CN112759911A - 一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用。聚碳酸酯组合物包括聚碳酸酯、ABS/ASA、阻燃剂、聚甲基丙烯酸甲酯、增韧剂、纳米蒙脱土、抗滴落剂和其它加工助剂。该聚碳酸酯组合物具有较好的振动焊接性能，振动焊接后拉伸强度高于30MPa，可以满足焊接后制件的密封要求，可广泛用于汽车、电动工具、助力电动车和新能源等需要通过振动焊接密封的领域。

Description

一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于工程塑料技术领域，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
目前防火聚碳酸酯合金材料在做电池相关的产品时，大多是通过锁螺丝的方式进行，制件空间的利用率低，同时为了提高密封性，采用软胶垫片作为密封圈，通过螺丝紧固达到防水防尘的目的。随着制件密封性要求的提高，除了防水防尘外还有防止气体泄漏的要求，以及需要尽可能将制件做到小型化，有效提高空间利用率。现有比较有效的方法是采用焊接的方式作为紧固的方式，进而省去螺丝紧固的空间。因此，需要改善聚碳酸酯合金的焊接强度。
专利CN105440639公开了一种激光焊接易加工的聚碳酸酯组合物，通过添加熔体增强剂来改善焊接性能。但其主要关注的是激光焊接对组合物表面性能的影响(能否击穿及是否会产生凸起)，其并非针对振动焊接进行研究，且也未关注焊接后组合物的强度。
专利CN106751409A公开了一种高超声波焊接强度的聚碳酸酯合金，通过添加焊接增强添加剂及促进相容性的助剂来改善焊接性能。但其主要关注的是超声波焊接，其并非针对振动焊接进行研究。
因此，开发一种具有较好的焊接性能，且焊接后仍然具有较高的强度的聚碳酸酯组合物具有重要的研究意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术针对具有较好振动焊接性能的聚碳酸酯组合物的研究的缺乏，提供一种聚碳酸酯组合物。本发明提供的聚碳酸酯组合物具有较好的振动焊接性能，振动焊接后拉伸强度高于30MPa，可以满足焊接后制件的密封要求，可广泛用于汽车、电动工具、助力电动车和新能源等需要通过振动焊接密封的领域。
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。
本发明的另一目的在于提供上述聚碳酸酯组合物在能源领域中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种聚碳酸酯组合物，包括如下重量份数的组分：
Figure BDA0002854222790000021
聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯有较高的相容性，聚甲基丙烯酸甲酯的加入可以增加聚碳酸酯的分散均一性，同时赋予组合物表面极性，增加粘合强度，在振动焊接后可以提高制件的焊接强度。
纳米蒙脱土具有较好的导热作用，纳米蒙脱土的加入可以增加振动过程中机械能转变成热能的效率，在相同的振动频率下使制件接触面达到有效的塑化，进一步提高焊接效率，提升焊接效果，同时纳米蒙脱土具有分散应力的作用，可以减少制品出现应力开裂的概率。
本发明通过聚甲基丙烯酸甲酯和纳米蒙脱土的配合作用，可赋予聚碳酸酯组合物较好的振动焊接性能，振动焊接后拉伸强度高于30MPa，可以满足焊接后制件的密封要求，可广泛用于汽车、电动工具、助力电动车和新能源等需要通过振动焊接密封的领域。
另外，由于纳米蒙脱土可以提高材料的阻燃性能，故可以在适当减小阻燃剂用量的情况下达到优异的阻燃效果。
应当理解的是，ABS/ASA代表既ABS和ASA既可以单独添加，也可以一同添加，添加的ABS和ASA的总量为0.1～20份。
优选地，所述聚碳酸酯组合物包括如下重量份数的组分：
Figure BDA0002854222790000022
Figure BDA0002854222790000031
优选地，所述聚碳酸酯为粘均分子量为16000～28000的光气法双酚A型聚碳酸酯。
优选地，所述聚甲基丙烯酸甲酯在230℃，3.8kg的条件下，熔融指数为1～10g/10min。
优选地，所述ABS的橡胶粒径为0.1～1.0μm。
优选地，所述ASA在220℃，10kg条件下的质量熔融指数为5～30g/10min。
本领域常规的阻燃剂、增韧剂、抗滴落剂均可用于本发明中。
优选地，所述阻燃剂为固体磷酸酯类阻燃剂或磷腈类阻燃剂中的一种或几种。
更为优选地，所述阻燃剂为环状苯氧基磷腈、链状苯氧基磷腈或交联苯氧基磷腈中的一种或几种。
优选地，所述增韧剂为高胶粉、甲基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯三元共聚物、丙烯酸类增韧剂或乙烯-醋酸乙烯共聚物-功能化马来酸酐中的一种或几种。
优选地，所述抗滴落剂为PTFE或SAN包覆的重量含量为50～70％的PTFE中的一种或几种。
优选地，所述纳米蒙脱土的粒径D50为30～50nm。
纳米蒙脱土一般为碱性，其加入对聚碳酸酯的耐温性能可能产生一些影响，故可对纳米蒙脱土进行处理以调节其酸碱度。
优选地，利用弱酸对纳米蒙脱土进行改性处理。
具体地，可利用磷酸配成0.1％质量浓度的水溶液对纳米蒙脱土进行碱性中和处理，避免碱性对聚碳酸酯造成分解，降低韧性。
本领域其它加工助剂也可用于本发明中，以赋予本发明的聚碳酸酯组合物更佳的或新的性能。
优选地，所述其它加工助剂为润滑剂(例如PETS，其重量份为0.1～0.2份)或抗氧剂(例如亚磷酸酯类抗氧剂，受阻酚类抗氧剂，其重量份为0.1～0.8份)中的一种或几种。
上述聚碳酸酯组合物的制备方法，包括如下步骤：将聚碳酸酯、ABS/ASA、阻燃剂、聚甲基丙烯酸甲酯、增韧剂、纳米蒙脱土、抗滴落剂和其它加工助剂混合，熔融，挤出造粒，即得所述聚碳酸酯组合物。
具体地，将聚碳酸酯、ABS/ASA、阻燃剂、聚甲基丙烯酸甲酯、增韧剂、纳米蒙脱土、抗滴落剂和其它加工助剂在高混机中进行预混合得到预混料，然后将预混物投入双螺杆挤出机中进行熔融混合挤出造粒，得到所述聚碳酸酯组合物；其中双螺杆挤出机的螺杆长径比为32～40:1，螺筒温度为230～260℃，螺杆转速为350～700rpm。
上述聚碳酸酯组合物在能源领域中的应用也在本发明的保护范围内。
具体地，可广泛应用于汽车、电动工具、助力电动车和新能源等需要通过振动焊接密封的领域。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的聚碳酸酯组合物具有较好的振动焊接性能，振动焊接后拉伸强度高于30MPa，可以满足焊接后制件的密封要求，可广泛用于汽车、电动工具、助力电动车和新能源等需要通过振动焊接密封的领域。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
本发明各实施例及对比例选用的部分试剂说明如下：
聚碳酸酯PC1#，芳香族聚碳酸酯，粘均分子量为22000，出光，IR2200；
聚碳酸酯PC2#，芳香族聚碳酸酯，粘均分子量为12000，三菱，FN1500。
ABS1#，奇美，ABS 747S，橡胶粒径为0.3μm；
ABS2#，国桥，ABS D670，橡胶粒径为0.15μm；
ASA1#，韩国锦湖CX180，在220℃，10kg条件下的质量熔融指数为16g/10min；
ASA2#，UMG，S411A，在220℃，10kg条件下的质量熔融指数为60g/10min；
磷腈类阻燃剂，Fushimi Pharmaceutical Co.，Ltd.，FP-110；
固体磷酸酯类阻燃剂，万盛，PX-202；
聚甲基丙烯酸甲酯1#，奇美CM-205，在230℃、3.8KG测试条件下测得的熔融指数在1.8g/10min；
聚甲基丙烯酸甲酯2#，奇美，CM-211G，在230℃、3.8KG测试条件下测得的熔融指数在16g/10min；
增韧剂，MBS(甲基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯三元共聚物)，DOW，EXL2691A。
纳米蒙脱土1#，粒径D50为40nm；
纳米蒙脱土2#，粒径D50为70nm；
蒙脱土，粒径D50为6μm；
纳米蒙脱土、蒙脱土在使用前经如下改性处理：取纳米蒙脱土分散于乙醇水溶液中，然后加入磷酸溶液，充分搅拌过滤，洗涤，真空干燥，即得酸性处理后的纳米蒙脱土。
其它加工助剂，润滑剂，季戊四醇硬脂酸酯，法基，PETS-AHS；抗氧剂巴斯夫IRANOX1010和科聚亚，Naugard 412S按1:2复配的混合物。
各实施例和对比例的聚碳酸酯组合物的制备方法如下：
将聚碳酸酯、ABS/ASA、阻燃剂、聚甲基丙烯酸甲酯、增韧剂、纳米蒙脱土、抗滴落剂和其它加工助剂混合，熔融，挤出造粒，即得所述聚碳酸酯组合物。其中双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1，螺筒温度为230℃～260℃，螺杆转速为500rpm。
焊接前的强度及焊接强度的评估方法如下：
强度(焊接前)：以常规拉伸样条(ISO 527-1-2019标准的样条形状)测试，用万能材料实验仪测试拉伸强度，测试速度50mm/min。
焊接强度：将专用的焊接样件通过振动焊接的方式焊接好后，用万能材料实验仪测试拉伸强度，测试速度50mm/min。
实施例1～10
本实施例提供一系列的聚碳酸酯组合物，其配方如表1，制备方法如前述。
表1实施例1～10的聚碳酸酯组合物的配方(份)
Figure BDA0002854222790000061
对比例1～4
本对比例提供一系列的聚碳酸酯组合物，其配方如表2，制备方法如前述。
表2对比例1～4的聚碳酸酯组合物的配方
组分 实施例1 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
聚碳酸酯PC1# 71 71 71 71 71
ABS1# 10 10 10 10 10
磷腈类阻燃剂 8 8 8 8 8
聚甲基丙烯酸甲酯1# 4 / 4 / 4
增韧剂 5 5 5 5 5
纳米蒙脱土 1 / / 1 /
蒙脱土 / / / / 1
抗滴落剂 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
其它加工助剂 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
。
表3为焊接前后强度结果。
表3各实施例和对比例的聚碳酸酯组合物的焊接强度结果
Figure BDA0002854222790000062
Figure BDA0002854222790000071
由表3可知，本发明各实施例的聚碳酸酯组合物焊接前后均具有较好的强度，振动焊接后拉伸强度高于30MPa。而如不添加聚甲基丙烯酸甲酯和/或纳米蒙脱土(对比例1～3)，碳酸酯组合物的振动焊接强度大幅度下降。如添加的蒙脱土粒径太大(对比例4)，碳酸酯组合物的振动焊接强度同样大幅下降。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种聚碳酸酯组合物，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
Figure FDA0002854222780000011
2.根据权利要求1所述聚碳酸酯组合物，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
Figure FDA0002854222780000012
3.根据权利要求1所述聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述聚碳酸酯为粘均分子量为16000～28000的芳香族聚碳酸酯；所述聚甲基丙烯酸甲酯在230℃，3.8kg的条件下，熔融指数为1～10g/10min。
4.根据权利要求1所述聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述ABS的橡胶粒径为0.1～1.0μm；所述ASA在220℃，10kg条件下的质量熔融指数为5～30g/10min。
5.根据权利要求1所述聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述阻燃剂为固体磷酸酯类阻燃剂或磷腈类阻燃剂中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述增韧剂为高胶粉、甲基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯三元共聚物、丙烯酸类增韧剂或乙烯-醋酸乙烯共聚物-功能化马来酸酐中的一种或几种；
所述纳米蒙脱土的粒径D50为30～50nm。
7.根据权利要求1所述聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述抗滴落剂为PTFE或SAN包覆的重量含量为50～70％的PTFE中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述其它加工助剂为润滑剂或抗氧剂中的一种或几种。
9.权利要求1～8任一所述聚碳酸酯组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚碳酸酯、ABS/ASA、阻燃剂、聚甲基丙烯酸甲酯、增韧剂、纳米蒙脱土、抗滴落剂和其它加工助剂混合，熔融，挤出造粒，即得所述聚碳酸酯组合物。
10.权利要求1～8任一所述聚碳酸酯组合物在能源领域中的应用。
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