CN112210201B - 一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用，包括组分：聚碳酸酯60份~94份；玻璃纤维5份~30份；高表面能助剂1份~10份；其中，所述玻璃纤维中的硼元素含量小于60000ppm，硅元素含量/铝元素含量＜50。本发明通过添加特定化学成分的玻璃纤维和特定结构的高表面能助剂，可以明显降低材料的介电损耗，同时增强材料与金属界面的粘结力，且耐热效果好，进一步拓宽了金属与聚碳酸酯复合产品的应用，特别适用于手机和电视机材料。

Description

一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及工程塑料技术领域，具体涉及一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用。

背景技术

聚碳酸酯(PC) 是性能优异的工程塑料，具有良好的综合性能，机械强度高、耐冲击韧性好、尺寸稳定、耐热较好、电绝缘性好，在家电、数码产品、IT产品等等领域具有广泛的应用。随着电视机轻薄化和美学要求提升，相应的塑料材料不仅要具备良好的力学性能、更高耐热性和流动性、更低的介电损耗，还要求具有与金属良好的粘结性能，以满足大尺寸无边框电视需求。但是聚碳酸酯材料表面没有活性基团，表面能低，与金属物质相容性差，且与金属线性膨胀系数存在较大差异，难以润湿，因此两者界面相互作用弱，导致附着或粘接力差，随着使用时间的累积，塑料与金属间由于冷热收缩不均而不断积累起来的应力，很容易脱粘，限制了金属和聚碳酸酯复合产品的应用。

如何提高金属与塑料界面间作用力，以及如何持久保持相互作用力是关键问题。目前国内外对材料粘接的研究主要集中三个方面，一是通过对被粘接材料或金属的表面处理增加彼此粘接性；二是利用增加中间粘合层提高塑料与钢板的粘附性；三是通过添加活性物质对材料本体改性提高粘接性。

由于5G通讯采用毫米波波段，电磁波的波长越短，绕射能力就越差，传播过程中的电磁波的衰减也越大，意味着5G通讯的电磁波覆盖能力和传输信号强度相对于4G通讯时代的大幅度下降，故应用的材料也需要调控介电性能以降低负面影响。

降低材料介电损耗的途径很多，常用的方法有：1、选择介电损耗较低的基材；例如选择PPO、PS、POK等低介电损耗的材料作为基材或者合金成分；2、选择低介电损耗纤维；3、选择低介电损耗的助剂，例如增韧剂尽可能采用POE、SEBS等，润滑剂尽可能采用PE蜡、PTFE蜡粉等；4、引入低介电损耗填料，例如二氧化硅、云母粉、高岭土等；5、通过添加特殊成分或生产工艺改变材料的微观拓扑结构与形态；6、在体系中引入纳米或微米级的微孔降低材料的介电常数，等等。

因此，研究如何实现一种具有低介电损耗，同时与金属有良好的粘结性能的材料应用在5G通讯领域中具有重要意义。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的首要目的在于提供一种聚碳酸酯组合物，与金属界面粘结力高，且耐热性能好，同时具有低介电损耗的特性。

本发明的另一目的在于提供上述聚碳酸酯组合物的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种聚碳酸酯组合物，按重量份计，包括以下组分：

聚碳酸酯 60份~94份；

玻璃纤维 5份~30份；

高表面能助剂 1份~10份。

其中，所述玻璃纤维中的硼元素含量小于60000ppm，硅元素含量/铝元素含量＜50；优选的，所述玻璃纤维中的硼元素含量小于30000ppm，硅元素含量/铝元素含量=1~30；所述的硼元素、硅元素和铝元素含量根据标准ASTM F963-17测定。

本发明经研究发现，选用特定化学成分的玻璃纤维和特定结构的高表面能助剂，可以提高聚碳酸酯材料的表面张力，增加其与金属物质的相容性，两者界面的相互作用力增强，从而提高聚碳酸酯材料与金属界面的粘结力，且耐热效果好，同时能够明显降低材料的介电损耗。

所述的玻璃纤维直径为80μm~550μm。

所述高表面能助剂选自含有氧化聚乙烯、甘油聚合物、马来酸酐聚合物或丙烯酸共聚物结构的不饱和聚合物中的一种或几种混合；具体选自氧化聚乙烯蜡、马来酸酐接枝PS、马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝PE、马来酸酐接枝ABS、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物或乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的一种或几种混合。

所述的聚碳酸酯选自芳香族聚碳酸酯、脂肪族聚碳酸酯、芳香族-脂肪族聚碳酸酯、支化聚碳酸酯或硅氧烷共聚碳酸酯中的一种或几种。

本发明所述的聚碳酸酯可以采用光气法或酯交换法制备得到，也可以通过是市购方式获得。

根据实际性能需要，按重量份计，本发明所述的聚碳酸酯组合物还包括0~20份的其它助剂，所述其它助剂包括稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂、润滑剂、脱模剂、增塑剂、填料或着色剂的一种或几种。

合适的稳定剂包括有机亚磷酸酯、季戊四醇双磷酸酯、烷基化的一元酚或者多元酚、多元酚和二烯的烷基化反应产物、对甲酚或者二环戊二烯的丁基化反应产物、烷基化的氢醌类、羟基化的硫代二苯基醚类、亚烷基-双酚、苄基化合物、多元醇酯类、苯并三唑类或二苯甲酮类中的一种或者多种组合；具体的，所述的有机亚磷酸酯可以为亚磷酸三苯酯、亚磷酸三-（2,6-二甲基苯基）酯、亚磷酸三-壬基苯基酯、二甲基苯膦酸酯或磷酸三甲酯等；所述的季戊四醇双磷酸酯可以为双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二磷酸酯。

合适的阻燃剂选自卤系阻燃剂或无卤阻燃剂；所述卤系阻燃剂选自溴化聚苯乙烯、溴化聚苯醚、溴化双酚A型环氧树脂、溴化苯乙烯-马来酸酐共聚物、溴化环氧树脂、溴化苯氧基树脂、十溴二苯醚、十溴代联苯、溴化聚碳酸酯、全溴三环十五烷或溴化芳香族交联聚合物的一种或几种，优选为溴化聚苯乙烯；所述无卤阻燃剂选自含氮阻燃剂、含磷阻燃剂或含氮和磷的阻燃剂中的一种或几种。

合适的抗滴落剂为氟化聚烯烃，如聚四氟乙烯。

所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺EBS、芥酸酰胺、硬脂酸锌、硅油、PETS中的一种或者两种及以上的混合物。

合适的脱模剂包括硬脂酸金属盐类，硬脂酸烷基酯类，硬脂酸季戊四醇酯类，石蜡，褐煤蜡等。

合适的增塑剂为邻苯二甲酸酯。

合适的填料可以为滑石粉、高岭土、黏土、晶须、硅藻土等；填料可以是不进行任何表面处理的，也可以是涂覆处理的，例如烷基表面包覆，环氧表面处理，酰胺表面处理，羟基硅油，烷基硅烷，甲氧基硅烷，磺酸基等处理。

合适的着色剂包括各种颜料、染料，如炭黑等。

本发明还提供了上述的聚碳酸酯组合物的制备方法，包括以下步骤：按照配比，将各组分在转速为450~500转/分钟的高混机中混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中，在240℃~260℃的温度下进行熔融混合，然后造粒、冷却、干燥得到聚碳酸酯组合物。

本发明还提供了上述聚碳酸酯组合物在手机或电视机中的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过在聚碳酸酯组合物配方中添加特定化学成分的玻璃纤维（硼元素含量小于60000ppm，硅元素含量/铝元素含量＜50），以及特定结构的高表面能助剂，可以明显降低材料的介电损耗，同时增强材料与金属界面的粘结力，且耐热效果好，进一步拓宽了金属与聚碳酸酯复合产品的应用，特别适用于手机和电视机材料。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

现对实施例及对比例所用的原材料做如下说明，但不限于这些材料：

聚碳酸酯PC：芳香族聚碳酸酯，PC 1300 10 NP，LG化学；

玻璃纤维1：硼元素含量为58592ppm，硅元素含量/铝元素含量=47；

玻璃纤维2：硼元素含量为41716ppm，硅元素含量/铝元素含量=35；

玻璃纤维3：硼元素含量为25373ppm，硅元素含量/铝元素含量=26；

玻璃纤维4：硼元素含量为9054ppm，硅元素含量/铝元素含量=18；

玻璃纤维5：硼元素含量为74483ppm，硅元素含量/铝元素含量=62；

玻璃纤维6：硼元素含量为73592ppm，硅元素含量/铝元素含量=40；

玻璃纤维7：硼元素含量为52467ppm，硅元素含量/铝元素含量=65；

高表面能助剂1：含不饱和环酸酐基团的马来酸酐共聚物，具体种类为GPM，厂家为能之光；

高表面能助剂2：含不饱和环酸酐基团的马来酸酐共聚物，具体种类为SMA 3840，厂家CRAY VALLEY；

高表面能助剂3：含丙烯酸共聚物组成的不饱和聚合物；具体种类为Elvaloy AC3427，厂家DUPONT；

高表面能助剂4：含氧化聚乙烯和丙烯酸共聚物组成的不饱和聚合物，具体种类为Elvaloy AC 1330，厂家DUPONT。

助剂：稳定剂，亚磷酸三苯酯，市购。

各性能测试方法：

（1）表面张力的测定方法：

按照表1比例配制各级别的溶液：量取一定体积的无水乙醇置于100mL容量瓶中，用纯水定容至100mL；测试表面张力。

判定标准：涂覆1cm*1cm区域，3秒内不收缩则判定为该级别的表面张力，如果3秒内收缩，则采用下一级别涂覆。连续测三次都通过则确定级别表面能。

表1：

（2）耐热参数K的测试方法：在90℃测试拉伸强度记为δ，23℃的拉伸强度记为δ₀，耐热参数K，K=δ/δ₀；K大于0.5判定为OK。

（3）介电损耗的测试方法：GB/T 12636-1990微波介质材料带状线谐振器法测试。

制备方法：

按照表2配比，将各组分在转速为450转/分钟~500转/分钟的高混机中混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中，在240℃~260℃的温度下进行熔融混合，然后造粒、冷却、干燥得到聚碳酸酯组合物；对聚碳酸酯组合物进行测试，数据见表2。

由实施例与对比例的数据可以说明，通过在聚碳酸酯组合物配方中添加特定量的硼元素含量小于60000ppm，硅元素含量/铝元素含量＜50的玻璃纤维，与特定结构的高表面能助剂配合使用，可以提高聚碳酸酯材料的表面张力和耐热参数，使其与金属界面的粘合力高，且耐热效果好，同时具有低介电损耗的特性。

通过对比例1~3与实施例1的数据比较可以看出，当玻璃纤维的硼元素含量大于60000ppm，或者，硅元素含量/铝元素含量＞50时，虽然对表面张力影响不大，但提高了材料的介电损耗，而且耐热性变差。

对比例4中，单独加入特定化学成分的玻璃纤维，不添加高表面能助剂，材料的表面张力低，介电损耗高，且耐热性较差；对比例5中，只加入高表面能助剂，耐热参数只有0.37，材料的耐热性差，且介电损耗高。

Claims (7)

1.一种聚碳酸酯组合物，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：

聚碳酸酯 60份~94份；

玻璃纤维 5份~30份；

高表面能助剂 1份~10份；

其中，所述玻璃纤维中的硼元素含量小于60000ppm，硅元素含量/铝元素含量＜50；所述的硼元素、硅元素和铝元素含量根据标准ASTM F963-17测定；

所述高表面能助剂选自氧化聚乙烯蜡、马来酸酐接枝PS、马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝PE、马来酸酐接枝ABS、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物或乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的一种或几种混合。

2.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述玻璃纤维中的硼元素含量小于30000ppm，硅元素含量/铝元素含量=1~30。

3.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述的玻璃纤维直径为80μm~550μm。

4.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述的聚碳酸酯选自芳香族聚碳酸酯、脂肪族聚碳酸酯、芳香族-脂肪族聚碳酸酯、支化聚碳酸酯或硅氧烷共聚碳酸酯中的一种或几种。

5.根据权利要求1~4所述的聚碳酸酯组合物，其特征在于，按重量份计，还包括0~20份的其它助剂；所述其它助剂包括稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂、润滑剂、脱模剂、增塑剂、填料或着色剂的一种或几种。

6.根据权利要求1~5任一项所述的聚碳酸酯组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照配比，将各组分在转速为450~500转/分钟的高混机中混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中，在240℃~260℃的温度下进行熔融混合，然后造粒、冷却、干燥得到聚碳酸酯组合物。

7.根据权利要求1~5任一项所述的聚碳酸酯组合物在手机或电视机中的应用。