CN112143200B - 一种聚碳酸酯塑料及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及塑料制品的技术领域，尤其是涉及一种聚碳酸酯塑料及其加工工艺。其中一种聚碳酸酯塑料，通过如下质量份的组分经注射加工成型得到：聚碳酸酯：50～80份；ABS树脂：7～15份；碳基纤维：5～10份；聚乳酸类改性剂：3～6份；相容剂：2～3.5份；增强助剂：0～4份；其他助剂0～6份。该聚碳酸酯塑料的加工工艺包括备料干燥、将聚碳酸酯、聚乳酸类改性剂、相容剂混合为第一混合体系、将ABS树脂和其他助剂混入并形成第二混合体系、将碳基纤维和增强助剂混入并形成第三混合体系、注射成形等步骤，上述过程中排出了玻璃纤维的使用，加工过程更加安全。
Description
技术领域
本申请涉及塑料制品的技术领域，尤其是涉及一种聚碳酸酯塑料，本申请还涉及一种聚碳酸酯塑料的加工工艺。
背景技术
聚碳酸酯是一种常用的塑料材料，因其具有优秀的耐化学性能、高透明度、良好的吸湿率和较好的机械性能，在日常生活中有着广泛的运用。由于聚碳酸酯制品可经受蒸汽、清洗剂和辐射消毒，因此常被用于餐具、为了进一步提高聚碳酸酯的理化性能，现有技术中常会将聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯制成塑料合金，以提高聚碳酸酯的韧性、抗冲击性能等机械强度。公开号为CN105368032A的中国发明专利公开了一种增韧改性聚碳酸酯的制备方法，包括如下步骤：第1步、改性PET的制备；第2步、改性刚性纳米填料的制备；第3步、按重量份计，取聚碳酸酯110～150份、改性PET、改性刚性纳米填料、氯化聚乙烯6～15份、苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物5～12份和聚丙烯酸丁酯6～15份，放入双螺杆挤出机中，熔融共混后成型，即可。
在上述现有技术中，由于使用了PET塑料，PET塑料的耐热性能较差，且在高温下容易产生有害物质，因此不适用于部分需要与直接摄入体内或与人体口腔、皮肤接触的运用场景，如餐具、矿泉水桶、牙杯等。
作为对PET塑料的替代，对聚碳酸酯进行改性有时也会使用玻璃纤维，以增强聚碳酸酯的韧性、抗拉强度和刚度。例如，授权公告号为CN101328310B的中国发明专利公开了一种增韧增强PC/ABS复合材料及其制备方法，按重量比包括以下组分：PC树脂20～80％，ABS树脂10～40％，玻璃纤维5～40％，增韧剂2～10％，相容剂1-20％，其他助剂0.5～4％。该方法具体步骤如下：称取除玻璃纤维外的各种材料，在高速混料机混合3-5分钟，将混匀的物料加入双螺杆挤出机，其中玻璃纤维从第一个排气口加入，自喂料口至挤出模头温度分别是200～230℃，220～250℃，240～260℃，250～270℃，260～280℃，主机转速是20～50赫兹，然后用塑料注塑机制样。
但是，玻璃纤维在使用过程中，飞扬的玻璃纤维被工人吸入后，会造成工人的肺部受损。此外，玻璃纤维也会导致皮肤过敏、眼角膜发炎等一系列职业病，因此并不是一种理想的加工材料。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本申请的第一个申请目的是提供一种聚碳酸酯塑料，在保证机械强度和耐热性能的前提下，在原料中排除PET和玻璃纤维的使用。对生产者和使用者均具有更好的安全性。
本申请的第二个申请目的是提供上述聚碳酸酯塑料的加工工艺，加工得到的聚碳酸酯塑料具有较好的安全性、耐候性和机械强度，不易因外界冲击而变形。
本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种聚碳酸酯塑料，通过如下质量份的组分经注射加工成型得到：
聚碳酸酯：50～80份；
ABS树脂：7～15份；
碳基纤维：5～10份；
聚乳酸类改性剂：3～6份；
相容剂：2～3.5份；
增强助剂：0～4份；
其他助剂0～6份。
在上述技术方案中，采用聚碳酸酯和ABS树脂混合体系，可以得到流动性好、韧性高的塑料合金，同时，本申请在上述聚碳酸酯和ABS树脂的混合体系中添加量了碳基纤维和聚乳酸类改性剂，通过碳基纤维的增强作用和聚乳酸类改性剂的粘结作用，提高所得到的聚碳酸酯塑料的整体强度。
相容剂的加入目的在于提高聚乳酸类改性剂在聚碳酸酯和ABS树脂的混合体系中的溶解度，使聚碳酸酯塑料整体结构更加均匀，从而有助于进一步提高所述聚碳酸酯塑料的强度。
上述过程中，通过使用碳基纤维替代了玻璃纤维，使加工过程更加安全，不易对生产者的肺部和皮肤造成损伤。同时上述聚碳酸酯塑料材料中排除了PET的使用，具有较好的耐热性，在制作成日用品并进行日常使用的过程中，不易对使用者的健康状况造成影响。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述碳基纤维为碳纳米管，所述碳纳米管通过混酸进行活化。
碳纳米管的刚性较强，活化后的碳纳米管表面具有较多缺陷结构，因而可以在碳纳米管的表面形成较多活性反应位点，有助于碳纳米管与聚碳酸酯、ABS树脂和聚乳酸的混合交联结构，进一步提高聚碳酸酯材料的机械强度和韧性。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述碳纳米管活化后再经表面镀镍处理。
在对碳纳米管进行镀镍处理后，一方面镍可以起到一定程度的杀菌消毒效果，同时也有助于提高碳纳米管的硬度和强度，进而提升聚碳酸酯塑料整体的机械强度。另外，负载镍的碳纳米管具有较好的电学性能，且表面一般具有更好的反应性，因此使得碳纳米管与其他材料具有更好的相容性。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述聚乳酸类改性剂为壳聚糖接枝聚乳酸化合物。
将聚乳酸与壳聚糖进行连接，壳聚糖具有较好的交联性能，其表面具有较多的交联位点，一方面有助于聚乳酸与其他成分形成更加紧密的网格型结构，提高整体的强度，另一方面，壳聚糖也有助于抑制聚乳酸的降解，从而进一步提高值-得的聚碳酸酯塑料的耐候性。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述增强助剂包括质量份为1.2～2的环氧树脂，所述环氧树脂的环氧值大于0.35。
环氧树脂是热固性树脂，在加热熔融并注塑的过程中，环氧树脂可以与体系内的碳基纤维等物质发生交联缠绕的作用，进而进一步提高材料的强度和抗冲击性能。另外，环氧树脂也有助于使上述材料在加工过程中更加容易成型，起到改善流动性的作用，提高材料的加工性能。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述增强助剂还包括质量份为0.2～1.5的热塑性聚氨酯弹性体。
热塑性聚氨酯弹性体是热塑性的弹性体，其加工过程中流动性较好，且有助于提高聚碳酸酯主材的耐磨性和韧性。此外，热塑性聚氨酯弹性体为热塑性结构，在加工过程中与热固性的环氧树脂可以共同作用，通过氢键相互作用形成交联网状结构，进一步提高整体的强度。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述增强助剂还包括质量份为1.5～2.5份的明胶。
明胶具有类似表面活性剂的性能，可以提高上述增强助剂的之间的相互交联效果，且明胶与碳基纤维具有较好的相容性能，有助于引导上述其他增强助于与碳纳米管表面的活性位点进一步发生交联，从而有助于进一步提高得到的聚碳酸酯塑料的机械强度。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述其他助剂包括质量份为0.1～0.5份的抗氧化剂、质量份为0～4份的色母粒、质量份为0.1～0.3份的润滑剂和质量份为0.3～0.6份的耐水解剂。
在上述技术方案中，抗氧化剂可以提高聚碳酸酯的耐候性，色母粒用作对该聚碳酸酯塑料进行调色。加入润滑剂可以提高聚碳酸酯塑料的加工的脱模性能，耐水解剂则用于提高聚乳酸的耐候性，使该上述材料在长期使用过程中不易损坏，从而进一步提高聚碳酸酯塑料的质量和耐候性。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯马来酸酐接枝聚丙烯具有较好的相容改性作用，相较于其他相容剂，在聚碳酸酯-ABS树脂-聚乳酸的体系中具有较好的相容效果，有助于提高塑料整体的均匀度。
本申请的第二个申请目的是通过以下技术方案得以实现的：一种用于加工上述聚碳酸酯塑料的加工工艺，包括如下步骤：
S1、称取聚碳酸酯、ABS树脂、碳基纤维、聚乳酸类改性剂、相容剂、增强助剂和其他助剂，充分烘干备用；
S2、将聚碳酸酯、聚乳酸类改性剂、相容剂进行混合，加热至270～280℃，保温并充分混合60～150s，得到第一混合体系
S3、向第一混合体系中加入ABS树脂和其他助剂，降温至255～260℃，保温并充分混合60～90s，得到第二混合体系；
S4、向第二混合体系中加入碳基纤维和增强助剂，升温至285～290℃，加热30～40s后，降温至235～245℃，得到第三混合体系；
S5、将第三混合体系进行注塑成型，注射压力70～150MPa，注射时模温为140～170℃，螺杆转速30～50rpm，注射完成后，模温以5～8℃/min的速度降温至70～80℃，再脱模。
在上述技术方案中，首先将聚碳酸酯和聚乳酸类改性剂通过相容剂进行混合，并通过相容剂对聚乳酸类改性剂进行增溶，实现提高均匀度的效果。随后再降温并加入ABS树脂和其他助剂，在聚乳酸已经充分分散于聚碳酸酯中的情况下，ABS树脂在加入的过程中可以在聚乳酸已与聚碳酸酯初步交联的状态中更加均匀地分布，且不易导致聚乳酸在体系内团聚。
当上述体系均混合完成后，再将碳基纤维加入其中，通过升温搅拌使聚碳酸酯、聚乳酸类改性剂能够在碳基纤维周围发生交联缠绕和定位，降温后即可以将碳基纤维和其他高分子形成的交联体系固化，进而进一步形成以碳基纤维为锚杆的多支链交联混合体系，具有更好的强度。
将第三混合体系通过注射成形的方式注塑，并降温脱模，在脱模过程中保持均匀的温度下降，一方面有助于防止注射得到的样品因降温过快而开裂或产生缺陷，同时也有助于产品缓慢固化，进而形成强度更高的交联结构。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.在本申请中，通过设置聚碳酸酯-ABS树脂-聚乳酸类改性剂的混合体系，并以碳基纤维为锚点构件网状的结构，在保证塑料强度和韧度的基础上，排除了玻璃纤维的使用，进而有助于提高生产过程的安全性，减少对加工者的捡上损伤。
2.在本申请中，同样排除了PET的使用，在高温下不易产生有害物质，具有较好的耐热性。
3.在本申请中，加入了环氧树脂、热塑性聚氨酯弹性体、明胶作为增强助剂，有助于进一步提高成型后的聚碳酸酯塑料的强度、韧性和耐磨性能。
具体实施方式
以下对本申请作进一步详细说明。
实施例1，一种聚碳酸酯塑料，通过如下方法加工备得到：
S1、称取聚碳酸酯、ABS树脂、碳基纤维、聚乳酸类改性剂、相容剂、增强助剂和其他助剂，放入烘箱中充分烘干备用；
S2、将聚碳酸酯、聚乳酸类改性剂和相容剂混合，加热至270℃，并搅拌100s，得到第一混合体系；
S3、向第一混合体系中加入ABS树脂，并降温至255℃，搅拌75s，得到第二混合体系；
S4、向第二混合体系中加入碳基纤维，升温至285℃，并搅拌35s后，降温至235℃，得到第三混合体系；
S5、将第三混合体系进行注塑成型，注射压力100MPa，注射时模温为150℃，螺杆转速40rpm，注射完成后，模温以6℃/min的速度降温至70℃，再脱模。
其中，ABS树脂中丙烯腈单体的占比为35％，丁二烯单体的占比为13％，苯乙烯单体的占比为52％。碳基纤维为单壁式碳纳米管，聚乳酸类改性剂为聚乳酸，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，通过酸碱滴定法测定得到马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率为1.2％。
在实施例1中，各组分的加入量如表1所示。
实施例2～4，一种聚碳酸酯塑料，与实施例1的区别在于，各组分的用量不同。实施例2～4中各组分的比例如表1所示。
表1：实施例1～4中各组分的用量
| 成分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 聚碳酸酯 | 70.18％ | 76.19％ | 65.36％ | 71.79％ |
| ABS树脂 | 11.70％ | 17.54％ | 8.19％ | 15.20％ |
| 碳基纤维 | 9.36％ | 5.85％ | 11.70％ | 8.19％ |
| 聚乳酸类改性剂 | 5.85％ | 3.51％ | 7.02％ | 5.26％ |
| 相容剂 | 2.92％ | 2.34％ | 4.09％ | 3.51％ |
实施例5，一种聚碳酸酯塑料，与实施例1的区别在于，碳基纤维为碳纤维，碳纤维的平均长度为220μm。
实施例6，一种聚碳酸酯塑料，与实施例1的区别在于，碳基纤维为碳纤维，碳纤维的平均长度为600μm。
实施例7，一种聚碳酸酯塑料，与实施例1的区别在于，碳基纤维为单壁式碳纳米管，碳纳米管表面经混酸活化，具体活化工序如下：将碳纳米管以200mg/mL的浓度浸泡于用由体积比为1:1的68％硝酸和98％硫酸混合而成的混酸中，加热回流3h，反应完成后冷却并离心，并用水洗至pH值大于6，随后在真空下烘干。
实施例8，一种聚碳酸酯塑料，与实施例7的区别在于，碳基纤维为多壁式碳纳米管。
实施例9，一种聚碳酸酯塑料，与实施例7的区别在于，选用的聚乳酸类改性剂为壳聚糖接枝聚乳酸化合物，其制备方法如下：
P1、将脱乙酰度为60％、平均分子量为24000的壳聚糖与5倍于壳聚糖质量的邻苯二甲酸酐投入25倍于壳聚糖质量的N,N二甲基甲酰胺中，氮气保护下加热至120℃，搅拌6h，对氨基进行保护，将反应完毕的溶液滴入冰水混合物中，过滤并收集滤饼，真空干燥，得到氨基保护壳聚糖。
P2、将氨基保护壳聚糖与聚乳酸以1:3的质量比溶于8倍于氨基保护壳聚糖质量的甲苯中，氮气保护下加热至120℃，充分搅拌并反应24h，随后将冷却至室温并将产物倒入丙酮中，在300r/min的转速下离心分离2min，得到沉淀，充分干燥后在索式提取器中用丙酮提取24h，随后再次干燥，得到聚乳酸-氨基保护壳聚糖聚合物。
P3、将步骤P2中得到的聚乳酸-氨基保护壳聚糖聚合物和水合肼以1:20的质量比溶解于2倍与水合肼体积的水中，在氮气保护下加热至100℃，搅拌并充分反应15h，随后冷却至室温，用乙醇冲洗，再用水冲洗，再用无水乙醇和无水乙醚以1:1的体积比形成的混合溶剂冲洗，干燥后得到壳聚糖接枝聚乳酸化合物。
实施例10，一种聚碳酸酯塑料，与实施例7的区别在于，壳聚糖的脱乙酰度为70％，平均分子量为12000。
实施例11，一种聚碳酸酯塑料，与实施例7的区别在于，碳纳米管表面活化后，经镀镍处理，镀镍的工艺如下：
将碳纳米管放入气相沉积室中，并以100ml/min的流量通入氮气进行吹扫，吹扫时间为5min，然后加热升温气相沉积室的温度至150℃，并保持恒温10min，停止通入氮气；随后以氩气为载带气，将气化的四羰基镍载入气相沉积室，使四羰基镍在碳纳米管表面吸附并热分解为金属镍，保持15min，然后停止加热，通入氩气和四羰基镍；之后再用氮气吹扫至气相沉积室内的温度降至30℃。
实施例12，一种聚碳酸酯塑料，与实施例11的区别在于，选用的聚乳酸类改性剂为壳聚糖接枝聚乳酸化合物，壳聚糖接枝聚乳酸化合物的制备方法与实施例9相同。
实施例13～21，一种聚碳酸酯塑料，与实施例7的区别在于，在步骤S4中，还加入了增强助剂，增强助剂的具体成分如表2所示。
表2：实施例13～21的成分列表
在上述实施例中，环氧树脂双酚A型环氧树脂，环氧树脂为的型号为E51(环氧值为0.48～0.54)。热塑性聚氨酯弹性体为聚酯-TDI-MOCA浇注型聚氨酯。
实施例22，一种聚碳酸酯塑料，与实施例13的区别在于，环氧树脂的型号为JF45(环氧值为0.42～0.48)
实施例23，一种聚碳酸酯塑料，与实施例13的区别在于，环氧树脂的型号为E44(环氧值为0.41～0.47)。
实施例24，一种聚碳酸酯塑料，与实施例13的区别在于，环氧树脂的型号为E20(环氧值为0.18～0.22)。
实施例25，一种聚碳酸酯塑料，与实施例13的区别在于，环氧树脂的型号为F51(环氧值为0.51～0.54)。
实施例26，一种聚碳酸酯塑料，与实施例16的区别在于，热塑性聚氨酯弹性体为聚醚-TDI-MOCA浇注型聚氨酯。
实施例27，一种聚碳酸酯塑料，与实施例19的区别在于，碳纳米管表面活化后，经镀镍处理，镀镍的工艺与实施例11相同。
实施例28，一种聚碳酸酯塑料，与实施例27的区别在于，选用的聚乳酸类改性剂为壳聚糖接枝聚乳酸化合物，壳聚糖接枝聚乳酸化合物的制备方法与实施例9相同。
实施例29～33，一种聚碳酸酯塑料，与实施例7的区别在于，在步骤S3中，还加入了其他助剂，各组分的质量分数如表3所示。
表3，实施例29～33的成分列表
| 成分 | 实施例29 | 实施例30 | 实施例31 | 实施例32 | 实施例33 |
| 聚碳酸酯 | 69.77％ | 66.15％ | 67.87％ | 67.87％ | 68.10％ |
| ABS树脂 | 11.63％ | 11.03％ | 11.31％ | 11.31％ | 11.35％ |
| 碳纤维 | 9.30％ | 8.82％ | 9.05％ | 9.05％ | 9.08％ |
| 聚乳酸类改性剂 | 5.81％ | 5.51％ | 5.66％ | 5.66％ | 5.68％ |
| 相容剂 | 2.91％ | 2.76％ | 2.83％ | 2.83％ | 2.84％ |
| 色母粒 | 0.00％ | 4.41％ | 2.26％ | 2.26％ | 2.27％ |
| 抗氧化剂 | 0.12％ | 0.33％ | 0.00％ | 0.34％ | 0.34％ |
| 润滑剂 | 0.12％ | 0.33％ | 0.34％ | 0.00％ | 0.34％ |
| 耐水解剂 | 0.35％ | 0.66％ | 0.68％ | 0.68％ | 0.00％ |
其中，色母粒为PC色母粒，抗氧化剂为BHT，润滑剂为聚乙烯蜡，耐水解剂为碳化二亚胺。
实施例34，一种聚碳酸酯塑料，与实施例30的区别在于，碳纳米管表面活化后，经镀镍处理，镀镍的工艺与实施例11相同。
实施例35，一种聚碳酸酯塑料，与实施例34的区别在于，选用的聚乳酸类改性剂为壳聚糖接枝聚乳酸化合物，壳聚糖接枝聚乳酸化合物的制备方法与实施例9相同。
实施例36，一种35的区别在于，在步骤S4中，还加入了增强助剂，加入增强助剂后，该聚碳酸酯塑料中各个组分比例如下：聚碳酸酯：62.96％；ABS树脂：10.49％；碳纤维：8.39％；聚乳酸类改性剂：5.25％；相容剂：2.62％；色母粒：4.20％；抗氧化剂：0.31％；润滑剂：0.31％；耐水解剂：0.63％；环氧树脂：1.68％；聚氨酯弹性体：1.08％；明胶：2.10％。
实施例37，一种聚碳酸酯塑料，与实施例36的区别在于，对各步骤中的工艺参数进行了调整，具体如下：
S1、称取聚碳酸酯、ABS树脂、碳基纤维、聚乳酸类改性剂、相容剂、增强助剂和其他助剂，放入烘箱中充分烘干备用；
S2、将聚碳酸酯、聚乳酸类改性剂和相容剂混合，加热至280℃，并搅拌60s，得到第一混合体系；
S3、向第一混合体系中加入ABS树脂和其他助剂，并降温至260℃，搅拌90s，得到第二混合体系；
S4、向第二混合体系中加入碳基纤维和增强助剂，升温至290℃，并搅拌30s后，降温至245℃，得到第三混合体系；
S5、将第三混合体系进行注塑成型，注射压力70MPa，注射时模温为170℃，螺杆转速50rpm，注射完成后，模温以5℃/min的速度降温至80℃，再脱模。
实施例38，一种聚碳酸酯塑料，与实施例36的区别在于，对各步骤中的工艺参数进行了调整，具体如下：
S1、称取聚碳酸酯、ABS树脂、碳基纤维、聚乳酸类改性剂、相容剂、增强助剂和其他助剂，放入烘箱中充分烘干备用；
S2、将聚碳酸酯、聚乳酸类改性剂和相容剂混合，加热至280℃，并搅拌150s，得到第一混合体系；
S3、向第一混合体系中加入ABS树脂和其他助剂，并降温至260℃，搅拌60s，得到第二混合体系；
S4、向第二混合体系中加入碳基纤维和增强助剂，升温至290℃，并搅拌40s后，降温至245℃，得到第三混合体系；
S5、将第三混合体系进行注塑成型，注射压力150MPa，注射时模温为140℃，螺杆转速30rpm，注射完成后，模温以8℃/min的速度降温至70℃，再脱模。
实施例39，一种聚碳酸酯塑料，与实施例36的区别在于，对工艺步骤进行了调整，具体如下：
S1、称取聚碳酸酯、ABS树脂、碳基纤维、聚乳酸类改性剂、相容剂、增强助剂和其他助剂，放入烘箱中充分烘干备用；
S2、将聚碳酸酯、聚乳酸类改性剂和相容剂混合，加热至280℃，并搅拌150s，得到第一混合体系；
S3、向第一混合体系中加入ABS树脂和其他助剂，并降温至260℃，搅拌60s，得到第二混合体系；
S4、向第二混合体系中加入碳基纤维和增强助剂，升温至290℃，并搅拌40s后，降温至245℃，得到第三混合体系；
S5、将第三混合体系进行注塑成型，注射压力150MPa，注射时模温为80℃，螺杆转速30rpm，再脱模。
实施例40，一种聚碳酸酯塑料，与实施例36的区别在于，对工艺步骤进行了调整，具体如下：
S1、称取聚碳酸酯、ABS树脂、碳基纤维、聚乳酸类改性剂、相容剂、增强助剂和其他助剂，放入烘箱中充分烘干备用；
S2、将聚碳酸酯、聚乳酸类改性剂和相容剂混合，加热至280℃，并搅拌150s，得到第一混合体系；
S3、向第一混合体系中加入ABS树脂、碳基纤维、增强助剂和其他助剂，并降温至260℃，搅拌60s，得到第二混合体系；
S4、将第二混合体系进行注塑成型，注射压力150MPa，注射时模温为140℃，螺杆转速30rpm，注射完成后，模温以8℃/min的速度降温至70℃，再脱模。
实施例41，一种聚碳酸酯塑料，与实施例36的区别在于，对各步骤中的工艺参数进行了调整，具体如下：
S1、称取聚碳酸酯、ABS树脂、碳基纤维、聚乳酸类改性剂、相容剂、增强助剂和其他助剂，放入烘箱中充分烘干备用；
S2、将聚碳酸酯、聚乳酸类改性剂和相容剂混合，加热至280℃，并搅拌150s，得到第一混合体系；
S3、向第一混合体系中加入ABS树脂、碳基纤维、增强助剂和其他助剂，并升温至290℃，搅拌60s，得到第二混合体系；
S4、将第三混合体系进行注塑成型，注射压力150MPa，注射时模温为140℃，螺杆转速30rpm，注射完成后，模温以8℃/min的速度降温至70℃，再脱模。
实施例42，一种聚碳酸酯塑料，与实施例36的区别在于，对各步骤中的工艺参数进行了调整，具体如下：
S1、称取聚碳酸酯、ABS树脂、碳基纤维、聚乳酸类改性剂、相容剂、增强助剂和其他助剂，放入烘箱中充分烘干备用；
S2、将聚碳酸酯、聚乳酸类改性剂、相容剂、ABS树脂和其他助剂混合，加热至280℃，并搅拌150s，得到第一混合体系；
S3、向第一混合体系中加入碳基纤维和增强助剂，并升温至290℃，搅拌30s，得到第二混合体系；
S4、将第三混合体系进行注塑成型，注射压力150MPa，注射时模温为140℃，螺杆转速30rpm，注射完成后，模温以8℃/min的速度降温至70℃，再脱模。
实施例43，一种聚碳酸酯塑料，与实施例36的区别在于，对各步骤中的工艺参数进行了调整，具体如下：
S1、称取聚碳酸酯、ABS树脂、碳基纤维、聚乳酸类改性剂、相容剂、增强助剂和其他助剂，放入烘箱中充分烘干备用；
S2、将聚碳酸酯、ABS树脂、碳基纤维、聚乳酸类改性剂、相容剂、增强助剂和其他助剂混合，加热至280℃，并搅拌150s，得到第一混合体系；
S3、将第一混合体系进行注塑成型，注射压力150MPa，注射时模温为140℃，螺杆转速30rpm，注射完成后，模温以8℃/min的速度降温至70℃，再脱模。
针对上述实施例，设置如下对比例，进行比对。
对比例1，一种聚碳酸酯塑料，与实施例1的区别在于，选用授权公告号为CN101328310B中实施例1中的方法制备得到的PC/ABS复合材料注塑得到，具体如下：PC树脂重量百分比为64.2％，ABS树脂重量百分比为15％，玻璃纤维重量百分比10％，HP4051重量百分比为5％，SMA218HF重量百分比为5％，KH550重量百分比为0.2％，1010/168重量比为0.2/0.4％，在高速混合器中将上述组分在室温下混匀，用南京科亚公司生产的TE-35(L/D＝48)双螺杆挤出机生产，其加工温度(从喂料口到模头)分别是：220℃，240℃，255℃，260℃，265℃，主机转速是30赫兹。
对比例2，一种聚碳酸酯塑料，与实施例1的区别在于，用等质量的玻璃纤维替代了碳纤维。
实施例3，一种聚碳酸酯塑料，与实施例1的区别在于，用等质量的聚碳酸酯替代了聚乳酸类改性剂。
实施例4，一种聚碳酸酯塑料，与实施例1的区别在于，用等质量的聚碳酸酯替代了相容剂。
对比例5：一种聚碳酸酯塑料，与实施例1的区别在于，用等质量的聚碳酸酯替代了碳纤维。
对于实施例1～43及对比例1～5，现设置如下实验进行测试。
实验1：依照ISO-527-1-2012中的通用实验方法制样，得到实施样品1-1～实施样品43-1，及对比样品1-1～对比样品5-1，并对上述并对样品进行拉伸性能测定。
实验2：依照ISO-178-2010中的通用实验方法制样，得到实施样品1-2～实施样品43-2，及对比样品1-2～对比样品5-2，并对上述样品进行弯曲强度和弯曲模量测定。
实验3：依照ISO-179-1-2010中的通用实验方法制样，得到实施样品1-3～实施样品43-3，及对比样品1-3～对比样品5-3，并对上述并对样品进行抗冲击强度测定。
实验4：依照ISO-75-1-2013中的通用实验方法制样，得到实施样品1-4～实施样品43-4，及对比样品1-4～对比样品5-4，并对上述并对样品进行热变形强度测定。
首先，对实施例1～6及对比例1～5进行了上述实验测定，得到结果如表4所示。
表4：实施例1～6及对比例1～5的测定结果
通过上述实验数据可知，如实施例1～6中，采用碳纤维作为对玻璃纤维的替代，并辅以聚乳酸体系，制备得到的塑料样品的拉伸强度、弯曲强度与对比例1和对比例2较为接近。其中，当碳基纤维选用碳纳米管时，材料具有较高的弯曲模量、抗冲击强度和热变形强度，可能是由于碳纳米管具有较大的共轭体系和较为刚性的芳香环结构，因此使材料具有较好的刚性和耐热性能。
在对比例3中，排除了聚乳酸的使用，导致材料的弯曲强度大幅降低，弯曲模量也有小幅降低。聚乳酸类材料是一种环保材料，具有较好的交联性能，其长链可以与碳纳米管形成一定程度的交联结构，且具有较好的柔韧性，因此有助于提高材料的强度和韧性。因此，在排除聚乳酸使用后会导致材料变脆，进而影响使用。实施例4中，没有使用相容剂，会导致聚乳酸、碳纳米管与聚碳酸酯分散不佳，进而导致整体结构不均匀，对材料的拉伸强度、弯曲强度等性质均有不利的影响。对比例5中则排除了碳基纤维的使用，使得材料整体的韧性、强度和耐热性均显著降低。
实施例1与实施例7～12进行对比，结果如表5所示。
表5：实施例1及实施例7～12的测定结果
通过上述数据可知，选用聚乳酸接枝壳聚糖形成的复合体系，有助于提高整体的拉伸强度。壳聚糖具有较多的活性基团，在体系中能够与诸多高分子的端基形成偶极相互因作用吗，甚至生成共价键，从而有助于形成更加稳定的交联体系，从而有助于提高材料的拉伸强度。同时，壳聚糖在加工工程中同样具有抑制聚乳酸降解的作用，进而高了材料的耐热性能。在实施例12中，在使用壳聚糖接枝聚乳酸的基础上，进一步对碳纳米管进行了镀镍处理，进一步提高了碳纳米管的刚性、耐磨性能等机械性能。且碳纳米管在镀镍后，表面容易形成一些空穴结构，具有较强的活性，更容易与吸附高分子链两端的活性基团，形成网状结构，从而起到提高拉伸强度的作用。
进一步地，对实施例12～28进行比对，其结果如表6所示。
表6：实施例12～18的检测结果数据
通过上述数据可知，加入增强助剂后，可以进一步提高材料整体的拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度和耐热性能。其中，加入环氧树脂后，主要提升了拉伸强度和抗冲击能力，双酚A型环氧树脂兼具刚性和柔性的特性，且具有较好的交联性能，在提高拉伸强度的情况下，弯曲模量也有所提升。当环氧树脂的环氧当量降低后，其交联结构的形成能力会变弱，而环氧树脂本身具有一定的脆性，在体系中会导致整体弯折强度变差，但是对拉伸强度、抗冲击强度及耐热性依旧有着正面的影响。另外，选用其他种类的环氧树脂对整体性质影响较小。
在环氧树脂的基础上，进一步加入聚氨酯弹性体可以大大提高体系的韧性，聚氨酯弹性体可以起到提高流动性的作用，因此有助于避免碳纳米管团聚，进而使体系整体更加均匀，不宜在局部形成过多的π键堆叠体系，进而使材料整体的韧性增大，不易折断。同时体系更加均匀也有助于提高整体的机械强度，诸如抗冲击能力、拉伸强度等性质。在环氧树脂和聚氨酯弹性体的基础上进一步加入明胶作为增强助剂，明胶对上述物料之间的交联效果可以起到辅助促进的作用，同时，明胶也可以较好地包容碳纳米管，使之不容易团聚，进一步提高材料的均匀性和强度。
通过实施例27和实施例28可知，在使用壳聚糖接枝聚乳酸或在对碳纳米管进行镀镍处理的基础上进一步添加上述增强助剂，有助于进一步提高材料的整体性能，具有较好的效果。
对实施例29～36进行实验1～4，其结果如表7所示。
表7：实施例29～36的性能测试结果
通过上述数据可知，其他助剂的加入对材料的机械性能影响较小，但是其仍具有重大的作用。例如，色母粒加入的目的为调色，在上述比例中加入色母粒，在对整体结构造成重大影响的前提下，可以使该聚碳酸酯塑料具有艳丽的色彩。润滑剂的加入是为了辅助脱模，有助于提高生产效率。而抗氧化剂则可以起到提高聚碳酸酯塑料使用寿命的目的。
对实施例37～43进行试验1～4，其结果如表8所示。
表8：实施例37～43的性能测试结果
通过上述数据可知，采用实施例36～38中的方法进行加工，可以使塑料内部结构更加均匀，有助于提高其各方面的机械强度。实施例39中，在脱模时直接采用了较低的温度，会造成材料内应力增大，进而导致材料整体变脆。而实施例40～43中，原料的混合顺序变化，同样会导致各组分分布不均匀，进而影响原料整体的均匀度和机械性能。
综上所述，本申请中的技术方案在现有技术的基础上，使用碳基纤维取代了玻璃纤维，并额外添加了聚乳酸材料，从而提高了生产和使用的安全性。进一步地，本申请中选用表面镀镍的碳纳米管和壳聚糖接枝聚乳酸体系，并添加了环氧树脂、聚氨酯弹性体和明胶作为增强助剂，进一步提高了材料的各方面性能。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种聚碳酸酯塑料，其特征在于：通过如下质量份的组分经注射加工成型得到：
聚碳酸酯：50～80份；
ABS树脂：7～15份；
碳基纤维：5～10份；
聚乳酸类改性剂：3～6份；
相容剂：2～3.5份；
增强助剂：0～4份；
其他助剂0～6份；
聚碳酸酯塑料的加工工艺包括如下步骤：
S1、称取聚碳酸酯、ABS树脂、碳基纤维、聚乳酸类改性剂、相容剂、增强助剂和其他助剂，充分烘干备用；
S2、将聚碳酸酯、聚乳酸类改性剂、相容剂进行混合，加热至270～280℃，保温并充分混合60～150s，得到第一混合体系；
S3、向第一混合体系中加入ABS树脂和其他助剂，降温至255～260℃，保温并充分混合60～90s，得到第二混合体系；
S4、向第二混合体系中加入碳基纤维和增强助剂，升温至285～290℃，加热30～40s后，降温至235～245℃，得到第三混合体系；
S5、将第三混合体系进行注塑成型，注射压力70～150MPa，注射时模温为140～170℃，螺杆转速30～50rpm，注射完成后，模温以5～8℃/min的速度降温至70～80℃，再脱模。
2.根据权利要求1所述的一种聚碳酸酯塑料，其特征在于：所述碳基纤维为碳纳米管，所述碳纳米管通过混酸进行活化。
3.根据权利要求2所述的一种聚碳酸酯塑料，其特征在于：所述碳纳米管活化后再经表面镀镍处理。
4.根据权利要求2所述的一种聚碳酸酯塑料，其特征在于：所述聚乳酸类改性剂为壳聚糖接枝聚乳酸化合物。
5.根据权利要求2所述的一种聚碳酸酯塑料，其特征在于：所述增强助剂包括质量份为1.2～2的环氧树脂，所述环氧树脂的环氧值大于0.35。
6.根据权利要求5所述的一种聚碳酸酯塑料，其特征在于：所述增强助剂还包括质量份为0.2～1.5的热塑性聚氨酯弹性体。
7.根据权利要求6所述的一种聚碳酸酯塑料，其特征在于：所述增强助剂还包括质量份为1.5～2.5份的明胶。
8.根据权利要求1所述的一种聚碳酸酯塑料，其特征在于：所述其他助剂包括质量份为0.1～0.5份的抗氧化剂、质量份为0～4份的色母粒、质量份为0.1～0.3份的润滑剂和质量份为0.3～0.6份的耐水解剂。
9.根据权利要求1所述的一种聚碳酸酯塑料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
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