CN111978700B - 一种抗弯折聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料领域，公开了一种抗弯折聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用。该复合材料包括以下重量百分比的各组分：聚碳酸酯树脂88％‑98％，乙烯‑丙烯酸酯共聚物1％‑10％，抗氧剂0.05％‑0.5％，脱模剂0.1％‑2.0％。本发明通过加入具有特定组分比例和熔融指数的乙烯‑丙烯酸酯共聚物，能够极大的提高制件熔接线部位的耐化性，大幅提高产品经过喷涂工艺后的抗弯折能力，减少开裂，提高良率。特别是当复合材料中还含有交联PC或共聚硅PC时，交联PC或共聚硅PC与乙烯‑丙烯酸酯共聚物均具有协同作用，两者共同使用时，冲击强度也得到明显提升，能够同时具有优异的冲击强度和抗弯折能力。

Description

一种抗弯折聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于复合材料领域，特别涉及一种抗弯折聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚碳酸酯(PC)由于其良好的抗冲击性能，被广泛用于手机后壳材料，具有轻便，耐摔，介电性能好等优点。随着大屏的普及，手机正面的区别越来越小，为了满足个性化，差异化的需求，手机厂商只能在后壳上做文章，实现各种不同的外观效果。为了实现各种外观效果，往往需要对PC进行喷涂和表面处理。由于PC的耐化性较差，喷涂和表面处理中使用的各种化学试剂会对 PC产生明显的影响，导致PC韧性下降，出现直接开裂，或者弯折开裂。这种开裂往往发生在熔接线附近，主要有两方面的原因，一是熔接线附近本身比其他地方更薄弱，韧性较差。二是熔接线附近往往具有更强的残余应力，更容易受到化学试剂的攻击。特别是随着5G手机重量的增加，以及对极致外观的追求，需要用到更强的化学试剂进行表面处理。以前适用的PC材料在新的韧性和弯折要求下不良率很高，已经难以满足需求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种抗弯折聚碳酸酯复合材料。该材料通过加入具有特定组分比例和熔融指数的乙烯 -丙烯酸酯共聚物，能够极大的提高制件熔接线部位的耐化性，大幅提高产品经过喷涂工艺后的抗弯折能力，减少开裂，提高良率。
本发明另一目的在于提供上述抗弯折聚碳酸酯复合材料的制备方法。
本发明再一目的在于提供上述抗弯折聚碳酸酯复合材料的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种抗弯折聚碳酸酯复合材料，其包括以下重量百分比的各组分：
Figure BDA0002633801650000021
所述的聚碳酸酯树脂包含具有各种不同封端基的聚碳酸酯结构。
所述乙烯-丙烯酸酯共聚物中丙烯酸酯的含量为13％-25％，共聚物的熔融指数(190C/2.16kg)大于1.5g/10min。优选的，所述的乙烯-丙烯酸酯共聚物中丙烯酸酯的含量为17％～22％，共聚物的熔融指数(190C/2.16kg)大于6g/min。
所述的乙烯-丙烯酸酯共聚物在抗弯折聚碳酸酯复合材料中的含量优选为 3～7％；
所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂；
所述的脱模剂为硬脂酸酯或聚烯烃蜡。
优选的，所述的抗弯折聚碳酸酯复合材料中可以含有具有交联结构的聚碳酸酯(水桶PC或交联PC)，即此时的聚碳酸酯树脂为交联PC和非交联聚碳酸酯的混合物，此时所述抗弯折聚碳酸酯复合材料，其包括以下重量百分比的各组分：
Figure BDA0002633801650000022
进一步的，所述的抗弯折聚碳酸酯复合材料，其包括以下重量百分比的各组分：
Figure BDA0002633801650000023
Figure BDA0002633801650000031
优选的，所述的抗弯折聚碳酸酯复合材料还可以含有聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物，此时所述抗弯折聚碳酸酯复合材料，其包括以下重量百分比的各组分：
Figure BDA0002633801650000032
进一步的，所述的抗弯折聚碳酸酯复合材料，其包括以下重量百分比的各组分：
Figure BDA0002633801650000033
一种上述的抗弯折聚碳酸酯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：将各组分混合均匀后经挤出机挤出造粒，即得抗弯折聚碳酸酯复合材料，其中造粒温度为230～300摄氏度。
上述的抗弯折聚碳酸酯复合材料在制备手机后壳中的应用。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
本发明的用于注塑成型的聚碳酸酯复合材料，能够极大的提高制件熔接线部位的耐化性，大幅提高产品经过喷涂工艺后的抗弯折能力，减少开裂，提高良率。本发明的制备方法简单易行，适于大规模生产应用。
附图说明
图1为普通聚碳酸酯材料制成的手机外壳在喷涂后熔接线弯折开裂示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。PC为台化出光TARFLONIR1900，交联PC为LG LUPOY 1603，POE 为陶氏化学Engage 8150，含硅PC为新通彩D0013，SEBS为科腾KRATON G1657M，EMA1为杜邦EMA1209，EMA2为杜邦EMA1218，EMA3为杜邦EMA1224，EMA4为杜邦EMA1225，EMA5为杜邦EMA1820。
实施例1
将表1中各组分按表1中所示重量比于混合机中混合后，用双螺杆挤出机造粒，造粒温度240摄氏度至280摄氏度之间。将所得粒子在真实手机模具上注塑，注塑后样品分为两部分，一部分直接进行弯折测试。测试方式为将制件以长边的中心线为对称轴将长边两端向同一方向进行弯折，记录断裂发生时的弯折角度。另一部分进行喷涂测试。喷涂测试为使用中国 台湾蓝牌HD-130喷枪一档将天拿水喷在制件的一面，喷涂速度2.5cm/s，喷枪口距离制件表面2cm。喷涂后放置24小时，观察制件是否开裂，如果不开裂，则对喷涂后制件进行弯折测试，记录断裂发生时的弯折角度。进行弯折测试时，每个样品测试3 个样件，取平均值。测试结果如表1中所示。
表1不同树脂和增韧剂对比测试数据
Figure BDA0002633801650000041
Figure BDA0002633801650000051
表1中各种EMA的参数如表2所示。
表2表1中各EMA参数
EMA-1 EMA-2 EMA-3 EMA-4 EMA-5
MA含量 9％ 18％ 24％ 25％ 20％
熔指(190C/2.16kg) 2 2 2 0.4 8
从表1中数据可以发现，当不进行喷涂时，即使是纯PC也具有很好的弯折性能，当加入增韧剂或者共聚树脂时，制件的弯折性能进一步提高，弯折性能的提高程度和冲击强度的增加趋势基本一致，这符合预期，因为冲击强度和弯折角度都是韧性的一种体现。
当对制件进行喷涂处理后，纯PC直接在熔接线位置发生了断裂，同时发生断裂的还有样品9。而其他样品并未直接发生断裂，说明这些样品的耐化能力均得到了提高。在随后进行的弯折测试中可以看到，不同的增韧剂和共聚树脂表现出了和喷涂前不一样的性能。在喷涂前具有最高弯折角度的样品2和样品3，喷涂后的弯折表现并不好，而喷涂前弯折角度一般的样品7，喷涂后具有最好的表现。同时，喷涂后的弯折角度趋势也与冲击强度的趋势不再保持一致。这说明喷涂后的弯折测试更多的体现了产品在熔接线位置的耐化能力而非韧性。
通过数据分析可知，EMA在喷涂后表现明显好于POE和SEBS，同时，当EMA中MA的含量从9％开始提高时，喷涂后的弯折角度也随之提高，但是当MA含量提高到20％以上时，弯折角度就基本不再发生变化。这可能是由于MA链段提高了聚烯烃链段和PC的相容性，使得熔接线位置既有聚烯烃链段提供耐化能力，又不会因为和PC的相容性太差而出现相分离。当MA含量提高到一定值后，再提高MA的含量对相分离已经没有太大帮助，反而有可能由于聚烯烃含量降低而影响耐化性，因此当MA含量达到20％左右时，弯折角度不再有明显变化。还可以看到，随着EMA流动性的提高，虽然材料的冲击强度下降，但是喷涂后的弯折角度却反而提高。这一现象暗示，高流动的EMA可能容易更多的分布在薄壁位置的熔接线附件，起到提高耐化的作用。从数据还可以看到，MBS，交联PC，硅共聚PC均可以一定程度的提高熔接线的抗弯折性能，但是均不如特定选取的EMA。
实施例2
将表3中各组分按表3中所示重量比于混合机中混合后，用双螺杆挤出机造粒，造粒温度240摄氏度至280摄氏度之间。将所得粒子在真实手机模具上注塑，注塑后样品分为两部分，一部分直接进行弯折测试，记录断裂发生时的弯折角度。另一部分进行喷涂测试，喷涂后放置24小时，观察制件是否开裂，如果不开裂，则对喷涂后制件进行弯折测试，记录断裂发生时的弯折角度。进行弯折测试时，每个样品测试3个样件，取平均值。测试结果如表3中所示。
表3.不同含量的EMA对弯折性能的影响
Figure BDA0002633801650000061
Figure BDA0002633801650000071
注a：括号内的值为三次测试的具体数值
表3选取了性能最好的EMA-5进行了添加量的研究。从数据可知，当 EMA-5的含量从1％开始增加时，材料的耐弯折能力随着添加量的增加逐渐提高，这符合预期。但是，当EMA-5的含量增加到10％以后，耐弯折能力并没有随着添加量的增加继续稳步提高，同时，数据点之间的偏差也开始变大。这可能是由于当EMA过多时，难以在熔接线处稳定的分散，不稳定的相态导致了性能的不稳定。
实施例3
将表4中各组分按表4中所示重量比于混合机中混合后，用双螺杆挤出机造粒，造粒温度240摄氏度至280摄氏度之间。将所得粒子在真实手机模具上注塑，注塑后样品分为两部分，一部分直接进行弯折测试，记录断裂发生时的弯折角度。另一部分进行喷涂测试，喷涂后放置24小时，观察制件是否开裂，如果不开裂，则对喷涂后制件进行弯折测试，记录断裂发生时的弯折角度。进行弯折测试时，每个样品测试3个样件，取平均值。测试结果如表4中所示。
表4.不同组合对弯折性能的影响
Figure BDA0002633801650000081
由于共聚树脂和MBS的结构与EMA存在较大差异，表4中的数据研究了它们与EMA是否存在协同效应，以得到更好的抗弯折性能。从实验结果看，交联PC和共聚硅PC与EMA对于喷涂后的抗弯折性能均具有明显的协同效应，两者组合使用可以得到比单独使用EMA或者共聚树脂(交联PC或共聚硅PC)更好的抗弯折性能。同时，两者共同使用时，冲击强度也得到明显提升，能够同时具有优异的冲击强度和抗弯折能力，这是单独使用共聚树脂或者 EMA所不能实现的。从数据也可以看到，MBS与EMA并无协同效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种抗弯折聚碳酸酯复合材料，其特征在于包括以下重量百分比的各组分，其中交联PC指具有交联结构的聚碳酸酯：
非交联聚碳酸酯树脂 79.5%；
交联PC 15%-17%
乙烯-丙烯酸酯共聚物 3%-5%；
抗氧剂 0.2%；
脱模剂 0.3%；
所述乙烯-丙烯酸酯共聚物牌号为杜邦EMA1820，其中丙烯酸酯的含量为20％，共聚物的熔融指数在190℃/2 .16kg条件下为8g/10min；
所述交联PC为具有交联结构的PC，其牌号为LG LUPOY 1603。
2.一种抗弯折聚碳酸酯复合材料，其特征在于所述的抗弯折聚碳酸酯复合材料具体包括以下重量百分比的各组分：
聚碳酸酯树脂 89.5%；
聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物 7%；
乙烯-丙烯酸酯共聚物 3%；
抗氧剂 0.2%；
脱模剂 0.3%；
所述乙烯-丙烯酸酯共聚物牌号为杜邦EMA1820，其中丙烯酸酯的含量为20％，共聚物的熔融指数在190℃/2 .16kg条件下为8g/10min。
3.一种根据权利要求1~2任一项所述的抗弯折聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将各组分混合均匀后经挤出机挤出造粒，即得抗弯折聚碳酸酯复合材料，其中造粒温度为230~300摄氏度。
4.根据权利要求1~2任一项所述的抗弯折聚碳酸酯复合材料在制备手机后壳中的应用。
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