CN114163745B - 一种苯乙烯-丙烯腈树脂组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种苯乙烯‑丙烯腈树脂组合物及其应用。苯乙烯‑丙烯腈树脂组合物以重量份数计，苯乙烯‑丙烯腈树脂38～80份，填料15～50份，相容剂3～8份，偶联剂0.1～1份，分散剂0.3～1份，助剂0.2～2份，其中，填料为玻璃纤维和空心玻璃微珠，玻璃纤维与空心玻璃微珠的质量比为1：0.5～0.75。本发明提供了一种苯乙烯‑丙烯腈树脂组合物，在苯乙烯‑丙烯腈树脂组合物中添加特定质量比的玻璃纤维和空心玻璃微珠，在满足高拉伸强度和弯曲强度的前提下，制备出的组合物表面光滑，能够防止玻璃纤维浮纤，防止灰尘吸附聚集在组合物的表面，而且在实际应用中还不会产生过大的噪音。

Description

一种苯乙烯-丙烯腈树脂组合物及其应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，更具体地，涉及一种苯乙烯-丙烯腈树脂组合物及其应用。
背景技术
玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈树脂(AS树脂)是一种兼具高强度、高刚性、低成本等优点的改性塑料材料，被广泛应用于家电、工业设备风扇叶片的制备。玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈树脂材料在制备成风扇叶片后，由于该材料本身具有高刚性和高密度的性质，风扇叶片在高速运转的过程中往往会因为振动过大而产生噪音，影响使用体验。而且，该类材料的浮纤明显，表面粗糙，灰尘容易吸附聚集在风扇叶片的表面，难以清理。
现有技术CN102320117A公开了一种玻纤增强AS树脂的制备方法，其原料为在AS树脂中加入了13～35wt％的玻璃纤维，加入玻璃纤维的量越多，AS树脂的强度和抗热变形能力越强，因此其利用大量的玻璃纤维增强AS树脂的强度，相应的其他组分的含量较低。然而，其加入大量的玻璃纤维后，其拉伸强度仅能达到98.6～114.5MPa，其弯曲强度仅能达到120～154MPa，作为风扇叶片，其拉伸强度和弯曲强度等力学性能还有待于进一步提高。而且，由于其加入了较大比例的玻璃纤维，容易使得玻璃纤维分散不均，产品表面具有大量的成团玻璃纤维，其通过改进双螺杆挤出机中塑化段至剪切段的螺杆组合并加入0.01～2wt％的玻璃微珠，使得AS树脂外观均匀光滑，避免玻璃纤维分散不均，防止表面有大量成团玻纤的现象发生，然而，其通过改善双螺杆挤出机的结构来防止浮纤，操作繁琐。另外，在制备成风扇叶片后，振动幅度过大，容易产生巨大的噪音，影响听觉。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈树脂材料拉伸强度和弯曲强度有待于进一步提高，玻璃纤维加入量过多容易出现浮纤且噪音过大的缺陷和不足，提供一种苯乙烯-丙烯腈树脂组合物，本发明通过在苯乙烯-丙烯腈树脂组合物中添加合适比例的玻璃纤维和空心玻璃微珠，不但能够进一步提高树脂的拉伸强度和弯曲强度等力学性能，也能够防止玻璃纤维浮纤，还能够使得树脂材料在振动时产生的噪音降低到50分贝以下。
本发明的另一目的在于提供一种苯乙烯-丙烯腈树脂组合物在制备降噪设备中的应用。
本发明的又一目的在于提供一种降噪设备。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种苯乙烯-丙烯腈树脂组合物，以重量份数计，包括如下组分：
其中，填料为玻璃纤维和空心玻璃微珠，玻璃纤维与空心玻璃微珠的质量比为1：0.5～0.75。
相对于聚酰胺树脂，本发明的苯乙烯-丙烯腈树脂密度较低，流动性较好，而且在制备成风扇叶片之后，具有平整性高、翘曲率低的特点。
本发明通过加入合适平均直径范围的玻璃纤维，大幅提高了AS树脂的拉伸强度、弯曲强度等力学性能。
本发明通过加入玻璃纤维和空心玻璃微珠协同作用，通过玻璃纤维将声波传导到空心玻璃微珠内部，声波在空心玻璃微珠内部振动减弱，实现将噪音降低到50分贝以下；通过加入合适范围的空心玻璃微珠还改变了玻璃纤维在AS树脂中的分布，防止玻璃纤维成团造成表面浮纤。
另外本发明加入了合适范围的分散剂，有效提高玻璃纤维和空心玻璃微珠之间的润滑性，避免玻璃纤维因润滑不够而导致磨碎，使得玻璃纤维保持原有形态，保持较高的力学性能。
空心玻璃微珠的加入量过少，达不到优异的改善浮纤和降低噪音的效果。空心玻璃微珠的加入量过大，与玻璃纤维的物理接触与磨损增加，使拉伸强度和弯曲强度下降，空心玻璃微珠结构破裂导致降噪效果也相应降低。
优选地，玻璃纤维与空心玻璃微珠的质量比为1：0.66～0.75。
玻璃纤维与空心玻璃微珠的质量比可以为1：0.66、1：0.70或1：0.75。
优选地，所述空心玻璃微珠的平均粒径为10～50μm，抗等静压强度为21～165MPa，抗等静压强度的测试标准为JC/T 2285-2014。所述空心玻璃微珠是一种具有中空结构的无机球形刚性粒子，具有中空、化学惰性、易流动、高分散的特点。空心玻璃微珠的壁厚一般为1～2μm。空心玻璃微珠的平均粒径过小，空心结构不够，声音不能有效在空心玻璃微珠内部振动减弱，因此无法实现较好的降噪效果；空心玻璃微珠的平均粒径过大，空心玻璃微珠强度不足，空心结构易碎发生破裂，同样无法实现好的降噪效果。
空心玻璃微珠的平均粒径可以为10μm、20μm、25μm、30μm、45μm或50μm，空心玻璃微珠的抗等静压强度可以为165MPa、140MPa、124MPa、100MPa、41MPa、21MPa。
更进一步优选地，所述空心玻璃微珠的平均粒径为25～45μm，抗等静压强度为41～124MPa，抗等静压强度的测试标准为JC/T 2285-2014。
优选地，所述分散剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、马来酸酐接枝聚乙烯蜡、聚酯蜡中的一种或几种混合。聚乙烯蜡和聚酯蜡中含有烷氧基、酸酐、酯基等功能基团，极性强，有利于和玻璃纤维、空心玻璃微珠、以及苯乙烯-丙烯腈树脂树脂作用，能够增加表面润滑性以及降低机械作用，实现玻璃纤维和空心玻璃微珠在苯乙烯-丙烯腈树脂中均匀分散。
更进一步优选地，所述分散剂为马来酸酐接枝聚乙烯蜡。
优选地，所述玻璃纤维的平均直径为9～10μm，弹性模量为85～100GPa，弹性模量的测试标准为ASTM D2343。
玻璃纤维的平均直径过大，与树脂结合界面减少，因此会导致拉伸强度和弯曲强度的下降，而且空心玻璃微珠容易被较粗平均直径的玻璃纤维挤压破碎，从而降低降噪效果；玻璃纤维平均直径过小，不利于玻璃纤维的分散，反而会导致拉伸强度和弯曲强度降低。
玻璃纤维的弹性模量低于85GPa，玻璃纤维无法满足对组合物的力学性能要求。
更进一步优选地，所述玻璃纤维为无碱高弹性模量玻璃纤维。无碱玻璃纤维的弹性模量更高。
优选地，苯乙烯-丙烯腈树脂的熔体质量流动速率10～40g/10min(220℃，10kg)，熔体质量流动速率的测试标准为ASTM D1238(220℃，10kg)。苯乙烯-丙烯腈树脂的熔体质量流动速率过低不利于加工，也不利于玻璃纤维和空心玻璃微珠分散结合，会降低拉伸强度和降噪效果。苯乙烯-丙烯腈树脂的熔体质量流动速率过高会损失苯乙烯-丙烯腈树脂的拉伸和弯曲强度。
相容剂可以为苯乙烯-马来酸酐共聚物、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物或苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩甘油酯共聚物中的一种或几种。
偶联剂可以为硅烷偶联剂。硅烷偶联剂可以为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
助剂包括抗氧剂、耐候剂中的至少一种。
抗氧剂可以为抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或几种混合。
耐候剂可以为二苯甲酮类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、受阻胺类光稳定剂中的一种或几种混合。
本发明还保护上述任意一项所述苯乙烯-丙烯腈树脂组合物的制备方法，包括如下步骤：
将苯乙烯-丙烯腈树脂、相容剂、偶联剂、分散剂和助剂混匀得到混合物，向混合物中加入玻璃纤维和空心玻璃微珠后熔融挤出，即得所述苯乙烯-丙烯腈树脂组合物；
其中，熔融挤出温度为190～250℃。
具体地，将苯乙烯-丙烯腈树脂树脂、相容剂、偶联剂、分散剂及助剂混匀后从双螺杆挤出机主喂料口加入，将玻璃纤维经侧喂称由第一侧喂口定量加入，将空心玻璃微珠经侧喂称由第二侧喂口定量加入，双螺杆挤出机各段温度为190～250℃，螺杆转速为250～600转/分钟，上述原料在挤出机中熔融、挤出、造粒后获得所述苯乙烯-丙烯腈树脂组合物。
制备过程中，玻璃纤维的平均直径和空心玻璃微珠的平均粒径可视为未发生改变。
本发明还保护所述苯乙烯-丙烯腈树脂组合物在制备降噪设备中的应用。
本发明的苯乙烯-丙烯腈树脂组合物，具有高刚性和高强度，而且具有低浮纤性，表面光滑，不容易吸附灰尘，另外还具有工作时噪音小的特点，能够满足降噪设备的要求。
本发明还保护一种降噪设备，由上述任一项所述苯乙烯-丙烯腈树脂组合物制备而成。
优选地，降噪设备为风扇叶片。
本发明的苯乙烯-丙烯腈树脂组合物，具有高刚性和高强度，而且具有低浮纤性，表面光滑，不容易吸附灰尘，另外还具有工作时噪音小的特点，能够满足风扇叶片的要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种苯乙烯-丙烯腈树脂组合物，在苯乙烯-丙烯腈树脂组合物中添加特定比例的玻璃纤维和空心玻璃微珠，不但能够提高拉伸强度到95.2MPa以上，提高弯曲强度到132MPa以上，制备出的组合物表面光滑，能够防止玻璃纤维浮纤，防止灰尘吸附聚集在组合物的表面，而且在实际应用中还不会产生过大的噪音。
本发明制备的苯乙烯-丙烯腈树脂组合物，在制备风扇叶片后，拉伸强度和弯曲强度满足风扇要求，基本不发生玻璃纤维浮纤，而且产生的噪音为50分贝以下，能够满足风扇低噪音的需求。
附图说明
图1为实施例1中浮纤程度为--的外观情况。
图2为实施例2中浮纤程度为-的外观情况。
图3为对比例1中浮纤程度为+++的外观情况。
图4为对比例2中浮纤程度为++的外观情况。
图5为对比例3中浮纤程度为+的外观情况。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。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。
实施例1～25
一种苯乙烯-丙烯腈树脂组合物，以重量份数计，包括如下组分：
苯乙烯-丙烯腈树脂、填料、相容剂、偶联剂、分散剂和助剂，填料为玻璃纤维和空心玻璃微珠，其中各组分的具体含量如下表1所示。
其中，苯乙烯-丙烯腈树脂1为苯乙烯-丙烯腈树脂DN59，熔体质量流动速率为30g/10min(220℃，10kg)，苯领；
苯乙烯-丙烯腈树脂2为苯乙烯-丙烯腈树脂CN40，熔体质量流动速率为5g/10min(220℃，10kg)，苯领；
苯乙烯-丙烯腈树脂3为苯乙烯-丙烯腈树脂DN89，熔体质量流动速率为10g/10min(220℃，10kg)，苯领；
苯乙烯-丙烯腈树脂4为苯乙烯-丙烯腈树脂DN50，熔体质量流动速率为40g/10min(220℃，10kg)，苯领；
玻璃纤维1为无碱玻璃纤维E7CS10-03-568H，平均直径为10μm，弹性模量为100GPa，中国巨石股份有限公司；
玻璃纤维2为定制于中国巨石股份有限公司的无碱玻璃纤维，平均直径为9μm，弹性模量为85GPa；
玻璃纤维3为定制于中国巨石股份有限公司的无碱玻璃纤维，平均直径为6μm，弹性模量为70GPa；
玻璃纤维4为定制于中国巨石股份有限公司的无碱玻璃纤维，平均直径为16μm，弹性模量为90GPa；
空心玻璃微珠1为空心玻璃微珠-C60，平均粒径为40μm，抗等静压强度55MPa，中科华星新材料有限公司；
空心玻璃微珠2为空心玻璃微珠-C110，平均粒径为10μm，抗等静压强度165MPa，中科华星新材料有限公司；
空心玻璃微珠3为空心玻璃微珠-C90，平均粒径为20μm，抗等静压强度140MPa，中科华星新材料有限公司；
空心玻璃微珠4为空心玻璃微珠-C70，平均粒径为25μm，抗等静压强度124MPa，中科华星新材料有限公司；
空心玻璃微珠5为空心玻璃微珠-C65，平均粒径为30μm，抗等静压强度100MPa，中科华星新材料有限公司；
空心玻璃微珠6为空心玻璃微珠-C50，平均粒径为45μm，抗等静压强度41MPa，中科华星新材料有限公司；
空心玻璃微珠7为空心玻璃微珠-C40，平均粒径为50μm，抗等静压强度21MPa，中科华星新材料有限公司；
空心玻璃微珠8为空心玻璃微珠-C120，平均粒径为5μm，抗等静压强度190MPa，中科华星新材料有限公司；
空心玻璃微珠9为空心玻璃微珠-C20，平均粒径为70μm，抗等静压强度3.5MPa，中科华星新材料有限公司；
相容剂：苯乙烯-马来酸酐共聚物SZ 23110，Polyscope公司；
偶联剂：硅烷偶联剂KH550，杭州杰西卡化工有限公司；
分散剂1为马来酸酐接枝聚乙烯蜡630R，Ceronas公司；
分散剂2为聚乙烯蜡617A，霍尼韦尔；
分散剂3为氧化聚乙烯蜡1017，Ceronas；
分散剂4为聚酯蜡592，Ceronas；
分散剂5为硬脂酸镁，宏远化工；
助剂1为抗氧剂，抗氧剂1010，巴斯夫；
助剂2为耐候剂，耐候剂234，巴斯夫；
表1各实施例的苯乙烯-丙烯腈树脂组合物材料组成(以重量份数计)
序号 1 2 3 4 5 6 7
苯乙烯-丙烯腈树脂1 58.4 58.4 58.4 58.4 58.4 80 38
玻璃纤维1 21 22.6 20.6 23.3 20 10 28.57
空心玻璃微珠1 14 12.4 14.4 11.7 15 5 21.43
相容剂 4 4 4 4 4 3 8
偶联剂 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 0.1
分散剂1 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.3 0.1
助剂1 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.1 0.3
助剂2 1 1 1 1 1 0.1 1.7
续表1：
续表1：
各实施例苯乙烯-丙烯腈树脂组合物通过如下方法制备得到：
S1.按比例称取AS树脂、相容剂、偶联剂、分散剂及助剂，投入1000转/分钟的混合机中混合5min取出，将混合后的物料投入双螺杆挤出机主喂料斗中；
S2.将玻璃纤维投入位于第7节螺筒的第一侧喂料斗中，将空心玻璃微珠投入位于第9节螺筒的第二侧喂料斗中；
S3.设定工艺：挤出机1-12区温度设定为190、250、240、240、240、240、240、240、240、240、240、250℃，螺杆转速400转/分钟；
S4.主喂料斗和各侧喂料斗按比例下料，通过同向双螺杆挤出机进行熔融共混，水冷拉条切粒，得到苯乙烯-丙烯腈树脂组合物。
对比例1～5
本对比例1～5提供一种苯乙烯-丙烯腈树脂组合物，与实施例1不同的是各物质的组分，如表2所示。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
表2：对比例1～5提供的苯乙烯-丙烯腈树脂组合物的组分(重量份数)
对比例6
本对比例提供一种聚酰胺树脂组合物，与实施例1不同的是：树脂为尼龙-6(HY-2800A，相对粘度2.8，江苏海阳)，其余与实施例1相同，这里不再赘述。
结果检测
将上述实施例和对比例的苯乙烯-丙烯腈树脂组合物分别按照ISO 527-2：2012制备成拉伸样条，按照ISO 178：2019标准制备成弯曲样条。
各实施例及对比例的苯乙烯-丙烯腈树脂组合物的各项性能的测试方法如下：
拉伸强度测试：按照ISO 527-2：2012《塑料拉伸性能的测定》标准测试，拉伸速率10mm/min。拉伸强度越高，强度越好。
弯曲强度测试：按照ISO178：2019《塑料弯曲性能的测定》标准测试，弯曲速率2mm/min。弯曲强度越高，刚性越好。
将上述实施例和对比例的苯乙烯-丙烯腈树脂组合物通过注塑方法制备成风扇叶片，步骤如下：
将实施例和对比例的苯乙烯-丙烯腈树脂组合物烘干，通过注塑机注塑成风扇叶片。
上述苯乙烯-丙烯腈树脂组合物制成的风扇叶片均通过下述性能测试方法进行测试：
噪音测试：将本发明各实施例及对比例的苯乙烯-丙烯腈树脂组合物制备成450mm的轴流风扇叶片，在800转/分钟稳定运转后，使用分贝仪进行测试。分贝数越低，噪音越小，性能越好。
表面浮纤性能测试：将本发明各实施例及对比例的苯乙烯-丙烯腈树脂组合物制备成450mm的轴流风扇叶片，从风扇叶片上的同一位置裁取的标准样条进行测试，采用目视进行对比评估，表面均匀且光滑，表面浮纤性能好；玻璃纤维分布不均匀，表面有大量成团玻璃纤维，说明表面浮纤性能差；“-”号越多，表示浮纤性能越好；“+”号越多，表示浮纤性能越差。
翘曲量测试：注塑100mm×100mm×1.5mm样板，置于水平面上，按住一角，测试对角离水平面距离。
按上述提及的测试方法对各实施例和对比例的苯乙烯-丙烯腈树脂组合物的性能进行测定，测试结果如表3。
表3各实施例的苯乙烯-丙烯腈树脂组合物的性能测试结果
测试结果 1 2 3 4 5 6 7
拉伸强度(MPa) 125 130 122 128 124 137 95.2
弯曲强度(MPa) 185 190 180 189 183 195 132
噪音(分贝) 40 43 41 42 41 45 43
表面浮纤(程度) -- -- -- -- -- - --
续表3
测试结果 8 9 10 11 12 13 14 15 16
拉伸强度(MPa) 133 131 129 128 124 121 135 120 122
弯曲强度(MPa) 194 191 190 188 184 180 195 179 178
噪音(分贝) 45 44 42 42 41 43 49 47 44
表面浮纤(程度) -- -- -- -- -- -- -- - -
续表3
按上述提及的测试方法对对比例的苯乙烯-丙烯腈树脂组合物的性能进行测定，测试结果如表4。
表4各对比例的苯乙烯-丙烯腈树脂组合物的性能测试结果
对比例1与实施例1对比，不加入空心玻璃微珠，玻璃纤维在表面浮纤明显，而且产生的噪音较大。
对比例2与实施例1对比，加入空心玻璃微珠的比重仅为玻璃纤维含量的25％，改善浮纤和降噪效果较差。
对比例3与实施例1对比，不加入分散剂，玻璃纤维和空心玻璃微珠没有得到充分的润滑和分散，力学性能较低，改善浮纤和降噪效果减弱。
对比例4与实施例1对比，不加入玻璃纤维，虽然具有较低的噪音水平，但是强度和刚性较低，不适用于大尺寸风叶。
对比例5与实施例1对比，玻璃微珠加入量过多，力学性能会下降，降噪效果也会降低。
对比例6的翘曲量为1.5毫米，实施例1的翘曲量为0.2毫米，与实施例1相比，对比例6的树脂基体为尼龙-6(聚酰胺-6树脂)，这是由于尼龙后结晶导致了翘曲变形，说明本发明用AS树脂制备成风扇后能够具有更好的平整性。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种苯乙烯-丙烯腈树脂组合物，其特征在于，以重量份数计，包括如下组分：
其中，填料为玻璃纤维和空心玻璃微珠，玻璃纤维与空心玻璃微珠的质量比为1：0.5～0.75；
所述空心玻璃微珠的平均粒径为10～50μm，抗等静压强度为21～165MPa，抗等静压强度的测试标准为JC/T 2285-2014；
所述玻璃纤维的平均直径为9～10μm，所述玻璃纤维的弹性模量为85～100GPa，弹性模量的测试标准为ASTM D2343。
2.如权利要求1所述苯乙烯-丙烯腈树脂组合物，其特征在于，玻璃纤维与空心玻璃微珠的质量比为1：0.66～0.75。
3.如权利要求1所述苯乙烯-丙烯腈树脂组合物，其特征在于，所述空心玻璃微珠的平均粒径为25～45μm，抗等静压强度为41～124MPa，抗等静压强度的测试标准为JC/T 2285-2014。
4.如权利要求1所述苯乙烯-丙烯腈树脂组合物，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、马来酸酐接枝聚乙烯蜡或聚酯蜡中的一种或几种。
5.如权利要求1所述苯乙烯-丙烯腈树脂组合物，其特征在于，所述苯乙烯-丙烯腈树脂的熔体质量流动速率为10～40g/10min，熔体质量流动速率的测试标准为ASTM D1238(220℃，10kg)。
6.权利要求1～5任一项所述苯乙烯-丙烯腈树脂组合物在制备降噪设备中的应用。
7.一种降噪设备，其特征在于，由权利要求1～5任一项所述苯乙烯-丙烯腈树脂组合物制备而成。
8.如权利要求7所述降噪设备，其特征在于，所述降噪设备为风扇叶片。
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