CN113174120A - 轻质玻纤增强abs复合板材材料及板材制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轻质玻纤增强ABS复合板材材料及板材制备方法，属于高分子复合材料领域，轻质玻纤增强ABS复合板材材料，包括以下重量份的组分：短切玻纤10～60份，ABS塑料粉40～90份，可膨胀微球1～10份，助剂1～10份，其中，可膨胀微球为由聚合物形成的壳体中内包作为芯剂的挥发性膨胀剂，壳体由聚合性单体的单体混合物聚合而成，聚合性单体为丙烯腈、丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体和丙烯酸类单体中的至少一种；助剂中助剂A和助剂B的质量比为1：(1‑1.5)，所述助剂A用于提高原料在水中的分散性；所述助剂B用于增加粉状原料与玻纤的相互作用，降低抽滤过程中粉状原料的流失。通过本申请的处理方案，在基本不降低力学强度的情况下，有效较低材料密度。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种轻质玻纤增强ABS复合板材的板材材料及轻质玻纤增强ABS复合板材的板材制备方法。
背景技术
玻纤增强ABS，在保持ABS树脂原有力学性能的同时，可显著提高其拉伸强度、弹性模量、尺寸稳定性等，广泛应用于家电、汽车、仪器仪表等领域。当前，为缓解资源紧张，世界各国先后推出节能减排的政策措施，其中轻量化是重要实现途径之一。因此，轻质的玻纤增强ABS材料是汽车工业今后发展的重要方向。
在保证GF/ABS材料性能的前提下，引入泡孔结构，降低材料密度，是实现GF/ABS轻量化的重要技术。目前制备发泡GF/ABS材料的方法主要有两类，引入化学发泡剂(碳酸氢钠、AC等)和超临界发泡技术。
专利CN201911397151.4中，通过挤出造粒制备了碳纳米管改性的碳酸氢钠发泡母粒，并将发泡母粒与ABS树脂基体挤出共混，制备了具有良好机械性能和低散发特性的轻量化、高性能微发泡ABS复合材料。该技术路径虽存在可显著降低ABS注塑温度，具有良好力学强度等优势，但先制备发泡母粒，再与树脂基体共混得到复合材料的工艺路线，在一定程度上延长了制备周期，提高了生产加工成本。而Yoon等采用超临界CO2技术通过间歇发泡的方法制备具有微孔和纳米孔的ABS发泡材料。虽然材料内部可形成由600nm左右的微孔和100nm的纳米孔组成的网络结构，但该技术制备过程中使用的超临界设备成本较高，不利于该技术的大面积推广。
发明内容
因此，为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供了一种在基本不降低力学强度的情况下，有效较低材料密度的轻质玻纤增强ABS复合板材材料及轻质玻纤增强ABS复合板材的板材制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种轻质玻纤增强ABS复合板材材料，包括以下重量份的组分：短切玻纤10～60份，ABS塑料粉40～90份，可膨胀微球1～10份，助剂1～10份，其中，所述可膨胀微球为由聚合物形成的壳体中内包作为芯剂的挥发性膨胀剂，所述壳体由聚合性单体的单体混合物聚合而成，所述聚合性单体为丙烯腈、丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体和丙烯酸类单体中的至少一种；所述助剂为助剂A和助剂B的混合物，助剂A和助剂B的质量比为1：(1-1.5)，所述助剂A用于提高原料在水中的分散性；所述助剂B用于增加粉状原料与玻纤的相互作用，降低抽滤过程中粉状原料的流失。
在其中一个实施例中，所述短切玻纤直径在10～20μm，长度在1～50mm。
在其中一个实施例中，所述助剂A为聚氧乙烯脂肪醇醚、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、月桂醇硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠、硬脂酸钠的至少一种。
在其中一个实施例中，所述助剂B为非离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、聚乙烯亚胺、聚氧化乙烯、蒙脱石、次氯酸钠、氢氧化钠中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述ABS塑料粉的平均粒径在50～300μm。
本发明还提供了一种轻质玻纤增强ABS复合板材的板材制备方法，包括：将短切玻纤、ABS塑料粉、可膨胀微球和助剂按照上述的重量份数混合，加入到搅拌容器中，配成以水为分散介质的悬浮体系，转速500～3000r/min，充分搅拌10～40min，混合均匀；分散后的悬浮体系经抽滤，对抽滤后的混合物料进行脱水烘干，烘干温度80～150℃，时间60～120min；将干燥后的材料置于热压设备中，温度160～200℃，时间1～10min，冷却后切割制得初成型的GF/ABS板材；将所述初成型的GF/ABS板材置于烘箱进行发泡，温度200～260℃，时间0.5min～6min，得到轻质玻纤增强ABS复合板材。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用可膨胀微球作为发泡剂，得到的轻质GF/ABS复合发泡材料，泡孔均匀，微球外壳结构可提供一定力学强度支撑，使得得到的复合材料可在基本不降低力学强度的情况下，有效较低材料密度；而且可膨胀微球作为发泡剂，可在一定温度和时间下，得到很好的发泡效果，优于使用化学发泡剂存在的发泡突发性和不可控性，或者不存在使用超临界发泡技术，需采购超临界设备，间接提高了材料生产成本的问题；且本发明采用的生产工艺，工艺流程简单，生产周期短。
具体实施方式
下面对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所提供的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践方面。
本申请实施例提供一种轻质玻纤增强ABS复合板材材料，包括以下重量份的组分：短切玻纤10～60份，ABS塑料粉40～90份，可膨胀微球1～10份，助剂1～10份，其中，可膨胀微球为由聚合物形成的壳体中内包作为芯剂的挥发性膨胀剂，壳体由聚合性单体的单体混合物聚合而成，聚合性单体为丙烯腈、丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体和丙烯酸类单体中的至少一种；助剂为助剂A和助剂B的混合物，助剂A和助剂B的质量比为1：(1-1.5)，所述助剂A用于提高原料在水中的分散性；所述助剂B用于增加粉状原料与玻纤的相互作用，降低抽滤过程中粉状原料的流失。
短切玻纤又称玻璃纤维短切原丝，是通过石英砂经过高温熔化，采用特制的浸润剂(软化剂)拉制的原丝，经由湿法在线短切、或者产品玻璃纤维短切而成。在其中一个实施例中，短切玻纤直径在10～20μm，长度在1～50mm。
助剂A用于提高原料在水中的分散性。在其中一个实施例中，助剂A为聚氧乙烯脂肪醇醚、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、月桂醇硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠、硬脂酸钠的至少一种。
助剂B用于增加粉状原料与玻纤的相互作用，降低抽滤过程中粉状原料的流失。在其中一个实施例中，助剂B为非离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、聚乙烯亚胺、聚氧化乙烯、蒙脱石、次氯酸钠、氢氧化钠中的至少一种。
ABS塑料是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体的三元共聚物，三种单体相对含量可任意变化，ABS塑料兼有三种组元的共同性能，A使其耐化学腐蚀、耐热，并有一定的表面硬度，B使其具有高弹性和韧性，S使其具有热塑性塑料的加工成型特性并改善电性能。在其中一个实施例中，ABS塑料粉的平均粒径在50～300μm。
在一个实施例中，还提供了一种轻质玻纤增强ABS复合板材的板材制备方法，包括：
将短切玻纤、ABS塑料粉、可膨胀微球和助剂按照上述的重量份数混合，加入到搅拌容器中，配成以水为分散介质的悬浮体系，转速500～3000r/min，充分搅拌10～40min，混合均匀；
分散后的悬浮体系经抽滤，对抽滤后的混合物料进行脱水烘干，烘干温度80～150℃，时间60～120min；
将干燥后的材料置于热压设备中，温度160～200℃，时间1～10min，冷却后切割制得初成型的GF/ABS板材；
将初成型的GF/ABS板材置于烘箱进行发泡，温度200～260℃，时间0.5min～6min，得到轻质玻纤增强ABS复合板材。
上述轻质玻纤增强ABS复合板材材料及轻质玻纤增强ABS复合板材的板材制备方法，采用可膨胀微球作为发泡剂，得到的轻质GF/ABS复合发泡材料，泡孔均匀，微球外壳结构可提供一定力学强度支撑，使得得到的复合材料可在基本不降低力学强度的情况下，有效较低材料密度；而且可膨胀微球作为发泡剂，可在一定温度和时间下，得到很好的发泡效果，优于使用化学发泡剂存在的发泡突发性和不可控性，或者不存在使用超临界发泡技术，需采购超临界设备，间接提高了材料生产成本的问题；且本发明采用的生产工艺，工艺流程简单，生产周期短。
实施例1
轻质玻纤增强ABS复合板材材料包括以下质量分数的组分：6mm的短切玻纤30份，平均粒径80-120μm的ABS粉70份，可膨胀微球5份，十二烷基硫酸钠1份，阴离子聚丙烯酰胺1份。本实施例中的可膨胀微球的发泡温度210～230℃，起发温度180～190℃，粒径10～30μm。
轻质玻纤增强ABS复合板材的板材制备方法包括以下步骤：
1)将短切玻纤、ABS粉、微球和助剂按照上述重量份数混合，加入到搅拌容器中，配成以水为分散介质的悬浮体系，转速1500r/min，充分搅拌20min，混合均匀；
2)分散后的悬浮体系经抽滤，对抽滤后的混合物料进行脱水烘干，除去多余水分，烘干温度100℃，时间100min；
3)将干燥后的材料置于热压设备中，温度170℃，时间4min；冷却后切割制得初成型的GF/ABS板材；
4)将GF/ABS板材置于烘箱进行发泡，温度220℃，时间2min，得到微球发泡的轻质玻纤增强ABS复合板材。
对比例1
非微球发泡的轻质GF/ABS复合板材材料包括以下质量分数的组分：6mm的短切玻纤30份，平均粒径80-120μm的ABS粉70份，十二烷基硫酸钠1份，阴离子聚丙烯酰胺1份。本对比例1中的可膨胀微球的发泡温度210～230℃，起发温度180～190℃，粒径10～30μm。
板材制备方法包括以下步骤：
1)将短切玻纤、ABS粉和助剂按照上述重量份数混合，加入到搅拌容器中，配成以水为分散介质的悬浮体系，转速1500r/min，充分搅拌20min，混合均匀；
2)分散后的悬浮体系经抽滤，对抽滤后的混合物料进行脱水烘干，除去多余水分，烘干温度100℃，时间100min；
3)将干燥后的材料置于热压设备中，温度170℃，时间4min；冷却后切割制得初成型的GF/ABS板材；
4)将GF/ABS板材置于烘箱进行发泡，温度220℃，时间2min，得到微球发泡的轻质GF/ABS板材。
对比例2
轻质玻纤增强ABS复合板材材料包括以下质量分数的组分：6mm的短切玻纤30份，平均粒径80-120μm的ABS粉70份，可膨胀微球5份，十二烷基硫酸钠1份，阳离子聚丙烯酰胺1份。本对比例2中的可膨胀微球的发泡温度210～230℃，起发温度180～190℃，粒径10～30μm。
轻质玻纤增强ABS复合板材的板材制备方法包括以下步骤：
1)将短切玻纤、ABS粉、微球和助剂按照上述重量份数混合，加入到搅拌容器中，配成以水为分散介质的悬浮体系，转速1500r/min，充分搅拌20min，混合均匀；
2)分散后的悬浮体系经抽滤，对抽滤后的混合物料进行脱水烘干，除去多余水分，烘干温度100℃，时间100min。
3)将干燥后的材料置于热压设备中，温度170℃，时间4min；冷却后切割制得初成型的GF/ABS板材；
4)将GF/ABS板材置于烘箱进行发泡，温度240℃，时间2min，得到微球发泡的轻质GF/ABS板材；
对比例3
轻质玻纤增强ABS复合板材材料包括以下质量分数的组分：6mm的短切玻纤30份，平均粒径80-120μm的ABS粉70份，可膨胀微球5份，十二烷基硫酸钠1份，阳离子聚丙烯酰胺1份。本对比例3中的可膨胀微球的发泡温度210～230℃，起发温度180～190℃，粒径10～30μm。
轻质玻纤增强ABS复合板材的板材制备方法包括以下步骤：
1)将短切玻纤、ABS粉、微球和助剂按照上述重量份数混合，加入到搅拌容器中，配成以水为分散介质的悬浮体系，转速1500r/min，充分搅拌20min，混合均匀；
2)分散后的悬浮体系经抽滤，对抽滤后的混合物料进行脱水烘干，除去多余水分，烘干温度100℃，时间100min；
3)将干燥后的材料置于热压设备中，温度170℃，时间4min；冷却后切割制得初成型的GF/ABS板材；
4)将GF/ABS板材置于烘箱进行发泡，温度220℃，时间3min，得到微球发泡的轻质GF/ABS板材。
对比例4
轻质玻纤增强ABS复合板材材料包括以下质量分数的组分：3mm的短切玻纤30份，平均粒径80-120μm的ABS粉70份，可膨胀微球5份，十二烷基硫酸钠1份，阳离子聚丙烯酰胺1份。本对比例4中的可膨胀微球的发泡温度210～230℃，起发温度180～190℃，粒径10～30μm。
轻质玻纤增强ABS复合板材的板材制备方法包括以下步骤：
1)将短切玻纤、ABS粉、微球和助剂按照上述重量份数混合，加入到搅拌容器中，配成以水为分散介质的悬浮体系，转速1500r/min，充分搅拌20min，混合均匀；
2)分散后的悬浮体系经抽滤，对抽滤后的混合物料进行脱水烘干，除去多余水分，烘干温度100℃，时间100min；
3)将干燥后的材料置于热压设备中，温度170℃，时间4min；冷却后切割制得初成型的GF/ABS板材；
4)将GF/ABS板材置于烘箱进行发泡，温度220℃，时间2min，得到微球发泡的轻质GF/ABS板材。
为了更好的说明实施例和对比例中制备出的发泡GF/ABS板材轻量化和力学性能性能的改善，对以上实施例和对比例的GF/ABS板材测试面密度，并将板材裁剪成标准样条，测试力学性能，结果如下：
从实施例1和对比例1可知，GF/ABS板材中添加5％的微球，会使面密度降低3倍左右，而且虽然弯曲和拉伸性能略有降低，但冲击强度明显提升。从实施例1和对比例2、对比例3可知，发泡温度和发泡时间都会影响微球在复合板材中发泡效果，发泡温度过高或发泡时间过长都会降低微球发泡的GF/ABS板材的轻量化效果。从实施例1和对比例4可知，发泡GF/ABS板材中，玻纤长度的降低，轻量化效果虽未有影响，但力学性能却降低明显，该结果可能是因为发泡过程中微球外壳为板材提供了一定程度的力学支撑，且微球与玻纤、树脂组分的相互连接，使板材内部形成更整体的网络泡孔结构，减少了内部缺陷，避免发生应力集中现象；发泡温度过高或发泡时间过长，会使得板材内部微球发泡胀破，不利用泡孔结构的完整，在一定程度上会削弱板材的力学性能；玻纤长度的降低，使得发泡板材受到外力破环时，玻纤易从基体树脂中抽出，降低了力学性能。因此，微球发泡的GF/ABS制备过程中，应选择合适的玻纤长度及添加比例，发泡过程中发泡温度与时间应进行适当调控，以使微球在GF/ABS板材中发挥最佳轻量化效果。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种轻质玻纤增强ABS复合板材材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：
短切玻纤10～60份，ABS塑料粉40～90份，可膨胀微球1～10份，助剂1～10份，
其中，所述可膨胀微球为由聚合物形成的壳体中内包作为芯剂的挥发性膨胀剂，所述壳体由聚合性单体的单体混合物聚合而成，所述聚合性单体为丙烯腈、丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体和丙烯酸类单体中的至少一种；所述助剂为助剂A和助剂B的混合物，助剂A和助剂B的质量比为1：(1-1.5)，所述助剂A用于提高原料在水中的分散性；所述助剂B用于增加粉状原料与玻纤的相互作用，降低抽滤过程中粉状原料的流失。
2.根据权利要求1所述的板材材料，其特征在于，所述短切玻纤直径在10～20μm，长度在1～50mm。
3.根据权利要求1所述的板材材料，其特征在于，所述助剂A为聚氧乙烯脂肪醇醚、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、月桂醇硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠、硬脂酸钠的至少一种。
4.根据权利要求1所述的板材材料，其特征在于，所述助剂B为非离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、聚乙烯亚胺、聚氧化乙烯、蒙脱石、次氯酸钠、氢氧化钠中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的板材材料，其特征在于，所述ABS塑料粉的平均粒径在50～300μm。
6.一种轻质玻纤增强ABS复合板材的板材制备方法，其特征在于，包括：
将短切玻纤、ABS塑料粉、可膨胀微球和助剂按照权利要求1～5中任意一项所述的重量份数混合，加入到搅拌容器中，配成以水为分散介质的悬浮体系，转速500～3000r/min，充分搅拌10～40min，混合均匀；
分散后的悬浮体系经抽滤，对抽滤后的混合物料进行脱水烘干，烘干温度80～150℃，时间60～120min；
将干燥后的材料置于热压设备中，温度160～200℃，时间1～10min，冷却后切割制得初成型的GF/ABS板材；
将所述初成型的GF/ABS板材置于烘箱进行发泡，温度200～260℃，时间0.5min～6min，得到轻质玻纤增强ABS复合板材。
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