耗量明显降低，耐磨性能提升。
所述的实施例2与实施例1相比钛酸钾晶须比例增大到15％，实施例2的热变形温度升高明显，耐热性更好；磨耗量明显降低，耐磨性能提升。
所述的实施例3与实施例2相比添加了更多的相容剂和增韧剂，实施例3的韧性有明显提高。
所述的实施例4与实施例3、实施例2相比，实施例3选用更多的耐磨剂复配，磨耗量很低，实施例4的耐磨效果有明显提高。
对比例的材料为目前市场上通用的PS材料，采用普遍的配方及加工工艺，平行对比材料的力学性能测试、热变形温度测试、表面电阻测试、耐磨测试，相比之下，实施例的材料韧性、抗静电性、耐热性能、耐磨性能均有明显优势。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高韧性、耐热、耐磨的PS材料，其特征在于：其制备原料包括以下质量百分比的成分：
聚苯乙烯树脂：53%-84%
钛酸钾晶须：8-15%
苯乙烯-马来酸酐共聚物：5-10%
苯乙烯类弹性体聚合物：5-15%
加工助剂：0.8-2.0%；
所述的钛酸钾晶须为导电晶须；
所述导电晶须是在钛酸钾晶须的基础上，采用还原法和包覆导电层法制备的具有导电性的钛酸钾晶须；
苯乙烯-马来酸酐共聚物为酯化度在20%-30%的交替型SMA共聚物；
所述聚苯乙烯在温度为200℃、负载为10kg时熔体流动速率为10-20g/10min。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性、耐热、耐磨的PS材料，其特征在于：所述的加工助剂为抗氧剂、耐磨剂、润滑剂中的一种以上。
3.根据权利要求2所述的一种高韧性、耐热、耐磨的PS材料，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂1010。
4.根据权利要求2所述的一种高韧性、耐热、耐磨的PS材料，其特征在于：所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺。
5.根据权利要求2所述的高韧性、耐热、耐磨的PS材料，其特征在于：所述的耐磨剂为二硫化钼。
6.制备权利要求1-5任一项所述的高韧性、耐热、耐磨的PS材料的方法，其特征在于：将所述的除钛酸钾晶须外的其余原料均匀混合后从挤出机的主喂料口喂入；然后将钛酸钾晶须通过侧喂口侧喂入挤出机螺筒内；将所有原料在挤出机中熔融、挤出、造粒后得到高韧性、耐热、耐磨的PS材料。
7.根据权利要求6所述的制备高韧性、耐热、耐磨的PS材料的方法，其特征在于：所述的挤出机为双螺杆挤出机。
8.根据权利要求6所述的制备高韧性、耐热、耐磨的PS材料的方法，其特征在于：所述的熔融是在190-260℃下熔融。
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