CN113278240A - 一种车用高耐热高韧性光扩散pmma合金材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法，包括主料和辅料；所述主料包括PMMA树脂50~70%、SAN树脂：7~15%、有机硅/丙烯酸复合橡胶：3~10%、PC树脂：5~15%、改性光扩散剂：0.5~2%、相容剂2~8%、耐热剂5~15%；所述辅料包括主料重量的0.2~0.6%的抗氧剂、主料重量的0~2%改善加工助剂，主料重量的0.4~1%的其他助剂。本发明采用双亲性聚合物作为表面处理剂对光扩散剂进行表面改性，使光扩散剂的的分散性和相容性更好，制备了具有更好的光扩散性、更好机械性能的光扩散PMMA合金材料，解决光扩散PMMA材料耐热性差和耐应力差的问题，且耐候性好、耐化学性能良好，可以应用于汽车氛围灯。

Description

一种车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，汽车已走入了千家万户，汽车已不再是早期简单的交通工具，而是能提供给人们一种舒适与惬意的体验。如今消费者购车除了关注外观、内饰、动力、品牌之外，也注重开车时的愉悦感。为提升驾驶时的愉悦感，各车企在汽车的合适位置上布置了氛围灯，他们可用于烘托车内的环境和氛围。氛围灯可根据车主的需要由车主设定颜色、亮度，当氛围灯亮起时，乘员舱满满的科技感就会呈现出来，近些年，氛围灯已成为中高端汽车的标配。

汽车氛围灯通常由氛围灯罩、导光板或导光条、灯具本体、安装机构等几个部分组成，其中的灯罩部分通常由具有光扩散功能的PC材料或PMMA材料通过注塑而成。PC类材料强度、弹性系数、冲击强度高、使用温度范围广，具有高度的透明性及自由染色性，成形收缩率低，尺寸稳定性、耐疲劳性、电学特性好。但PC材料耐酸碱性、耐油性、耐候性、加工性能，耐应力开裂能力均比较差。这些问题对PC类材料在汽车氛围灯上的应用产生不良影响，使得PC材料制作的氛围灯灯罩对自身的零件结构、周边零件的材质、装配方式、安装位置有一定的要求，否则零件会在生产、装配、使用过程中产生破裂、变色等外观问题。PMMA材料俗称“有机玻璃“、“亚克力”，是一种集力学性能，透光性能，耐老化型性能以及耐候性能于一体的优质原料。该材料具备良好的耐化学性及耐腐蚀特征，对周边零件的材质要求较低，因此该材料目前也在氛围灯上应用，但PMMA材料材质较脆、冲击性能、耐热性较差，应用于氛围灯有时也会在生产、装配、使用过程中产生破裂及零件变形问题。

例如公开专利号为CN 111704791A的发明专利，公开了一种导光光扩散PC材料及其制备方法，该专利通过在PC材料中引入光扩散剂、钛白粉、氧化剂，使制备的PC材料具有了一定的耐候性，但未解决PC材料耐应力问题，用该类型材料制作的氛围灯罩易在装配、使用过程中出现裂纹。

例如公开专利号为CN 110358238A的发明专利，公开了一种高韧性高透光扩散PMMA及其制备方法，该专利通过在PMMA材料中引入增韧剂、光扩散剂，使制备的PMMA材料即能遮住刺眼光源，又能使PMMA材料发出更加柔和，美观，高雅的光，达到透光不透明的舒适效果。但该材料耐热性较差，主要在户外广告牌、树脂窗玻璃、显示装置用光扩散板以及冷光源光扩散板等领域应用，不能满足汽车氛围灯上应用要求。

名词解释：PMMA：聚甲基丙烯酸甲酯；SAN：苯乙烯丙烯腈共聚物；PC：聚碳酸酯树脂。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题而提供一种车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法。本发明采用双亲性聚合物作为表面处理剂对光扩散剂进行表面改性，使光扩散剂的的分散性和相容性更好，制备了具有更好的光扩散性、更好机械性能的光扩散PMMA合金材料，解决光扩散PMMA材料耐热性差和耐应力差的问题，且耐候性好、耐化学性能良好，可以应用于汽车氛围灯。

为解决上述问题，本发明采用以下术方案。

一种车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料，包括主料和辅料；所述主料包括PMMA树脂50~70%、SAN树脂：7~15%、有机硅/丙烯酸复合橡胶：3~10%、PC树脂：5~15%、光扩散剂：0.5~2%、相容剂2~8%、耐热剂5~15%；所述辅料包括主料重量的0.2~0.6%的抗氧剂、主料重量的0~2%改善加工助剂，主料重量的0.4~1%的其他助剂。

进一步的改进，所述改性光扩散剂的制作方法如下所示：将光扩散剂在干燥箱里80℃干燥2小时后，加入到搅拌机，向搅拌机逐渐加入表面处理剂，然后搅拌5~10分钟得到混合料，即得到改性光扩散剂；表面处理剂的加入量为光扩散剂的质量的1~7%。

进一步的改进，所述光扩散剂为有机硅纳米微球、纳米玻璃微珠、纳米硫酸钡微球中的一种或几种，正圆型结构。

进一步的改进，所述表面处理剂为聚（丙二醇）-硅烷 -聚（乙二醇）、聚[聚（甲基丙烯酸乙二醇酯）-b-聚（甲基丙烯酸甲酯）-b-聚[聚（乙二醇甲基丙烯酸酯]]、马来酸酐-苯乙烯-COONa/N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）两亲性聚合物中的一种或任意混合。

进一步的改进，所述有机硅/丙烯酸复合橡胶，其为核壳结构，核层为有机硅和丙烯酸，壳层为PMMA。

进一步的改进，所述耐热剂为马来酰亚胺类、α-烷基苯乙烯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物中的一种或几种。

进一步的改进，所述相容剂为甲基丙烯酸酯-丙烯酸酯共聚物、ACR、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物和苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或几种。

进一步的改进，所述其他助剂包括紫外线吸收剂、光稳定剂、润滑剂、抗氧剂中的一种或多种。

进一步的改进，所述紫外线吸收剂为苯并三唑类吸收剂，光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，润滑剂为硬脂酸甘油酯，所述抗氧剂是丙酸酯类、有机亚磷酸酯类、烷基化的单酚或多酚类、多酚与二烯的烷基化的反应产物类、对甲酚或二环戊二烯的丁基化的反应产物、烷基化的对苯二酚、羟基化的硫代二苯醚、烷叉基双酚、苄基化合物、β- (3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸与一元或多元醇的酯、β-(5-叔丁基-4-羟基-3-甲基苯基)-丙酸与一元或多元醇的酯、硫代烷基或硫代芳基化合物的酯、β-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸的酰胺中的一种或几种。

一种车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将主料和辅料投入到低速搅拌锅中，搅拌2~5分钟，得到均匀混合料；所述主料包括PMMA树脂：50~70%、SAN树脂：7~15%、有机硅/丙烯酸复合橡胶：5~10%、PC树脂：5~15%、改性光扩散剂：0.5~2%、相容剂2~8%、耐热剂5~15%；所述辅料包括主料重量的0.2~0.6%的抗氧剂、主料重量的0~2%改善加工助剂，主料重量的0.4~1%的其他助剂。

步骤二、将均匀混合料投入双螺杆挤出机中，挤出温度240～260℃，主机转速400～600rpm，经加热、熔融、混炼、拉条、冷却、切粒得到，制得车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料。

本发明具有如下有益效果：

1.PC组分的存在使得PMMA合金材料在原有基础上力学强度、耐热性得到一定提升。

2.体系中PC含量较少，因此当体系中加入有机硅光扩散剂后，材料能保持一定的透光度，雾度及要求的半值角，使透过合金材料的光线呈现出一种柔和、自然的效果，另外由于PC和PMMA对光的折射率不同，该组分的加入也可使合金材料的发黄程度得到降低，使材料及其制件的外观更接近自然的半透白色，有利于汽车氛围灯颜色的显现。

3.合金体系中加入的耐热剂和相容剂使体系的耐热性、韧性进一步得到提升，使材料在韧性提高的基础上达到了更高级别的耐热温度。

4.光扩散剂在体系的分散状态，是影响对光扩散的作用的关键因素，本文采用双亲性物质对光扩散剂进行表面处理，使光扩散剂在体系里具有更好的分散性和相容性，制备的光扩散PMMA，具有更好的机械性能和光扩散性能。如有机硅光扩散剂，是一种有机类的光扩散剂，分子结构是以硅氧键连接，三维立体结构的聚合物微球，宏观下呈白色粉末状。当该扩散剂加入到不同材质的树脂中，会以一种细微的透明玻璃球体均匀的分散在基体中，通过与不同基材的折射率的差异，光源穿透式的进行折射，改变光的行进路线，分散的越好，光的路线越长，光线呈现的越均匀，透光。使材料呈现出一种匀光而又透光的状态，使材料满足氛围灯雾度值和透光率的需求。

5. 本文选用的有机硅/丙烯酸复合橡胶作为冲击改性剂，它为核壳橡胶结构，核层为有机硅和丙烯酸，具有优异的强化剂作用，壳层为PMMA，与基体树脂有非常好的相容性，通过控制粒径的和结构构造，可以发挥高强韧性的作用，对体系透明性影响小，耐热性好，更好发挥体系光扩散的作用。

6.本发明材料使用熔融共混的技术手段，制备方法工艺过程简单、成本低，制得的PMMA合金树脂力学性能及热性能、耐应力性能较好，特别适合在车内温度相对较高且有光扩散需求的零件上使用。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

按照下述表1和表2中所述配方用量称取各原料，将称取所得的各原料投入混合机中共混至均匀，得到预混物；然后将该预混物投入双螺杆挤出机熔融混合并挤出造粒，得到本申请所述的PMMA合金材料；其中双螺杆挤出机的螺杆长径比例为40:1，螺筒温度为240~260 ℃，螺杆转速为400-600rpm。

表1 具体实施例1~3组分用量（单位：kg）

表2 具体对比例1~3组分用量（单位：kg）

表3 实施例1-3性能测试结果

表4 对比例1-3性能测试结果

从表3和表4中可以明显看出，本发明实施例所制得的PMMA合金，耐热及高低温包覆开裂抵抗能力均较好。可解决氛围灯罩材料在汽车中遇到的高温及PVC包覆开裂。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法，其特征在于，包括主料和辅料；所述主料包括包括PMMA树脂50~70%、SAN树脂：7~15%、有机硅/丙烯酸复合橡胶：3~10%、PC树脂：5~15%、改性光扩散剂：0.5~2%、相容剂2~8%、耐热剂5~15%；所述辅料包括主料重量的0.2~0.6%的抗氧剂、主料重量的0~2%改善加工助剂，主料重量的0.4~1%的其他助剂。

2.如权利要求1所述的车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法，其特征在于，所述改性光扩散剂的制作方法如下所示：将光扩散剂在干燥箱里80℃干燥2小时后，加入到搅拌机，向搅拌机逐渐加入表面处理剂，然后搅拌5~10分钟得到混合料，即得到改性光扩散剂；表面处理剂的加入量为光扩散剂的质量的1~7%。

3.如权利要求2所述的车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法，其特征在于，所述光扩散剂为有机硅纳米微球、纳米玻璃微珠、纳米硫酸钡微球中的一种或几种，正圆型结构。

4.如权利要求2所述的车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法，其特征在于，所述表面处理剂为聚（丙二醇）-硅烷 -聚（乙二醇）、聚[聚（甲基丙烯酸乙二醇酯）-b-聚（甲基丙烯酸甲酯）-b-聚[聚（乙二醇甲基丙烯酸酯]]、马来酸酐-苯乙烯-COONa/N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）两亲性聚合物中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法，其特征在于，所述的PMMA树脂为高耐热亚克力，其洛氏硬度95-105，在1.8MPa负载下其热变形温度为95-105℃，透光率90-95%，雾度为0.3-0.8%，密度1.17-1.2g/cm³。

6.如权利要求1所述的车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法，其特征在于，所述SAN树脂为密度1.06～1.1g/cm³，在1.8MPa负载下热变形温度85～95℃，流动速率2～4g/10min。

7.如权利要求1所述的车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法，其特征在于，所述有机硅/丙烯酸复合橡胶，其为核壳结构，核层为有机硅和丙烯酸，壳层为PMMA。

8.如权利要求1所述的车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法，其特征在于，所述PC树脂 粘均分子量[Mv]通常为10000~40000。

9.如权利要求1所述的车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法，其特征在于，所述耐热剂为马来酰亚胺类、α-烷基苯乙烯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物中的一种或几种。

10.如权利要求1所述的车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法，其特征在于，所述相容剂为甲基丙烯酸酯-丙烯酸酯共聚物、ACR、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物和苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或几种。

11.如权利要求1所述的车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法，其特征在于，所述其他助剂包括紫外线吸收剂、光稳定剂、润滑剂、抗氧剂中的一种或多种。

12.如权利要求11所述的车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法，其特征在于，所述紫外线吸收剂为苯并三唑类吸收剂，光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，润滑剂为硬脂酸甘油酯，所述抗氧剂是丙酸酯类、有机亚磷酸酯类、烷基化的单酚或多酚类、多酚与二烯的烷基化的反应产物类、对甲酚或二环戊二烯的丁基化的反应产物、烷基化的对苯二酚、羟基化的硫代二苯醚、烷叉基双酚、苄基化合物、β- (3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸与一元或多元醇的酯、β-(5-叔丁基-4-羟 基-3-甲基苯基)-丙酸与一元或多元醇的酯、硫代烷基或硫代芳基化合物的酯、β-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸的酰胺中的一种或几种。

13.一种车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料及制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将主料和辅料投入到低速搅拌锅中，搅拌2~5分钟，得到均匀混合料；所述主料包括PMMA树脂：50~70%、SAN树脂：7~15%、有机硅/丙烯酸复合橡胶：3~10%、PC树脂：5~15%、改性光扩散剂：0.5~2%、相容剂2~8%、耐热剂5~15%；所述辅料包括主料重量的0.2~0.6%的抗氧剂、主料重量的0~2%改善加工助剂，主料重量的0.4~1%的其他助剂；

步骤二、将均匀混合料投入双螺杆挤出机中，挤出温度240～260℃，主机转速400～600rpm，经加热、熔融、混炼、拉条、冷却、切粒得到，制得车用高耐热高韧性光扩散PMMA合金材料。