CN114044999A - 一种低浮纤玻纤增强abs组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低浮纤玻纤增强ABS组合物及其制备方法和应用。该低浮纤玻纤增强ABS组合物包括以下重量份数的组分：ABS树脂56.7‑83.3份，玻璃纤维5‑35份，硅灰石矿物纤维2‑15份，氨基改性硅油0.1‑0.6份，助剂0‑3份。本发明中通过加入少量硅灰石矿物纤维代替玻璃纤维，结合特定的氨基改性硅油作为相容剂，两者协同作用，制备得到的ABS组合物制品外观良好、机械性能高，可广泛应用于家电、汽车、电子电气等领域。

Description

一种低浮纤玻纤增强ABS组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于改性塑料加工技术领域，具体涉及一种低浮纤玻纤增强ABS组合物及其制备方法和应用。
背景技术
苯乙烯-丁二烯-丙烯腈(ABS)树脂兼具有丙烯腈的刚性和耐热性、聚苯乙烯的光泽性和加工性以及聚丁二烯的抗冲击性，被广泛应用于家用电器、办公设备、仪器仪表、交通运输、建筑材料、日用器具及包装材料等领域。
使用玻璃纤维增强ABS能进一步提高复合材料的力学性能及耐热性能，而这种提升很大程度上取决于ABS和玻璃纤维之间的黏结强度，如果树脂和玻纤的界面粘接较差，则不能充分发挥玻纤的增强作用，形成的复合材料强度、韧性、耐热性等较差。并且由于玻纤的加入，各组分存在各向异性，导致成型时候制品的外观出现浮纤外露等缺陷；目前解决浮纤外露主要通过降低玻纤的保留长度来解决，但这会使得玻纤更多是起到填充物而不是增强物的作用，复合物的整体力学性能也没有得到明显改善。
中国专利CN112724586 A中通过在ABS树脂基体中加入特定种类的PBAT，并与相容剂、润滑剂、偶联剂协同作用实现ABS树脂组合物的低浮纤；其采用了多种物质，成本高，且因为原材料不易购买导致市场化不高。
因此，开发出另一种成本低的低浮纤玻纤增强ABS组合物具有极大的研究意义和应用市场。
发明内容
为解决现有技术中玻纤增强ABS复合材料浮纤外露及力学性能不佳等问题，本发明提供了一种低浮纤玻纤增强ABS组合物。
本发明的另一目的在于提供上述低浮纤玻纤增强ABS组合物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述低浮纤玻纤增强ABS组合物在制备家用电器、办公设备、仪器仪表、交通运输、建筑材料、日用器具及包装材料中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种低浮纤玻纤增强ABS组合物，包括以下重量份数的组分：ABS树脂56.7-83.3份，玻璃纤维5-35份，硅灰石矿物纤维2-15份，氨基改性硅油0.1-0.6份，助剂0-3份。
本发明中，各组分通过以下方式实现低浮纤玻纤增强ABS组合物性能改善：
(1)硅灰石矿物纤维具有一定的增强作用，使用硅灰石矿物纤维替代一部分玻璃纤维，在保持力学性能的同时还可以一定程度上解决浮纤外露，而且还能降低成本。
(2)本发明中采用的氨基改性硅油，一方面，氨基改性硅油作为润滑剂，可改善组合物的加工过程，并有利于制品的脱模。另一方面，玻纤增强材料因为是由玻璃纤维和合成树脂所构成的复合体，两种材质差异较大，彼此混合后存在相容的问题，特定量的氨基改性硅油的加入，改变了玻璃纤维和树脂之间的界面状态，提高了其界面的粘结力，进而提升力学性能及改善浮纤外露；氨基改性硅油的用量过大时，氨基改性硅油在纤维表面形成单分子层，将导致加工时螺杆打滑，不利于加工，且成本高。
综上所述，本发明制备得到的ABS组合物具有较低的浮纤及较好的增强效果，制品外观良好、机械性能高，可应用于家电、汽车、电子电气等领域。
优选地，所述低浮纤玻纤增强ABS组合物包括以下重量份数的组分：ABS树脂64-68.7份，玻璃纤维15-25份，硅灰石矿物纤维7-12份，氨基改性硅油0.3-0.5份，助剂0.6-1.5份。
优选地，所述ABS树脂中丁二烯的含量为15-25wt.％，丙烯腈的含量为15-20wt.％。
优选地，所述玻璃纤维为长玻璃纤维或短切玻璃纤维的至少一种。
进一步优选地，所述长玻璃纤维为无碱玻璃纤维，平均直径为10-16μm。
进一步优选地，所述短切玻璃纤维的平均长度为0.2-10mm，平均直径为8-20μm。
优选地，所述硅灰石矿物纤维的长径比为12-25：1。
本发明中优选适宜的硅灰石矿物纤维长径比，使得纤维可以很好地传递应力，增强效果显著。另外，适当的纤维保留长度能够提高其与基体树脂间的摩擦力，也使复合材料的力学性能得以提高。当长径比过低时，保留长度较短，更多地起到填充的作用，而不是增强的作用；而长径比过高，纤维的单丝直径过小，会对纤维的分散造成影响，不利于力学性能的提高。
优选地，所述氨基改性硅油氨值为0.3-0.6mmol/L。
氨值按照HG/T 4260-2011测定。
氨基改性硅油的各种性质，都与氨值高低有关，氨值太低，活性低，改善树脂-玻纤两相的相界面的相容性不明显，力学性能无法有效提升；氨值太高，活性高，易泛黄、影响组合物的外观。
优选地，所述助剂为热稳定剂、光稳定剂或润滑剂中的至少一种。
进一步优选地，所述热稳定剂为受阻酚类、亚磷酸酯类或硫代酯类中的至少一种。
进一步优选地，所述光稳定剂为受阻胺类或紫外线吸收剂中的至少一种。
进一步优选地，所述润滑剂为硬脂酸酯类、金属皂类或酰胺类中的至少一种。
本发明中还提供一种上述低浮纤玻纤增强ABS组合物的制备方法，包括以下步骤：
将ABS树脂、氨基改性硅油和助剂混合均匀，将混合物置于主喂料口中，从侧喂料口加入玻璃纤维和硅灰石矿物纤维，进行熔融共混，挤出造粒，即得所述低浮纤玻纤增强ABS组合物。
优选地，所述熔融共混挤出的条件为：一区温度180-210℃，二区温度190-220℃，三区温度190-230℃，四区温度190-240℃，五区温度190-240℃，六区温度190-240℃，七区温度190-240℃，八区温度190-240℃，九区温度190-240℃，主机转速250-600转/分钟；双螺杆挤出机的长径比为38-40:1。
上述低浮纤玻纤增强ABS组合物在制备家用电器、办公设备、仪器仪表、交通运输、建筑材料、日用器具及包装材料中的应用也在本发明的保护范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过使用硅灰石矿物纤维替代部分玻璃纤维，可明显改善浮纤外露而又不影响组合物的机械性能；结合氨基改性硅油，制备得到的ABS组合物具有低浮纤和高增强效果，制品外观良好、机械性能高，可应用于家电、汽车、电子电气等领域。
(2)本发明提供的一种低浮纤玻纤增强ABS组合物的制备方法，生产工艺简单、适合大批量生产。
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：
ABS树脂：
1.型号：ABS 275(丁二烯的含量为20wt.％，丙烯腈的含量为17wt.％)厂家：上海高桥；
2.型号：ABS 8391(丁二烯的含量为21wt.％，丙烯腈的含量为19wt.％)厂家：上海高桥；
3.型号：ABS MG29(丁二烯的含量为26wt.％，丙烯腈的含量为23wt.％)厂家：天津大沽；
玻璃纤维：
1.长玻璃纤维型号：ER13-2000-988A(平均纤维直径为13μm)厂家：巨石集团；
2.短切玻璃纤维型号：ECS-13-4.5(玻璃纤维的平均长度为4.5mm，平均直径为13μm)厂家：深圳亚泰达；
硅灰石矿物纤维：
1.型号：SYW-XA450(长径比为20:1)厂家：思远矿业有限公司；
2.型号：SYW-XA360(长径比为15:1)厂家：思远矿业有限公司；
3.型号：SYW-XA180(长径比为8:1)厂家：思远矿业有限公司；
4.型号：SYW-XA1150(长径比为40:1)厂家：思远矿业有限公司；
氨基改性硅油：
1.型号：8033(氨值0.6mmol/L)厂家：广东科峰；
2.型号：WR1300LV(氨值0.3mmol/L)厂家：德国瓦克；
3.型号：KF-8005(氨值0.9mmol/L)厂家：日本信越
硅油：
型号：甲基硅油PMX-200厂家：道康宁
常规相容剂：苯乙烯-马来酸酐无规共聚物
型号：SMA 700厂家：上海华雯；
助剂：
热稳定剂型号：Irganox 1010(受阻酚类)市售；
光稳定剂型号：TINUV 770(受阻胺类)市售；
润滑剂型号：芥酸酰胺(酰胺类)市售。
应当理解的是，如无特殊说明，实施例和对比例中的热稳定剂、光稳定剂、润滑剂为同一种。
本发明各实施例及对比例的玻纤增强ABS组合物通过如下过程制备得到：
按照配比将ABS树脂、氨基改性硅油和助剂在高混机里混合3min，混合均匀，得到预混料；将预混料置于双螺杆挤出机的主喂料口中，从侧喂料口加入玻璃纤维和硅灰石矿物纤维，进行熔融共混，挤出造粒、干燥，即得ABS组合物；
其中，熔融共混的条件为：一区温度180-210℃，二区温度190-220℃，三区温度190-230℃，四区温度190-240℃，五区温度190-240℃，六区温度190-240℃，七区温度190-240℃，八区温度190-240℃，九区温度190-240℃，主机转速250-600转/分钟；双螺杆挤出机的长径比为40:1。
本发明各实施例及对比例的玻纤增强ABS组合物的性能测试方法和标准如下：
(1)拉伸强度：按照ASTM-D638-2014进行测试；
(2)弯曲性能：将样品注塑成力学样条，按照ASTM-D790-2017进行测试，弯曲速度2mm/min；
(3)浮纤情况：将复合物注塑成色板，选取各方板的相同部位(长15cm，宽为10cm的方块)，用二次元影像测量仪放大约100倍后，计算浮纤数量，将浮纤等级分为表1中的5个等级：
表1浮纤等级划分
Figure BDA0003338295280000051
Figure BDA0003338295280000061
浮纤等级为1～3级表明浮纤良好，可以达到使用需求。
实施例1～14
本实施例提供一系列的低浮纤玻纤增强ABS组合物，其配方如表2。
表2实施例1～14组分(份)
Figure BDA0003338295280000062
对比例1～5
本对比例提供一系列玻纤增强ABS组合物，其配方如表3。
表3对比例1～5的配方(份)
Figure BDA0003338295280000063
Figure BDA0003338295280000071
按照上述提及的方法对各实施例和对比例的玻纤增强ABS组合物的性能测试结果如表4。
表4各实施例和对比例的性能测试结果
Figure BDA0003338295280000072
从表3可以看出，本发明实施例1～14所制备低浮纤玻纤增强ABS组合物均具有良好的力学性能、且外观良好、浮纤等级低；材料的拉伸强度大于90MPa，弯曲模量大于6000Mpa，浮纤等级为1～3级。
从对比例1～5的性能测试数据可以看到，对比例1中未添加硅灰石矿物纤维代替部分玻璃纤维，力学性能较佳，但浮纤现象严重。对比例2中未加氨基改性硅油，力学性能急剧恶化，而且浮纤现象也很严重；对比例3中加入常规相容剂，力学性能和浮纤情况也不如氨基改性硅油好；对比例4添加过量的氨基改性硅油，虽然浮纤改善比较明显，但过量的氨基改性硅油将导致挤出时螺杆打滑，加工性能不佳，其成本高。对比例5中，添加非氨基改性的硅油，力学和浮纤情况也不如氨基改性硅油好。
综上所述，本发明通过使用硅灰石矿物纤维替代部分玻璃纤维，可明显改善浮纤外露而又不影响组合物的机械性能；结合氨基改性硅油，制备得到的ABS组合物具有低浮纤和高增强效果，制品外观良好、机械性能高，可应用于家电、汽车、电子电气等领域。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种低浮纤玻纤增强ABS组合物，其特征在于，包括以下重量份数的组分：ABS树脂56.7-83.3份，玻璃纤维5-35份，硅灰石矿物纤维2-15份，氨基改性硅油0.1-0.6份，助剂0-3份。
2.根据权利要求1所述低浮纤玻纤增强ABS组合物，其特征在于，包括以下重量份数的组分：ABS树脂64-68.7份，玻璃纤维15-25份，硅灰石矿物纤维7-12份，氨基改性硅油0.3-0.5份，助剂0.6-1.5份。
3.根据权利要求1所述低浮纤玻纤增强ABS组合物，其特征在于，所述ABS树脂中丁二烯的含量为15-25wt.％，丙烯腈的含量为15-20wt.％。
4.根据权利要求1所述低浮纤玻纤增强ABS组合物，其特征在于，所述玻璃纤维为长玻璃纤维或短切玻璃纤维中的至少一种。
5.根据权利要求1所述低浮纤玻纤增强ABS组合物，其特征在于，所述硅灰石矿物纤维的长径比为12-25：1。
6.根据权利要求1所述低浮纤玻纤增强ABS组合物，其特征在于，所述氨基改性硅油的氨值为0.3-0.6mmol/L。
7.根据权利要求1所述低浮纤玻纤增强ABS组合物，其特征在于，所述助剂为热稳定剂、光稳定剂或润滑剂中的至少一种。
8.根据权利要求7所述低浮纤玻纤增强ABS组合物，其特征在于，所述热稳定剂为酚类、亚磷酸酯类或硫代酯类中的至少一种；所述光稳定剂为受阻胺类或紫外线吸收剂中的至少一种；所述润滑剂为硬脂酸酯类、金属皂类或酰胺类中的至少一种。
9.根据权利要求1～8任一所述低浮纤玻纤增强ABS组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将ABS树脂、氨基改性硅油和助剂混合均匀，将混合物置于主喂料口中，从侧喂料口加入玻璃纤维和硅灰石矿物纤维，进行熔融共混，挤出造粒，即得所述低浮纤玻纤增强ABS组合物。
10.权利要求1～8任一所述低浮纤玻纤增强ABS组合物在制备家用电器、办公设备、仪器仪表、交通运输、建筑材料、日用器具或包装材料中的应用。
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