CN111704792A - 一种高透光性玻璃纤维增强pc复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高透光率玻璃纤维增强PC复合材料，包含以下质量分数的原料：高透明度高折射率玻璃纤维5‑40wt％；聚碳酸酯60‑95wt％；抗氧化剂0‑1wt％；其中，所述高透明度高折射率玻璃纤维的折射率为1.570～1.590，且所述高透明度高折射率玻璃纤维中不含TiO2或仅作为杂质引入极少量的TiO2。使用高透明度高折射率玻璃纤维制备高折射率玻璃纤维增强PC复合材料，提高了玻璃纤维增强PC复合材料的透明度和透光性，其复合材料制品的透光率提高20％以上，甚至能够达到50％，且其力学性能也比常规玻璃纤维增强PC复合材料更加优异，特别是拉伸强度提高到10％以上。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料改性技术领域，特别是一种高透光性玻璃纤维增强PC复合材料及制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC)是一种透光性极佳、综合性能优异的热塑性工程树脂，由于其分子链上含有苯环和碳酸酯结构，所以刚性非常大，具有优良的抗冲击性能、耐热性、耐寒性能和良好的耐磨性能，广泛应用于航空、轨道交通、汽车、建筑等技术领域。玻璃纤维增强PC复合材料不仅可以提高PC树脂的力学性能和尺寸稳定性，还能降低PC树脂的线膨胀系数和模塑收缩率，同时还克服了PC树脂不耐应力开裂、疲劳强度等技术缺陷，大大拓展了PC树脂的应用范围。但由于普通玻璃纤维的折射率(1.540-1.550)与聚碳酸酯折射率(1.570-1.590)相差较大，因此采用普通玻璃纤维来增强PC，会使得PC制品的透光性显著下降，进而限制了其应用范围。
发明内容
本发明提供一种高透光率玻璃纤维增强PC复合材料及制备方法，该复合材料不仅具有优异的力学性能，同时具备优异的透光性和透明度，可广泛应用于力学性能、透光度和透明性要求高的技术领域。
本发明技术方案如下：
一种高透光率玻璃纤维增强PC复合材料，包含以下质量分数的原料：
高透明度高折射率玻璃纤维 5-40wt％；
聚碳酸酯 60-95wt％；
抗氧化剂 0-1wt％；
其中，所述高透明度高折射率玻璃纤维的折射率为1.570～1.590，且所述高透明度高折射率玻璃纤维中不含TiO2或仅作为杂质引入极少量的TiO2。
作为优选，所述高透明度高折射率玻璃纤维包含以下组分，各组分的含量以质量百分比计：
作为优选，所述Y2O3的质量百分含量为3.1-4.9wt％。
作为优选，所述高透明度高折射率玻璃纤维各成分的含量以质量百分比计：
作为优选，所述高透明度高折射率玻璃纤维各成分的含量以质量百分比计：
作为优选，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种。
作为优选，所述高透明度高折射率玻璃纤维为异形玻璃纤维，异形比为2:1或3:1或4:1。其中，异形比是指非圆形截面玻璃纤维的截面上最长与最短直径的比值。
作为优选，所述高透明度高折射率玻璃纤维横截面为椭圆形、茧型等。
作为优选，所述高透明度高折射率玻璃纤维为长度为0.05mm-1mm的磨碎玻璃纤维、长度为1mm-18mm的短切玻璃纤维和连续玻璃纤维中的一种或多种。
作为优选，所述高透明度高折射率玻璃纤维的直径为5um-24um，和/或所述高透明度高折射率玻璃纤维的拉伸模量大于80GPa，拉伸强度大于2100Mpa，折射率为1.57-1.59。
一种高透光率玻璃纤维增强PC复合材料的制备方法，用于制备上述的高透光率玻璃纤维增强PC复合材料，包括以下步骤：
1)将所述聚碳酸酯和抗氧化剂按设定比例在高速混料机中进行混合；
2)通过双螺杆挤出机的主喂料口将混合后的物料加入到双螺杆挤出机内；
3)通过双螺杆挤出机的侧喂料口将所述高透明度高折射率玻璃纤维短切纱按照一定比例加入到双螺杆挤出机；
4)挤出加工过程中的物料温度控制在260-290℃；
5)经双螺杆挤出机挤出的复合物经冷却、切割、烘干即得到高透光率玻璃纤维增强PC 复合材料粒料。
所述高透光率玻璃纤维增强PC复合材料粒料经注塑工艺便能生产各种复合材料制品。
本发明相对于现有技术优势在于：
本发明所述的高高透光玻璃纤维增强PC复合材料及制备方法，使用高透明度高折射率玻璃纤维制备高折射率玻璃纤维增强PC复合材料，提高了玻璃纤维增强PC复合材料的透明度和透光性，其复合材料制品的透光率提高20％以上，甚至能够达到50％，且其力学性能也比常规玻璃纤维增强PC复合材料更加优异，特别是拉伸强度提高到10％以上。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合具体实施例和对比例，对本发明进行更详细的说明。
下述实施例中高透明度高折射率玻璃纤维选用重庆国际复合材料股份有限公司生产的型号为HR307-3-K的高透明度高折射率玻璃纤维短切纱，其直径为13um，长度3为mm，折射率为1.580-1.590。
下述对比例中所用普通玻璃纤维为重庆国际复合材料股份有限公司生产的型号为 ECT307-3-K普通无氟无硼ECT玻璃纤维短切纱，其纤维直径13um，长度3mm。
下述实施例和对比例中：
所述聚碳酸酯选用SABIC的Lexan 123R型聚碳酸酯，其密度为1.2g/cm3,熔融指数17.5g/10min，折射率为1.583-1.586。
所述抗氧剂选用中国台湾省长春1010型季戊四醇酯类抗氧剂。
下述实施例和对比例中的透光率测试用的玻璃纤维增强PC复合材料测试样条为板状，厚度为1mm。透光率采用深圳市林上科技生产的型号LS116的透光率检测仪进行检测。
下述实施例和对比例中的玻璃纤维增强PC复合材料样条，力学性能测试采用万能试验机和冲击试验机进行拉伸强度测试和冲击强度测试，其拉伸强度测试采用ASTM D638标准进行评判，冲击强度测试采用ASTM D256标准进行评判。
实施例1
以质量百分比计，将89.4wt％的PC树脂和0.6wt％的抗氧化剂在高速混料机中进行混合后；通过双螺杆挤出机的主喂料口将混合后的物料加入到双螺杆挤出机内；同时通过双螺杆挤出机的侧喂料将10wt％高透明度高折射率玻璃纤维短切纱按照一定比例加入到双螺杆挤出机，并将物料温度控制在260-290℃进行挤出加工；将经双螺杆挤出机挤出的复合物经冷却、切割、烘干即得到高高透光率玻璃纤维增强PC复合材料粒料1。
将该高透光率玻璃纤维增强PC复合材料粒料1加入注塑机，注塑成测试样条，测试其透光率为51％，拉伸强度为91MPa，无缺口冲击强度为38KJ/m2。
实施例2
以质量百分比计，将79.6wt％的PC树脂和0.4wt％的抗氧化剂在高速混料机中进行混合后；通过双螺杆挤出机的主喂料口将混合后的物料加入到双螺杆挤出机内；同时通过双螺杆挤出机的侧喂料将20wt％高透明度高折射率玻璃纤维短切纱按照一定比例加入到双螺杆挤出机，并将物料温度控制在260-290℃进行挤出加工；将经双螺杆挤出机挤出的复合物经冷却、切割、烘干即得到高透光率玻璃纤维增强PC复合材料粒料2。
将该高透光率玻璃纤维增强PC复合材料粒料2加入注塑机，注塑成测试样条，测试其透光率为29％，拉伸强度为136MPa，无缺口冲击强度为53KJ/m2。
实施例3
以质量百分比计，将69.8wt％的PC树脂和0.2wt％的抗氧化剂在高速混料机中进行混合后；通过双螺杆挤出机的主喂料口将混合后的物料加入到双螺杆挤出机内；同时通过双螺杆挤出机的侧喂料将30wt％高透明度高折射率玻璃纤维短切纱按照一定比例加入到双螺杆挤出机，并将物料温度控制在260-290℃进行挤出加工；将经双螺杆挤出机挤出的复合物经冷却、切割、烘干即得到高透光率玻璃纤维增强PC复合材料粒料3。
将该高透光率玻璃纤维增强PC复合材料粒料3加入注塑机，注塑成测试样条，测试其透光率为18％，拉伸强度为143MPa，无缺口冲击强度为61KJ/m2。
实施例4
以质量百分比计，将59.6wt％的PC树脂和0.4wt％的抗氧化剂在高速混料机中进行混合后；通过双螺杆挤出机的主喂料口将混合后的物料加入到双螺杆挤出机内；同时通过双螺杆挤出机的侧喂料将40wt％高透明度高折射率玻璃纤维短切纱按照一定比例加入到双螺杆挤出机，并将物料温度控制在260-290℃进行挤出加工；将经双螺杆挤出机挤出的复合物经冷却、切割、烘干即得到高透光率玻璃纤维增强PC复合材料粒料4。
将该高透光率玻璃纤维增强PC复合材料粒料4加入注塑机，注塑成测试样条，测试其透光率为12％，拉伸强度为151MPa，无缺口冲击强度为58KJ/m2。
实施例5
以质量百分比计，将79wt％的PC树脂和1wt％的抗氧化剂在高速混料机中进行混合后；通过双螺杆挤出机的主喂料口将混合后的物料加入到双螺杆挤出机内；同时通过双螺杆挤出机的侧喂料将20wt％高透明度高折射率玻璃纤维短切纱按照一定比例加入到双螺杆挤出机，并将物料温度控制在260-290℃进行挤出加工；将经双螺杆挤出机挤出的复合物经冷却、切割、烘干即得到高透光率玻璃纤维增强PC复合材料粒料5。
将该高透光率玻璃纤维增强PC复合材料粒料5加入注塑机，注塑成测试样条，测试其透光率为27％，拉伸强度为132MPa，无缺口冲击强度为52KJ/m2。
实施例6
以质量百分比计，将80wt％的PC树脂和0wt％的抗氧化剂在高速混料机中进行混合后；通过双螺杆挤出机的主喂料口将混合后的物料加入到双螺杆挤出机内；同时通过双螺杆挤出机的侧喂料将20wt％高透明度高折射率玻璃纤维短切纱按照一定比例加入到双螺杆挤出机，并将物料温度控制在260-290℃进行挤出加工；将经双螺杆挤出机挤出的复合物经冷却、切割、烘干即得到高透光率玻璃纤维增强PC复合材料粒料6。
将该高透光率玻璃纤维增强PC复合材料粒料6加入注塑机，注塑成测试样条，测试其透光率为25％，拉伸强度为135MPa，无缺口冲击强度为55KJ/m2。
对比例1
以质量百分比计，将79.6％的PC树脂和0.4wt％的抗氧化剂在高速混料机中进行混合后；通过双螺杆挤出机的主喂料口将混合后的物料加入到双螺杆挤出机内；同时通过双螺杆挤出机的侧喂料将20wt％普通无氟无硼ECT玻璃纤维短切纱按照一定比例加入到双螺杆挤出机，并将物料温度控制在260-290℃进行挤出加工；将经双螺杆挤出机挤出的复合物经冷却、切割、烘干即得到普通玻璃纤维增强PC复合材料粒料1。
将该普通玻璃纤维增强PC复合材料粒料1加入注塑机，注塑成测试样条，测试其透光率为7.5％，拉伸强度为113MPa，无缺口冲击强度为43KJ/m2。
对比例2
以质量百分比计，将59.6％的PC树脂和0.4wt％的抗氧化剂在高速混料机中进行混合后；通过双螺杆挤出机的主喂料口将混合后的物料加入到双螺杆挤出机内；同时通过双螺杆挤出机的侧喂料将40wt％普通无氟无硼ECT玻璃纤维短切纱按照一定比例加入到双螺杆挤出机，并将物料温度控制在260-290℃进行挤出加工；将经双螺杆挤出机挤出的复合物经冷却、切割、烘干即得到普通玻璃纤维增强PC复合材料粒料2。
将该普通玻璃纤维增强PC复合材料粒料2加入注塑机，注塑成测试样条，测试其透光率为3.3％，拉伸强度为131MPa，无缺口冲击强度为50KJ/m2。
实施例1-6和对比例1-2的测试结果对照表如下所示：
分析可知，其玻璃纤维用量越高，测试样条的透光率越低，拉伸强度越高，故而玻璃纤维增强PC复合材料的透光率与采用的玻璃纤维的透明度和透光性密切相关，使用高透明度高折射率玻璃纤维制备高折射率玻璃纤维增强PC复合材料，提高了玻璃纤维增强PC复合材料的透明度和透光性，其复合材料制品的透光率提高20％以上，且其力学性能也比常规玻璃纤维增强PC复合材料更加优异，特别是拉伸强度提高到10％以上。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种高透光率玻璃纤维增强PC复合材料，其特征在于，包含以下质量分数的原料：
高透明度高折射率玻璃纤维 5-40wt％；
聚碳酸酯 60-95wt％；
抗氧化剂 0-1wt％；
其中，所述高透明度高折射率玻璃纤维的折射率为1.570～1.590，且所述高透明度高折射率玻璃纤维中不含TiO2或仅作为杂质引入极少量的TiO2。
2.根据权利要求1所述的高透光率玻璃纤维增强PC复合材料，其特征在于，所述高透明度高折射率玻璃纤维包含以下组分，各组分的含量以质量百分比计：
3.根据权利要求2所述的高透光率玻璃纤维增强PC复合材料，其特征在于，所述Y2O3的质量百分含量为3.1-4.9wt％。
4.根据权利要求3所述的高透光率玻璃纤维增强PC复合材料，其特征在于，所述高透明度高折射率玻璃纤维各成分的含量以质量百分比计：
5.根据权利要求3所述的高透光率玻璃纤维增强PC复合材料，其特征在于，所述高透明度高折射率玻璃纤维各成分的含量以质量百分比计：
6.根据权利要求2所述的高透光率玻璃纤维增强PC复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的高透光率玻璃纤维增强PC复合材料，其特征在于，所述高透明度高折射率玻璃纤维是异形比为2:1或3:1或4:1的异形玻璃纤维。
8.根据权利要求1所述的高透光率玻璃纤维增强PC复合材料，其特征在于，所述高透明度高折射率玻璃纤维为长度为0.05mm-1mm的磨碎玻璃纤维、长度为1mm-18mm的短切玻璃纤维和连续玻璃纤维中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的高透光率玻璃纤维增强PC复合材料，其特征在于，所述高透明度高折射率玻璃纤维的直径为5um-24um，和/或所述高透明度高折射率玻璃纤维的拉伸模量大于80GPa，拉伸强度大于2100Mpa，折射率为1.57-1.59。
10.一种高透光率玻璃纤维增强PC复合材料的制备方法，用于制备权利要求1-9之一所述的高透光率玻璃纤维增强PC复合材料，其特征在于，包括以下步骤：
1)将所述聚碳酸酯和抗氧化剂按设定比例在高速混料机中进行混合；
2)通过双螺杆挤出机的主喂料口将混合后的物料加入到双螺杆挤出机内；
3)通过双螺杆挤出机的侧喂料口将所述高透明度高折射率玻璃纤维短切纱按照一定比例加入到双螺杆挤出机；
4)挤出加工过程中的物料温度控制在260-290℃；
5)经双螺杆挤出机挤出的复合物经冷却、切割、烘干即得到高透光率玻璃纤维增强PC复合材料粒料。
所述高透光率玻璃纤维增强PC复合材料粒料经注塑工艺便能生产各种复合材料制品。
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