CN111621118A - 一种可用于制造5g分纤箱的abs复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种可用于制造5g分纤箱的abs复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可用于制造5G分纤箱的ABS复合材料及其制备方法，本发明提供的ABS复合材料包括丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物30‑50份、改性氧化镁50‑80份、改性石墨烯0.1‑20份和水杨酸金属配合物0.01‑1份，所述改性氧化镁包括氧化镁和钛酸酯偶联剂，所述氧化镁和钛酸酯偶联剂的重量比为(50‑100)：1，所述改性石墨烯包括石墨烯和铝酸脂偶联剂，所述石墨烯和铝酸脂偶联剂的重量比为(50‑150)：1，所述改性氧化镁有机物含量为1‑10％，所述改性石墨烯有机物含量为0.1‑3％。

Description

一种可用于制造5G分纤箱的ABS复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于ABS材料技术领域，具体涉及一种用于制造5G分纤箱的ABS复合材料及其制备方法。
背景技术
在通讯设备中塑料的箱体要经受日晒、雨淋、严寒等不同气候条件的考验，且要满足长期的使用要求。采用塑料代替金属喷塑技术最早是由日本在20世纪90年代初开发并成功投入使用的。这种技术克服了原来的金属喷塑外壳所存在的制作工艺复杂、成本高、重量较大、易生锈等缺点，最终减轻了工人的劳动强度，降低了能耗，延长了使用寿命。随着通讯工程的发展，改性耐候塑料的需求也越来越大。
ABS塑料制品坚固耐用，具有耐酸、耐碱、耐腐蚀等优点，且制造成本低，在家用电器和通讯设备领域广泛使用。在长期使用过程中，电流较大的电器会产生较大的热量，使温度升高，导致电子器件发生故障，也会降低ABS塑料的寿命。因此，开发具有良好导热性能和综合性能的ABS复合材料具有重要意义。
目前，解决ABS塑料制品导热方法主要有两种，一种是通过合成阶段加入具有导热结构的高分子单体，从本源上提升ABS的导热性能，但价格高且加工困难，只能用于特殊领域。另一种方法是通过在abs树脂中加入导热填料提升导热性能，是当前制备导热塑料的主流方法，使ABS复合材料广泛用于电子电器外壳且在使用过程中不出现过热。常用的提升ABS导热性能方法包括加入氧化锌、氧化铝、钛酸钾、石墨等，导热材料在ABS内形成通路，增大其导热性能，大量填充材料可以带来导热系数的提升，但同时还会带来材料其他性能的牺牲，例如力学性能。上述填充的这些方法存在下面不足：(1)填充后降低ABS力学性能，难以满足工程塑料要求；(2)ABS复合材料加工性能下降。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种导热性能较好的可用于制造5G分纤箱的ABS复合材料及其制备方法。
本发明提供一种ABS复合材料，按重量份计，包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物30-50份、改性氧化镁50-80份、改性石墨烯0.1-20份和水杨酸金属配合物0.01-1份，所述改性氧化镁包括氧化镁和钛酸酯偶联剂，所述氧化镁和钛酸酯偶联剂的重量比为(50-100)：1，所述改性石墨烯包括石墨烯和铝酸脂偶联剂，所述石墨烯和铝酸脂偶联剂的重量比为(50-150)：1，所述改性氧化镁有机物含量为1-10％，所述改性石墨烯有机物含量为0.1-3％，所述水杨酸金属配合物包括水杨酸铜(Ⅱ)配合物和水杨酸稀土，所述为水杨酸铜(Ⅱ)配合物和水杨酸稀土的重量比为(1-3)：1。
优选地，所述改性氧化镁有机物含量为1-5％。
优选地，所述改性石墨烯有机物含量为0.1-1％。
优选地，所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯的含量为50％-90％。
优选地，所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯的含量为70％-90％。
优选地，所述水杨酸稀土包括水杨酸镧、水杨酸铈和水杨酸钕中的一种或多种。
优选地，所述石墨烯粒径为1-10um，所述氧化镁粒径为1-10um。
优选地，所述钛酸酯偶联剂包括异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯和单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯中的一种或多种；所述铝酸脂偶联剂包括二硬脂酰氧异丙基铝酸脂。
本发明还提供一种ABS复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)用钛酸酯偶联剂对氧化镁进行改性处理，得到改性氧化镁，备用；
(2)用铝酸脂偶联剂对石墨烯进行改性处理，得到改性石墨烯，备用；
(3)将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、改性氧化镁和改性石墨烯共混挤出造粒。
优选地，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、改性氧化镁、改性石墨烯和水杨酸金属配合物共混后的物料熔体体积流速为3-8cm3/s，熔体粘度为8-12Pa*s。
优选地，所述共混挤出使用挤出机进行，所述挤出机的挤出温度为120-300℃，所述挤出机的转速为60-120rpm。
附图说明
通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本的主旨。
图1为本发明实施例1提供的改性石墨烯在透射电镜(TEM)下的结构示意图。
图2为本发明实施例2提供的改性石墨烯在透射电镜(TEM)下的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供一种ABS复合材料，包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物30-50份、改性氧化镁50-80份、改性石墨烯0.1-20份和水杨酸金属配合物0.01-1份，所述改性氧化镁包括氧化镁和钛酸酯偶联剂，所述氧化镁和钛酸酯偶联剂的重量比为(50-100)：1，所述改性石墨烯包括石墨烯和铝酸脂偶联剂，所述石墨烯和铝酸脂偶联剂的重量比为(50-150)：1，所述改性氧化镁有机物含量为1-10％，所述改性石墨烯有机物含量为0.1-3％，水杨酸金属配合物包括水杨酸铜(Ⅱ)配合物和水杨酸稀土，为水杨酸铜(Ⅱ)配合物和水杨酸稀土的重量比为(1-3)：1。
本实施例的ABS复合材料中，氧化镁经过钛酸酯偶联剂改性后，使得改性氧化镁具有较好的导热作用，同时，改性氧化镁有机物含量的限定能够较好的保证改性氧化镁和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)的相容性，保证ABS材料的力学性能。
本实施例的ABS复合材料中，石墨烯经过铝酸脂偶联剂改性后，使得改性石墨烯能够进一步提升复合材料的导热系数。同时，改性石墨烯有机物含量的限定能够较好的保证改性氧化镁和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)的相容性，保证ABS材料的力学性能。
本实施例提供的ABS复合材料通过选用水杨酸金属配合物，提升ABS复合材料的导热性能。水杨酸金属配合物具有较好的桥梁，可以与金属离子形成稳定的配合物，其中羟基官能团使水杨酸在与金属离子进行配位时，形成稳定六元环结构，有利于能量的传递，同时配合经过改性后的石墨烯和改性后的氧化镁，实现得到的ABS复合材料不仅能够具有较高的导热性能还能保证较好的力学性能。
本实施例中通过水杨酸和铜离子的配合实现具有特定化学性质的中心铜离子和水杨酸的独特功能官能团之间较好的融合，有利于提升材料的导热性能。稀土粒子有稳定自由基的作用，提升丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)的稳定性，尤其是丁二烯的稳定性，水杨酸与稀土配位不仅能够具有较好的导热性能还能提升丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)的稳定性。水杨酸铜(Ⅱ)配合物和水杨酸稀土通过合理的重量比配合，在与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物混合后，实现得到的ABS复合材料不仅能够具有较高的导热系数，还能够维持较好的力学性能和加工性能。
本实施例中，水杨酸铜(Ⅱ)是以Cu2+为中心离子，水杨酸为配体得到的。
本实施例提供的ABS复合材料导热率为1-2W/(m*K)，拉伸强度大于35MPa，断裂伸长率大于3％，冲击强度大于4kJ/m2，弯曲强度大于50Mpa。
本实施例提供的ABS复合材料在提升导热性能的同时，较大程度的保证其力学性能。
在优选实施例中，氧化镁和钛酸酯偶联剂的重量比为，(60-90)：1。
在优选实施例中，石墨烯和铝酸脂偶联剂的重量比为(80-120)：1。
在优选实施例中，改性氧化镁有机物含量为1-5％。
在优选实施例中，改性石墨烯有机物含量为0.1-1％。
在优选实施例中，水杨酸稀土包括水杨酸镧、水杨酸铈和水杨酸钕中的一种或多种。
在优选实施例中，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯的含量为50％-90％。进一步优选实施例中，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯的含量为70％-90％。ABS复合材料的含胶量(丁二烯的含量)较高，能够使得ABS复合材料的耐冲击性能较好，且与改性石墨烯和改性氧化镁的复配效果较好。
在优选实施例中，石墨烯粒径为1-10um，氧化镁粒径为1-10um。实现改性氧化镁和改性石墨烯能够较好的填充丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，使得得到ABS复合材料具有较好的导热性能还能保证较强的力学性能。进一步优选实施例中石墨烯粒径为3-8um，氧化镁粒径为3-8um。
在优选实施例中，钛酸酯偶联剂包括异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(牌号为TMC-201)、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯(牌号TMC-101)和单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯(牌号TMC-105)中的一种或多种；铝酸脂偶联剂包括二硬脂酰氧异丙基铝酸脂(牌号SG-Al821)和/或DL411。
本发明实施例还提供一种ABS复合材料，按重量份计，由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物30-50份、改性氧化镁50-80份和改性石墨烯0.1-20份，组成改性氧化镁由氧化镁50-70份和钛酸酯偶联剂0.1-10份组成，改性石墨烯由石墨烯0.1-5份和铝酸脂偶联剂0.1-20份组成，改性氧化镁有机物含量为1-10％，改性石墨烯有机物含量为0.1-3％。
在优选实施例中，钛酸酯偶联剂选自异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(牌号为TMC-201)、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯(牌号TMC-101)和单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯(牌号TMC-105)中的一种或多种；铝酸脂偶联剂选自二硬脂酰氧异丙基铝酸脂(牌号SG-Al821)和/或DL411。
本发明还提供一种ABS复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)用钛酸酯偶联剂对氧化镁进行改性处理，得到改性氧化镁，备用；
(2)用铝酸脂偶联剂对石墨烯进行改性处理，得到改性石墨烯，备用；
(3)将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、改性氧化镁、改性石墨烯和水杨酸金属配合物共混挤出造粒。
在优选实施例中，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、改性氧化镁、改性石墨烯和水杨酸金属配合物共混后的物料熔体体积流速为3-8cm3/s，熔体粘度为8-12Pa*s。
在优选实施例中，共混挤出使用挤出机进行，挤出机的挤出温度为120-300℃，挤出机的转速为60-120rpm。
在优选实施例中ABS复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将钛酸酯偶联剂用无水乙醇稀释，加入氧化镁中，搅拌速度为800-1200rpm，反应温度为40-80℃，反应时间为20-50min，冷却后得到有机物含量在1-10％的改性氧化镁，备用。
(2)将铝酸脂偶联剂加入石墨烯中，搅拌速度为1800-2200rpm，反应温度为60-100℃，反应时间为60min，冷却后得到冷却后得到有机物含量在0.1-3％的改性石墨烯，备用。
(3)将改性氧化镁、改性石墨烯和水杨酸金属配合物从挤出机的侧喂料机中加入，将ABS树脂从双螺杆挤出机料斗中加入，进行造粒；
挤出机各区温度分别为1区130-140℃，2区150-160℃，3区160-170℃，4区170-180℃，5区200-210℃，6区220-230℃，7区240-250℃，8区250-260℃，模头区260-270℃，冷却水30-40℃，挤出机转速为60-120rpm。
为使本发明的细节更利于本领域技术人员的理解和实施，以及突出本案的进步性效果，以下通过具体的实施例来对本案的上述内容进行举例说明。
实施例1
将10g单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯(牌号TMC-105)以50g无水乙醇稀释，加入800g粒径为5um的氧化镁中，搅拌速度为1000rpm，温度为60℃，时间为30min，冷却后得到改性氧化镁，且该改性氧化镁表面有机物含量为1.5％；
将1g二硬脂酰氧异丙基铝酸脂(牌号SG-Al821)加入100g粒径为5um的石墨烯中，搅拌速度为2000rpm，温度为80℃，时间为60min，冷却后得到改性石墨烯，且该改性石墨烯表面有机物含量为0.25％，通过透射电镜(TEM)观察到改性后的石墨烯分散性良好，如附图1所示。
将上述60g的改性氧化镁、0.5g的改性石墨烯、水杨酸铜(Ⅱ)配合物0.1g和水杨酸稀土0.1g从侧喂料机中加入，将40g丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物从双螺杆挤出机料斗中加入，进行造粒，得到ABS复合材料，ABS复合材料熔体体积流速为5cm3/s，熔体粘度为10Pa*s；
挤出机各区温度分别为1区130-140℃，2区150-160℃，3区160-170℃，4区170-180℃，5区200-210℃，6区220-230℃，7区240-250℃，8区250-260℃，模头区260-270℃，冷却水30-40℃，挤出机转速为60-120rpm。
实施例2
将10g异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(牌号为TMC-201)以50g无水乙醇稀释，加入700g粒径为5um的氧化镁中，搅拌速度为1000rpm，温度为60℃，时间为30min，冷却后得到改性氧化镁，且该改性氧化镁表面有机物含量为1.5％；
将1g二硬脂酰氧异丙基铝酸脂(牌号SG-Al821)加入120g粒径为5um的石墨烯中，搅拌速度为2000rpm，温度为80℃，时间为60min，冷却后得到改性石墨烯，且该改性石墨烯表面有机物含量为0.25％，通过透射电镜(TEM)观察到改性后的石墨烯分散性良好，如附图2所示。
将上述60g的改性氧化镁、0.5g的改性石墨烯和水杨酸铜(Ⅱ)配合物0.1g和和水杨酸稀土0.1g从侧喂料机中加入，将40g丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物从双螺杆挤出机料斗中加入，进行造粒，得到ABS复合材料，；ABS复合材料熔体体积流速为5cm3/s，熔体粘度为10Pa*s；
挤出机各区温度分别为1区130-140℃，2区150-160℃，3区160-170℃，4区170-180℃，5区200-210℃，6区220-230℃，7区240-250℃，8区250-260℃，模头区260-270℃，冷却水30-40℃，挤出机转速为60-120rpm。
对比例1
与实施例1相比，对比例1中不加入水杨酸铜(Ⅱ)配合物，其余配方和制备方法与实施例1相同。
对比例2
与实施例1相比，对比例2中不加入水杨酸稀土，其余配方和制备方法与实施例1相同。
对比例3
与实施例1相比，对比例3中不加入二硬脂酰氧异丙基铝酸脂(牌号SG-Al821)对石墨烯进行改性，不加入单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯(牌号TMC-105)对氧化镁进行改性，其余配方和制备方法与实施例1相同。
对比例4
与实施例相比，对比例4中将50g异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)(牌号TMC-101)以50g无水乙醇稀释，加入700g粒径为2um的氧化镁中，改性氧化镁有机物含量为10％，将5g二硬脂酰氧异丙基铝酸脂(牌号SG-Al821)加入100g粒径为5um的石墨烯中，搅拌速度为2000rpm，温度为80℃，时间为60min，改性石墨烯有机物含量为1％。其余配方和制备方法与实施例1相同。
效果实施例
将实施例1-2和对比例1-4制备得到的复合材料进行导热性能和力学性能的测试，拉伸强度的测试方法参照GB/T1040；冲击强度的测试方法参照GB/1943-2007；断裂伸长率的测试方法参照GB/T 1039，弯曲强度的测试方法参照GB/T 1449-2005，导热系数的测试方法参照GB/T 3399-1982。测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002590100200000081
由表1的数据可以看出实施例1和实施例2制备得到的ABS复合材料具有较高的导热系数，同时还能保证较好的力学性能和加工性能。
对比例1中未加入水杨酸铜(Ⅱ)配合物，得到的ABS复合材料导热性能较差，同时力学性能和加工性能都较差。
对比例2中，未加入水杨酸稀土，得到的ABS复合材料导热性能较差，同时力学性能和加工性能都较差。
对比例3中，石墨烯未进行改性，也氧化镁未进行改性，得到的ABS复合材料导热性能较差，同时，未改性的石墨烯与ABS基材匹配性较差，未改性的氧化镁与ABS基材匹配性较差，使得ABS复合材料力学性能和加工性能都较差。
对比例4中虽然都加入了改性石墨烯和改性氧化镁，但是改性石墨烯和改性氧化镁的有机物含量不在本发明的范围内，得到的ABS复合材料导热性能较差，并且与ABS基材匹配性也不好，使得ABS复合材料力学性能和加工性能都较差。
综上，说明本发明的ABS复合材料配方合理，得到的ABS复合材料不仅具有较高的导热系数，同时还能保证较好的力学性能和加工性能。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种可用于制造5G分纤箱的ABS复合材料，其特征在于，按重量份计，括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物30-50份、改性氧化镁50-80份、改性石墨烯0.1-20份和水杨酸金属配合物0.01-1份，所述改性氧化镁包括氧化镁和钛酸酯偶联剂，所述氧化镁和钛酸酯偶联剂的重量比为(50-100)：1，所述改性石墨烯包括石墨烯和铝酸脂偶联剂，所述石墨烯和铝酸脂偶联剂的重量比为(50-150)：1，所述改性氧化镁有机物含量为1-10％，所述改性石墨烯有机物含量为0.1-3％，所述水杨酸金属配合物包括水杨酸铜(Ⅱ)配合物和水杨酸稀土，所述为水杨酸铜(Ⅱ)配合物和水杨酸稀土的重量比为(1-3)：1。
2.如权利要求1所述的ABS复合材料，其特征在于，所述改性氧化镁有机物含量为1-5％。
3.如权利要求1所述的ABS复合材料，其特征在于，所述改性石墨烯有机物含量为0.1-1％。
4.如权利要求1所述的ABS复合材料，其特征在于，所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯的含量为50％-90％，或所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯的含量为70％-90％。
5.如权利要求4所述的ABS复合材料，其特征在于，所述水杨酸稀土包括水杨酸镧、水杨酸铈和水杨酸钕中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的ABS复合材料，其特征在于，所述石墨烯粒径为1-10um，所述氧化镁粒径为1-10um。
7.如权利要求1所述的ABS复合材料，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂包括异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯和单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯中的一种或多种；所述铝酸脂偶联剂包括二硬脂酰氧异丙基铝酸脂。
8.如权利要求1-7任一项所述的ABS复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)用钛酸酯偶联剂对氧化镁进行改性处理，得到改性氧化镁，备用；
(2)用铝酸脂偶联剂对石墨烯进行改性处理，得到改性石墨烯，备用；
(3)将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、改性氧化镁和改性石墨烯共混挤出造粒。
9.如权利要求8所述的ABS复合材料的制备方法，其特征在于，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、改性氧化镁、改性石墨烯和水杨酸金属配合物共混后的物料熔体体积流速为3-8cm3/s，熔体粘度为8-12Pa*s。
10.如权利要求8所述的ABS复合材料的制备方法，其特征在于，所述共混挤出使用挤出机进行，所述挤出机的挤出温度为120-300℃，所述挤出机的转速为60-120rpm。
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