CN114031924B - 一种pc/abs合金材料及其制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高分子材料改性技术领域，尤其是一种PC/ABS合金材料及其制备方法及应用，现提出如下方案，PC/ABS合金材料包括如下重量组分：聚碳酸酯60‑80份、丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物5‑20份、相容剂2‑8份、改性玻璃纤维10‑20份、抗氧剂0.2‑0.4份、稳定剂0.2‑0.4份、润滑剂0.4‑0.8份；制备方法包括按配比将聚碳酸酯、丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物、相容剂、抗氧剂和稳定剂混合均匀得到混合物料，将混合物料与改性玻璃纤维在250‑280℃环境下混合熔融、冷却，得到PC/ABS合金材料；PC/ABS合金材料在制备汽车配件、薄壁制品或设备电器的外壳中的应用。本发明采用化学接枝法对扁平玻纤进行改性，将改性后的扁平玻纤直接加入原料进行制样，操作简单高效，具有实用价值。

Description

一种PC/ABS合金材料及其制备方法及应用

技术领域

本发明涉及高分子材料改性领域，尤其是一种PC/ABS合金材料及其制备方法及应用。

背景技术

PC/ABS合金材料是一种聚碳酸酯改性材料，性质上同时表现出PC(聚碳酸酯)和ABS(苯乙烯–丙烯腈–马来酸酐三元共聚物)的优点，强度高且易于加工，在汽车、设备、家电等行业被广泛使用，通常采用加入增强纤维的方式对PC/ABS合金进行增强，在达到强度要求的同时减少材料使用量，以满足光滑外形和轻便的需求。

现有的PC/ABS合金材料在改性材料中增强填料常选用碳纤维或者玻璃纤维等，由于碳纤维或者玻璃纤维高的长径比和光滑的圆弧表面使其在注塑成型过程中随着熔体的流动产生了翻滚导致部分定向分布，制品表现出各向异性，冷却过程中发生收缩不均匀，使得制成的成品材料发生翘曲现象，特别是在薄壁零件中，这种现象尤为明显，为此，本发明提出了一种PC/ABS合金材料及其制备方法及应用。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提出了一种PC/ABS合金材料及其制备方法及应用。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种PC/ABS合金材料，包括如下重量组分：聚碳酸酯60-80份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物5-20份、相容剂2-8份、改性玻璃纤维10-20份、抗氧剂0.2-0.4份、稳定剂0.2-0.4份、润滑剂0.4-0.8份。

进一步地，所述改性玻璃纤维的制备方法包括如下步骤：

将有机膨润土和γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合并搅拌0.8-1.2h，升温至95-105℃并恒温反应1.8-2.2h，干燥后得到改性有机膨润土，有机膨润土：γ-氨丙基三乙氧基硅烷的重量比例为20:(1～1.5)；

将所述改性有机膨润土与聚丙二醇二缩水甘油醚按照10:(1～1.5)的重量比例混合，升温至45-55℃后，搅拌25-35min得到预混物；

将玻璃纤维加入预混物中，搅拌并升温至85-95℃，恒温反应2h，得到改性玻璃纤维，玻璃纤维：有机膨润土的重量比例为10:(0.5～1)。

上述PC/ABS合金材料的制备方法，包括如下步骤：

按配比将聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、相容剂、抗氧剂和稳定剂混合均匀得到混合物料，将混合物料与改性玻璃纤维在250-280℃混合熔融、冷却，得到PC/ABS合金材料。

上述PC/ABS合金材料在制备汽车配件或设备电器的外壳中的应用。

本发明的有益效果：

1、本发明中选用膨润土作为改性玻璃纤维的填料，利用膨润土的层片状结构来提升玻璃纤维在聚合物熔体中的分散能力，同时本发明的膨润土是通过利用阳离子置换钙基、钠基膨润土方式得到有机化膨润土，解决了常规膨润土吸水溶胀程度高，在聚合物中分散差的问题，具有更好的耐水性和分散性，其次，对玻璃纤维进行提前改性处理，使得改性玻纤在制备PC/ABS合金材料的过程中具有更好的相容性，层片状改性玻璃纤维在PC/ABS合金熔体中具有不同于纤维状填料的流动方式，随熔体流动方向运动，减小了材料各个方向的收缩差异，使得制备的PC/ABS合金材料翘曲程度低，力学性能好，强度高；

2、本发明中采用化学接枝法对扁平玻纤进行改性，将改性后的扁平玻纤直接加入原料进行制样，操作简单高效，具有实用价值。

附图说明

图1为本发明中实施例3与对比例1、2中所述材料制品的外观图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种PC/ABS合金材料，包括如下重量组分：聚碳酸酯60-80份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物5-20份、相容剂2-8份、改性玻璃纤维10-20份、抗氧剂0.2-0.4份、稳定剂0.2-0.4份、润滑剂0.4-0.8份；

所述聚碳酸酯在300℃，1.2Kg条件下的熔融指数为5-25g/10min；

所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物在220℃，10Kg条件下的熔融指数为15-25g/10min；

所述抗氧剂包括亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种，所述亚磷酸酯类抗氧剂包括无酚型亚磷酸酯抗氧剂、低酚型亚磷酸酯抗氧剂或含酚型亚磷酸酯抗氧剂；

所述相容剂包括苯乙烯–丙烯腈–马来酸酐三元共聚物；

所述稳定剂包括苯并三唑类光稳定剂，所述润滑剂包括季戊四醇硬脂酸酯；

所述改性玻璃纤维的制备方法包括如下步骤：

(1)改性有机膨润土的制备：将有机膨润土和γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合并搅拌0.8-1.2h，升温至95-105℃并恒温反应1.8-2.2h，干燥后得到改性有机膨润土，有机膨润土：γ-氨丙基三乙氧基硅烷的重量比例为20:(1～1.5)；

优选的，将有机膨润土和γ-氨丙基三乙氧基硅烷按照20:1的重量比例混合，高速混合1h后升温至100℃保温反应2h，干燥后得到改性有机膨润土；

(2)预混物的制备：将所述改性有机膨润土与聚丙二醇二缩水甘油醚按照10:(1～1.5)的重量比例混合，升温至45-55℃后，搅拌25-35min得到预混物；

优选的，将步骤(1)中的改性有机膨润土与聚丙二醇二缩水甘油醚按照10:1的重量比例混合，升温至50℃后高速混合30min的到预混物；

(3)改性玻璃纤维的制备：

将玻璃纤维加入预混物中，搅拌并升温至85-95℃，恒温反应2h，得到改性玻璃纤维，玻璃纤维：有机膨润土的重量比例为10:(0.5～1)；

优选的，将玻璃纤维和有机膨润土按照重量比例为10:1加入预混物中，高速混合的同时升温至90℃保温反应2h，即得改性玻璃纤维；

所述玻璃纤维包括短切扁平玻璃纤维，横截面长度20-30μm，扁平比3-4；

所述玻璃纤维包括短切扁平玻璃纤维，横截面长度20-30μm，扁平比3-4；

所述有机膨润土包括利用阳离子置换钙基、钠基膨润土方式得到的产物，例如，有机铵阳离子置换膨润土，粒度200-300目；

上述PC/ABS合金材料的制备方法，包括如下步骤：

按配比将聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、相容剂、抗氧剂和稳定剂混合均匀得到混合物料，将混合物料与改性玻璃纤维在250-280℃环境下混合熔融、冷却，得到PC/ABS合金材料；

所述混合熔融的方式包括将混合物料加入螺杆挤出机的主喂料口，将改性玻璃纤维置于螺杆挤出机的侧喂料口，挤出造粒得到PC/ABS材料，所述螺杆挤出机的料筒温度为250-280℃，熔体温度为250-270℃；

上述PC/ABS合金材料在制备汽车配件或设备电器的外壳中的应用，例如，利用PC/ABS合金材料或将PC/ABS合金材料与其它材料混合制备汽车使用的塑料树脂类配件，或制备家用电器等的外壳。

实施例A，制备改性玻璃纤维

将30g的由铵阳离子置换钙基膨润土的得到的有机膨润土(粒度250目)与1.5g的γ-氨丙基三乙氧基硅烷高速混合1h后，升温至100℃保温反应2h，干燥后得到改性有机膨润土；取20g的改性有机膨润土与2g的聚丙二醇二缩水甘油醚混合，升温至50℃后，高速混合30min的到预混物；取300g玻璃纤维(经γ-氨丙基三乙氧基硅烷浸润的短切扁平玻璃纤维，横截面长度20-30μm，扁平比3-4)加入预混物中，高速混合的同时升温至90℃保温反应2h，即得改性玻璃纤维。

以下实施例的制备过程中用到的改性玻璃纤维使用的是上述实施例A制备得到的改性玻璃纤维。

实施例1

本实施例中原材料按重量份组成为：聚碳酸酯69g、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物6g、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元共聚物3g、改性玻璃纤维20g、含酚型亚磷酸酯类抗氧剂0.2g、苯并三唑类光稳定剂0.2g、季戊四醇硬脂酸酯0.4g。

制备方法步骤：

(1)按配比将聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元共聚物、含酚型亚磷酸酯类抗氧剂、苯并三唑类光稳定剂在高混机机中混合均匀30min；

(2)将步骤(1)中混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将改性玻璃纤维置于挤出机的侧喂料口，挤出造粒即得PC/ABS材料；所述挤出机的料筒温度为260℃，熔体温度为260℃。

实施例2

本实施例中原材料按重量份组成为：

聚碳酸酯63g、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物10g、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元共聚物5g、改性玻璃纤维20g、含酚型亚磷酸酯类抗氧剂0.2g、苯并三唑类光稳定剂0.2g、季戊四醇硬脂酸酯0.4g。

制备方法步骤：

(1)按配比将聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元共聚物、含酚型亚磷酸酯类抗氧剂、苯并三唑类光稳定剂在高混机机中混合均匀30min。

(2)将步骤(1)中混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将改性玻璃纤维置于挤出机的侧喂料口，挤出造粒即得PC/ABS材料；所述挤出机的料筒温度为260℃，熔体温度为260℃。

实施例3

本实施例中原材料按重量份组成为：聚碳酸酯60g、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物12g、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元共聚物6g、改性玻璃纤维20g、含酚型亚磷酸酯类抗氧剂0.2g、苯并三唑类光稳定剂0.2g、季戊四醇硬脂酸酯0.4。

制备方法步骤：

(1)按配比将聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元共聚物、含酚型亚磷酸酯类抗氧剂、苯并三唑类光稳定剂在高混机机中混合均匀30min。

(2)将步骤(1)中混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将改性玻璃纤维置于挤出机的侧喂料口，挤出造粒即得PC/ABS材料；所述挤出机的料筒温度为260℃，熔体温度为260℃。

对比例1

本实施例中原材料按重量份组成为：

聚碳酸酯60g、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物12g、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元共聚物6g、扁平玻璃纤维20g、含酚型亚磷酸酯类抗氧剂0.2g、苯并三唑类光稳定剂0.2g、季戊四醇硬脂酸酯0.4g。

制备方法步骤：

(1)按配比将聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元共聚物、含酚型亚磷酸酯类抗氧剂、苯并三唑类光稳定剂在高混机机中混合均匀30min。

(2)将步骤(1)中混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将改性玻璃纤维置于挤出机的侧喂料口，挤出造粒即得PC/ABS材料；所述挤出机的料筒温度为260℃，熔体温度为260℃。

对比例2

本实施例中原材料按重量份组成为：

聚碳酸酯60g、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物12g、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元共聚物6g、圆玻璃纤维20g、含酚型亚磷酸酯类抗氧剂0.2g、苯并三唑类光稳定剂0.2g、季戊四醇硬脂酸酯0.4g。

制备方法步骤：

(1)按配比将聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐三元共聚物、含酚型亚磷酸酯类抗氧剂、苯并三唑类光稳定剂在高混机机中混合均匀30min。

(2)将步骤(1)中混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将改性玻璃纤维置于挤出机的侧喂料口，挤出造粒即得PC/ABS材料；所述挤出机的料筒温度为260℃，熔体温度为260℃。

对上述实施例及对比例所得材料进行性能测试，其测试结果见表1。

表1实施例1-3及对比例1-2所得PC/ABS材料的性能测试结果

从表1中可以看到，本发明的增强PC/ABS材料明显降低了制品翘曲程度，同时改性增强填料的加入并未明显影响材料的物理性能，材料依旧表现出高硬度、高强度的特点，具有很强的适用性；

采用收缩率板对各材料的收缩率进行对比，标准尺寸240mm*150mm的模具制作收缩率板，室温下保存24h后以长宽方向的收缩量与标准尺寸比值作为对比，通过实施例3与对比例1对比可以看出在保证了材料力学性能与外观未发生明显变化的情况下材料薄壁制品收缩率得到了改善，各项性能均保持在较高的水平，具有使用价值；

通过实施例3与对比例2对比可以看出，普通玻纤明显影响了材料的外观与平整性，因此扁平玻纤具有减小材料翘曲程度的能力，且通过本发明方法的得到的改性玻璃纤维制备得到的材料翘曲程度最低，结合图1可以看出，加入了改性玻璃纤维的材料制品具有更好的外观，表面浮纤现象得到改善，这说明表面有机化改性的扁平玻纤与聚合物体系具有更好的相容性，有利于玻璃纤维在材料中发挥作用。

本发明中选用膨润土作为改性玻璃纤维的填料，利用膨润土的层片状结构来提升玻璃纤维在聚合物熔体中的分散能力，同时本发明的膨润土是通过利用阳离子置换钙基、钠基膨润土方式得到有机化膨润土，解决了常规膨润土吸水溶胀程度高，在聚合物中分散差的问题，具有更好的耐水性和分散性，其次，对玻璃纤维进行提前改性处理，使得改性玻纤在制备PC/ABS合金材料的过程中具有更好的相容性，层片状改性玻璃纤维在PC/ABS合金熔体中具有不同于纤维状填料的流动方式，随熔体流动方向运动，减小了材料各个方向的收缩差异，使得制备的PC/ABS合金材料翘曲程度低，力学性能好；

选用聚丙二醇二缩水甘油醚链接玻纤与膨润土，聚丙二醇二缩水甘油醚可与硅烷偶联剂反应，使玻璃纤维与有机膨润土结合紧密，同时聚丙二醇二缩水甘油醚具有增塑剂的作用，柔性链段一定程度上增强了材料整体的塑形，使制品更不易发生翘曲形变；玻璃纤维和填料均经过表面有机化改性得到的改性玻璃纤维与聚合物体系具有更好的相容性，因此其制品具有更好的表面状态。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种PC/ABS合金材料，其特征在于，包括如下重量组分：聚碳酸酯60-80份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物5-20份、相容剂2-8份、改性玻璃纤维10-20份、抗氧剂0.2-0.4份、稳定剂0.2-0.4份、润滑剂0.4-0.8份；

所述改性玻璃纤维的制备方法包括如下步骤：

将有机膨润土和γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合并搅拌0.8-1.2h，升温至95-105℃并恒温反应1.8-2.2h，干燥后得到改性有机膨润土，有机膨润土：γ-氨丙基三乙氧基硅烷的重量比例为20:(1～1.5)；

将所述改性有机膨润土与聚丙二醇二缩水甘油醚按照10:(1～1.5)的重量比例混合，升温至45-55℃后，搅拌25-35min得到预混物；

将玻璃纤维加入预混物中，搅拌并升温至85-95℃，恒温反应2h，得到改性玻璃纤维，玻璃纤维：有机膨润土的重量比例为10:(0.5～1)；

所述玻璃纤维包括短切扁平玻璃纤维，横截面长度20-30μm，扁平比3-4；

所述有机膨润土包括利用阳离子置换钙基、钠基膨润土方式得到的产物，所述产物包括有机铵阳离子置换膨润土，粒度200-300目。

2.根据权利要求1所述的一种PC/ABS合金材料，其特征在于，所述聚碳酸酯在300℃，1.2Kg条件下的熔融指数为5-25g/10min。

3.根据权利要求1所述的一种PC/ABS合金材料，其特征在于，所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物在220℃，10Kg条件下的熔融指数为15-25g/10min。

4.根据权利要求1所述的一种PC/ABS合金材料，其特征在于，所述抗氧剂包括亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种，所述亚磷酸酯类抗氧剂包括无酚型亚磷酸酯抗氧剂、低酚型亚磷酸酯抗氧剂或含酚型亚磷酸酯抗氧剂；

所述相容剂包括苯乙烯–丙烯腈–马来酸酐三元共聚物。

5.根据权利要求1所述的一种PC/ABS合金材料，其特征在于，所述稳定剂包括苯并三唑类光稳定剂，所述润滑剂包括季戊四醇硬脂酸酯。

6.如权利要求1-5任一权利要求所述的PC/ABS合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

按配比将聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、相容剂、抗氧剂和稳定剂混合均匀得到混合物料，将混合物料与改性玻璃纤维在250-280℃环境下混合熔融、冷却，得到PC/ABS合金材料。

7.根据权利要求6所述的PC/ABS合金材料的制备方法，其特征在于，所述混合熔融的方式包括将混合物料加入螺杆挤出机的主喂料口，将改性玻璃纤维置于螺杆挤出机的侧喂料口，挤出造粒得到PC/ABS材料，所述螺杆挤出机的料筒温度为250-280℃，熔体温度为250-270℃。

8.如权利要求1-5任一权利要求所述的PC/ABS合金材料在制备汽车配件、薄壁制品或设备电器的外壳中的应用。

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