CN114231002A - 一种pc复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PC复合材料及其制备方法与应用，涉及弦乐乐器材料设计领域。本发明提供了一种PC复合材料，包括以下重量份的组分：双酚‑A型聚碳酸酯70‑85份、碳纤维18‑25份、界面改性剂1‑7份；其中，所述界面改性剂的玻璃化温度≥80℃。本发明提供了一种PC复合材料，不仅能够改善吉他等乐器的音质和音色，还相应地为乐器行业提供了优选材料的基本设计方案。
Description
技术领域
本发明涉及弦乐乐器材料设计领域，尤其是一种PC复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
目前，市售弦乐乐器如吉他等，通常先使用特定木材经过手工加工制备各种结构和功能部件，包括，背板、面板、侧板、琴颈、琴枕等，然后再用胶水将其粘接组合而成。这类吉他加工制造方法工序多、材质品种复杂、生产效率低、价格高、且品质一致性差。从长期使用性能来看，木制结构受环境的湿度影响较大，容易在潮湿和干燥的环境下产生影响音质的变形，由于塑料材料加工效率高、成本低，且具有很好的改善音色的优势，以塑代木的方案成为乐器行业的一大发展方向。
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种PC复合材料及其制备方法与应用。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种PC复合材料，包括以下重量份的组分：双酚-A型聚碳酸酯70-85份、碳纤维18-25份、界面改性剂1-7份；其中，所述界面改性剂的玻璃化温度≥80℃。
本发明提供了一种PC复合材料，本申请发明人在实际实验过程中发现，双酚-A型聚碳酸酯、碳纤维、界面改性剂协同，可以改善乐器的发声特性，譬如具有低音更清晰，不发闷，有利于维持余音、在较宽的频率范围内响应性好等优点。本发明提供了一种PC复合材料，不仅能够改善吉他等乐器的音质和音色，还相应地为乐器行业提供了优选材料的基本设计方案。
发明人在实际实验过程中发现，界面改性剂的玻璃化温度≥80℃时(玻璃化温度采用差示扫描量热仪测定)，制备的复合材料具有更加优异的声音效果。界面改性剂为能改善相界面的界面张力或者粘结力的物质。本发明PC复合材料内部存在多个界面区域，界面区域对振动、声速和耗散有显著的影响，界面改性剂可在PC复合材料中发挥作用。对于复合材料而言，在较低频率的振动(低音)区域，玻璃化温度在室温以下时，复合材料具有明显的内耗吸收，因此，在进行界面改性剂的玻璃化温度的选择时，具有比较高的玻璃化温度，会具有更优异的声音效果。
优选地，所述界面改性剂的玻璃化温度为90-200℃。
优选地，所述碳纤维的平均直径为5-6μm、界面改性剂为4-7份。优选地，所述碳纤维的平均直径为7-8μm、界面改性剂为1-3份。
优选地，所述界面改性剂为马来酸酐接枝苯乙烯-丙烯腈、苯乙烯-马来酸酐-N-苯基马来酰亚胺中的至少一种。
本发明实际实验过程发现，本发明选取碳纤维来调整PC复合材料的声音效果，通过选取碳纤维来获得高强度，本发明必须同时通过优化界面性能来协同获取更优异的效果。在碳纤维均保持良好分散的情况下，碳纤维的平均直径较小时会导致更大的界面区域，需要更多的界面改性剂使体系获得稳定。
优选地，所述双酚-A型聚碳酸酯的重均分子量为30000-80000g/mol，重均分子量的测量方法为GPC，标样为单分散聚苯乙烯。本发明选择重均分子量为30000-80000g/mol是为了提高PC复合材料的加工性能。
优选地，所述的PC复合材料，还包括以下重量份的组分：抗氧剂0.3-0.6份和润滑剂0.2-0.6份；进一步优选地，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、硫醚类抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂为硅酮类润滑剂、酯类润滑剂、酰胺类润滑剂、聚乙烯类润滑剂中的至少一种。
此外，本发明提供了所述的PC复合材料的制备方法，包括如下步骤：按配比将除碳纤维外的各组分混合均匀，得到预混物；将预混物通过主喂料口进入双螺杆挤出机，碳纤维从侧喂料口加入，熔融共混，挤出造粒，得到所述PC复合材料。
优选地，所述双螺杆挤出机从喂料段到机头的温度依次为：T1区120-140℃、T2区210-230℃、T3区210-230℃、T4区220-240℃、T5区220-240℃、T6区220-240℃、T7区210-230℃、T8区210-230℃、T9区220-250℃、T10区220-250℃、T11区220-250℃、T12区220-250℃，机头区220-250℃，螺杆长径比为(46-50)：1。
进一步地，本发明还提供了所述的PC复合材料在乐器中的应用。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本申请提供了一种PC复合材料，其中双酚-A型聚碳酸酯、碳纤维、界面改性剂协同，可以改善乐器的发声特性，譬如具有低音更清晰，不发闷，有利于维持余音、在较宽的频率范围内响应性好等优点。本发明提供了一种PC复合材料，不仅能够改善吉他等乐器的音质和音色，还相应地为乐器行业提供了优选材料的基本设计方案。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。本发明中平行实验的实施例及对比例中使用的润滑剂均相同；本发明所用抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1076的混合物，抗氧剂168和抗氧剂1076的重量比为：抗氧剂168：抗氧剂1076＝1:2或1:1；现对实施例及对比例所用原料做如下说明，但不限于这些材料：
双酚-A型聚碳酸酯1：型号LEXAN 121，厂家GE，由双酚A和光气界面聚合合成，重均分子量49800；
双酚-A型聚碳酸酯2：型号LEXAN EXL1112T，厂家GE，由双酚-A、光气和聚硅氧烷共聚合成，重均分子量36000；
碳纤维1：型号IM P303，厂家东邦帝人，平均直径为5μm；
碳纤维2：型号493，厂家东邦帝人，平均直径为7μm；
玻璃纤维：型号510，厂家巨石；
界面改性剂1：马来酸酐接枝苯乙烯-丙烯腈——SAM-010，厂家佳易容，玻璃化温度为100℃；
界面改性剂2：苯乙烯-马来酸酐-N-苯基马来酰亚胺——MS-NA；玻璃化温度为193℃；
界面改性剂3：乙烯-丙烯酸酯-丙烯酸缩水甘油酯——PTW，厂家杜邦，玻璃化温度为-50℃；
界面改性剂4：乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐——POE-g-MAH，厂家佳易容，玻璃化温度为零下-55℃；
界面改性剂5:PiPA(聚丙烯酸异丙基酯)-G-MAH,厂家佳易容，玻璃化温度为5℃；
其它助剂：抗氧剂1，亚磷酸酯抗氧剂，型号：抗氧剂IRGANOX 168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)，市售；抗氧剂2：受阻酚类抗氧剂，型号：抗氧剂IRGANOX 1076(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯)，市售；
润滑剂：酯类润滑剂，市售；
本发明对比例7-8为本领域常见的改善低音的方式，其中，对所用原料做如下说明：
ABS树脂1：型号ABS8434，厂家华锦化工；
ABS树脂2：型号PA757，厂家奇美；
AS：苯乙烯-丙烯腈共聚物——EMI 100，厂家佳易容；
实施例和对比例
本发明实施例和对比例的PC复合材料的组分及重量份选择如表1、表2所示，其中，实施例及对比例的PC复合材料的制备方法，包括如下步骤：按配比将除碳纤维外的各组分混合均匀，得到预混物；将预混物通过主喂料口进入双螺杆挤出机，碳纤维从侧喂料口加入，熔融共混，挤出造粒，得到所述PC复合材料；
其中，所述双螺杆挤出机从喂料段到机头的温度依次为：T1区120-140℃、T2区210-230℃、T3区210-230℃、T4区220-240℃、T5区220-240℃、T6区220-240℃、T7区210-230℃、T8区210-230℃、T9区220-250℃、T10区220-250℃、T11区220-250℃、T12区220-250℃，机头区220-250℃，螺杆长径比为48：1。
表1
表2
表3
测试方法：(1)储能模量：根据《高分子聚合物热分析之动态热机械分析法》测试；(2)耗能模量：根据《高分子聚合物热分析之动态热机械分析法》测试；(3)tanδ为耗能模量与储能模量的比值；
测试结果如表4、表5所示；
表4
表5
由上表可知，本发明实施例制备得到的PC复合材料，tanδ≤0.006，具有很好的低音效果，具有低音更清晰，不发闷，有利于维持余音、在较宽的频率范围内响应性好等优点。
由实施例1-3对比可知，本发明实施例制备得到的PC复合材料，当碳纤维的平均直径为5-6μm，界面改性剂4-7份时，tanδ≤0.0045，具有很好的低音效果。
由实施例4、实施例2对比可知，当碳纤维的平均直径为5-6μm，界面改性剂2份时，由于碳纤维的平均直径较小，PC复合材料中形成更多的界面，当界面改性剂2份时，不足以改善PC复合材料的界面性能，制备得到的PC复合材料的tanδ为0.0055，低音性能略差于实施例2。
由实施例5-7、实施例2对比可知，碳纤维的平均直径为7μm，界面改性剂1-3份时，制备得到的PC复合材料的tanδ稍微变大，低音性能略差于实施例2。当碳纤维的平均直径为7μm，界面改性剂5份，制备得到的PC复合材料的tanδ较大，低音性能并没有更好的改善，可见界面改性剂的量在本发明特定优选范围内时，制备得到的PC复合材料最符合要求，对低音性能的改善更佳。
由实施例2、11、对比例1-4对比可知，本发明实施例中碳纤维、界面改性剂的种类的选择都是经过发明人大量实验后得到的，对比例1-4不采用本发明特定组分时，tanδ≥0.006，低音效果很差。
由实施例2、对比例5-6对比可知，缺少本发明特定配方中的一种组分时，低音效果较差。对比例7-8为目前较为常见的以塑代木的方案，复合材料的tanδ为0.019，低音效果的改善与本申请有明显的差距。
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 (9)
1.一种PC复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：双酚-A型聚碳酸酯70-85份、碳纤维18-25份、界面改性剂1-7份；其中，所述界面改性剂的玻璃化温度≥80℃。
2.如权利要求1所述的PC复合材料，其特征在于，所述碳纤维的平均直径为5-6μm、界面改性剂为4-7份。
3.如权利要求1所述的PC复合材料，其特征在于，所述碳纤维的平均直径为7-8μm、界面改性剂为1-3份。
4.如权利要求1-3任一项所述的PC复合材料，其特征在于，所述界面改性剂为马来酸酐接枝苯乙烯-丙烯腈、苯乙烯-马来酸酐-N-苯基马来酰亚胺中的至少一种。
5.如权利要求1所述的PC复合材料，其特征在于，还包括以下重量份的组分：抗氧剂0.3-0.6份和润滑剂0.2-0.6份。
6.如权利要求5所述的PC复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、硫醚类抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂为硅酮类润滑剂、酯类润滑剂、酰胺类润滑剂、聚乙烯类润滑剂中的至少一种。
7.如权利要求1-6任一项所述的PC复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按配比将除碳纤维外的各组分混合均匀，得到预混物；将预混物通过主喂料口进入双螺杆挤出机，碳纤维从侧喂料口加入，熔融共混，挤出造粒，得到所述PC复合材料。
8.如权利要求7所述的PC复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机从喂料段到机头的温度依次为：T1区120-140℃、T2区210-230℃、T3区210-230℃、T4区220-240℃、T5区220-240℃、T6区220-240℃、T7区210-230℃、T8区210-230℃、T9区220-250℃、T10区220-250℃、T11区220-250℃、T12区220-250℃，机头区220-250℃，螺杆长径比为(46-50)：1。
9.一种如权利要求1-6任一项所述的PC复合材料在乐器中的应用。
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|---|---|---|---|---|
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