CN114231008A - 一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工程塑料技术领域，具体是一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，30‑50份的聚碳酸酯；20‑50份的苯乙烯‑丙烯腈‑丁二烯三元共聚物；5‑15份的苯乙烯‑丙烯腈二元共聚物；10‑30份的碳纤维。本发明的有益效果碳纤维增强树脂具有比强度高、质轻、均一性强、对环境不敏感，并且能够达到与木材一致的音色，是一种极佳的木材的替代材料，在众多的热塑性树脂中，碳纤增强聚碳酸酯/丙烯腈‑苯乙烯‑丁二烯三元共聚物合金具有低收缩率、低损耗模量、音色优良等优势，能够制备力学强度更高的碳纤维增强材料，对ABS种类和碳纤维种类进行优选，ABS中橡胶相含量、碳纤维的等级对于产品的力学强度、流动性、翘曲度都有很高的影响。

Description

一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域，具体是一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法。
背景技术
工程塑料可作工程材料和代替金属制造机器零部件等的塑料。工程塑料具有优良的综合性能，刚性大，蠕变小，机械强度高，耐热性好，电绝缘性好，可在较苛刻的化学、物理环境中长期使用，可替代金属作为工程结构材料使用，但价格较贵，产量较小。
CN201611012163专利提出了一种制备碳纤增强PC/ABS材料的方法，能够较好的提升碳纤维与基体树脂的结合力，但所制备的材料强度、模量较低。
CN107474510 A专利提出了一种制备高流动性阻燃PC/ABS，但其同样存在所制备的材料力学性能较低的问题。
现有的最常用的用于制造吉他、尤克里里、小提琴等乐器的材料仍为木材，但木材存在着干燥易开裂、音色对空气湿度依赖性大，不同产地生长的木材银色差异较大等缺点，并且北美云杉、非洲紫檀等用于制备乐器的高端乔木所需要生长周期很长，开采量逐年减少的缺点，因此亟需研发一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，以解决上述背景技术中提出的木材存在着干燥易开裂、音色对空气湿度依赖性大，不同产地生长的木材银色差异较大等缺点，并且北美云杉、非洲紫檀等用于制备乐器的高端乔木所需要生长周期很长，开采量逐年减少的问题。
本发明的技术方案是：一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，包括以下组分：
30-50份的聚碳酸酯；
20-50份的苯乙烯-丙烯腈-丁二烯三元共聚物；
5-15份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物；
10-30份的碳纤维。
进一步地，所述聚碳酸酯树脂的熔体流动速率为9-25g/10min。
进一步地，所述丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物，其中丁二烯含量为20-60％，优选的，丁二烯含量为25％-35％。
进一步地，所述流动改性剂为丙烯腈-苯乙烯二元共聚物，熔体流动速率为30-50g/10min。
进一步地，所述5-15份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物数均分子量为16000-19000g/mol。
进一步地，所述碳纤维的直径为5-10μm，拉伸模量≥200Gpa，拉伸强度大于4GPa。
进一步地，所述碳纤维的拉伸模量≥290GPa，拉伸强度≥4.9GPa。
进一步地，所述碳纤维增强聚碳酸酯/丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物合金材料，还可以加入0-5份的添加剂，包括抗氧剂、润滑剂、表面活性剂等。
进一步地，该制备方法包含以下步骤：
S1、将所述的聚碳酸酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物、添加剂混合均匀后直接进入双螺杆挤出机加工，碳纤维通过第一以及第二侧喂口进入双螺杆挤出机加工，经过挤出、冷却、造粒得到成品粒子。
进一步地，所述双螺杆挤出机的螺筒各区温度保持在200-280℃的范围内。
本发明通过改进在此提供一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
(1)通过采用的碳纤维，碳纤维增强树脂具有比强度高、质轻、均一性强、对环境不敏感，并且能够达到与木材一致的音色，是一种极佳的木材的替代材料，在众多的热塑性树脂中，碳纤增强聚碳酸酯/丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物合金具有低收缩率、低损耗模量、音色优良等优势，是一种较好的用于制造吉他、尤克里里等乐器的材料。
(2)本发明能够制备力学强度更高的碳纤维增强材料，针对乐器行业的特点，提出了以弹性模量、熔体流动速率以及翘曲度对材料进行评价的测试方法，对ABS种类和碳纤维种类进行优选，ABS中橡胶相含量、碳纤维的等级对于产品的力学强度、流动性、翘曲度都有很高的影响，研究是PC/ABS合金中PC与ABS的比例对于材料性能的影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:
图1是本发明的成分表结构示意图；
图2是本发明的步骤示意图；
图3是本发明的实施例对比表结构示意图一；
图4是本发明的实施例对比表结构示意图二。
具体实施方式
下面将结合附图1至图4对本发明进行详细说明，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明通过改进在此提供一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，如图1-图4所示，包括以下组分：
47.5份的聚碳酸酯；
32份的苯乙烯-丙烯腈-丁二烯三元共聚物；
10份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物；
10份的碳纤维。
进一步地，聚碳酸酯树脂的熔体流动速率为20g/10min(300℃，1.2kg)，丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物优选的，丁二烯含量为30％，流动改性剂为丙烯腈-苯乙烯二元共聚物，熔体流动速率为40g/10min(190℃，5kg)，10份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物数均分子量为17000g/mol，碳纤维的直径为7μm，优选的，碳纤维的拉伸模量＝295GPa，拉伸强度＝4.9GPa，碳纤维增强聚碳酸酯/丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物合金材料，还可以加入0.5份的添加剂，包括抗氧剂、润滑剂、表面活性剂等。
进一步地，该制备方法包含以下步骤：
S1、将的聚碳酸酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物、添加剂混合均匀后直接进入双螺杆挤出机加工，碳纤维通过第一以及第二侧喂口进入双螺杆挤出机加工，经过挤出、冷却、造粒得到成品粒子；双螺杆挤出机的螺筒各区温度保持在260℃的范围内。
实施例二
一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，包括以下组分：
42.5份的聚碳酸酯；
37份的苯乙烯-丙烯腈-丁二烯三元共聚物；
10份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物；
10份的碳纤维。
进一步地，聚碳酸酯树脂的熔体流动速率为20g/10min(300℃，1.2kg)，丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物优选的，丁二烯含量为30％，流动改性剂为丙烯腈-苯乙烯二元共聚物，熔体流动速率为40g/10min(190℃，5kg)，10份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物数均分子量为17000g/mol，碳纤维的直径为7μm，优选的，碳纤维的拉伸模量＝295GPa，拉伸强度＝4.9GPa，碳纤维增强聚碳酸酯/丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物合金材料，还可以加入0.5份的添加剂，包括抗氧剂、润滑剂、表面活性剂等，
进一步地，该制备方法包含以下步骤：
S1、将的聚碳酸酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物、添加剂混合均匀后直接进入双螺杆挤出机加工，碳纤维通过第一以及第二侧喂口进入双螺杆挤出机加工，经过挤出、冷却、造粒得到成品粒子，双螺杆挤出机的螺筒各区温度保持在260℃的范围内。
实施例三
一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，包括以下组分：
37.5份的聚碳酸酯；
42份的苯乙烯-丙烯腈-丁二烯三元共聚物；
10份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物；
10份的碳纤维。
进一步地，聚碳酸酯树脂的熔体流动速率为20g/10min(300℃，1.2kg)，丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物优选的，丁二烯含量为30％，流动改性剂为丙烯腈-苯乙烯二元共聚物，熔体流动速率为40g/10min(190℃，5kg)，10份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物数均分子量为17000g/mol，碳纤维的直径为7μm，优选的，碳纤维的拉伸模量＝295GPa，拉伸强度＝4.9GPa，碳纤维增强聚碳酸酯/丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物合金材料，还可以加入0.5份的添加剂，包括抗氧剂、润滑剂、表面活性剂等，
进一步地，该制备方法包含以下步骤：
S1、将的聚碳酸酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物、添加剂混合均匀后直接进入双螺杆挤出机加工，碳纤维通过第一以及第二侧喂口进入双螺杆挤出机加工，经过挤出、冷却、造粒得到成品粒子，双螺杆挤出机的螺筒各区温度保持在260℃的范围内。
实施例四
一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，包括以下组分：
32.5份的聚碳酸酯；
47份的苯乙烯-丙烯腈-丁二烯三元共聚物；
10份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物；
10份的碳纤维。
进一步地，聚碳酸酯树脂的熔体流动速率为20g/10min(300℃，1.2kg)，丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物优选的，丁二烯含量为30％，流动改性剂为丙烯腈-苯乙烯二元共聚物，熔体流动速率为40g/10min(190℃，5kg)，10份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物数均分子量为17000g/mol，碳纤维的直径为7μm，优选的，碳纤维的拉伸模量＝295GPa，拉伸强度＝4.9GPa，碳纤维增强聚碳酸酯/丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物合金材料，还可以加入0.5份的添加剂，包括抗氧剂、润滑剂、表面活性剂等，
进一步地，该制备方法包含以下步骤：
S1、将的聚碳酸酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物、添加剂混合均匀后直接进入双螺杆挤出机加工，碳纤维通过第一以及第二侧喂口进入双螺杆挤出机加工，经过挤出、冷却、造粒得到成品粒子，双螺杆挤出机的螺筒各区温度保持在260℃的范围内。
实施例五
一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，包括以下组分：
41.7份的聚碳酸酯；
28.8份的苯乙烯-丙烯腈-丁二烯三元共聚物；
9份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物；
20份的碳纤维。
进一步地，聚碳酸酯树脂的熔体流动速率为20g/10min(300℃，1.2kg)，丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物优选的，丁二烯含量为30％，流动改性剂为丙烯腈-苯乙烯二元共聚物，熔体流动速率为40g/10min(190℃，5kg)，9份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物数均分子量为17000g/mol，碳纤维的直径为7μm，优选的，碳纤维的拉伸模量＝295GPa，拉伸强度＝4.9GPa，碳纤维增强聚碳酸酯/丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物合金材料，还可以加入0.5份的添加剂，包括抗氧剂、润滑剂、表面活性剂等，
进一步地，该制备方法包含以下步骤：
S1、将的聚碳酸酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物、添加剂混合均匀后直接进入双螺杆挤出机加工，碳纤维通过第一以及第二侧喂口进入双螺杆挤出机加工，经过挤出、冷却、造粒得到成品粒子，双螺杆挤出机的螺筒各区温度保持在260℃的范围内。
实施例六
一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，包括以下组分：
36份的聚碳酸酯；
23份的苯乙烯-丙烯腈-丁二烯三元共聚物；
10份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物；
30份的碳纤维。
进一步地，聚碳酸酯树脂的熔体流动速率为20g/10min(300℃，1.2kg)，丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物优选的，丁二烯含量为30％，流动改性剂为丙烯腈-苯乙烯二元共聚物，熔体流动速率为40g/10min(190℃，5kg)，10份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物数均分子量为17000g/mol，碳纤维的直径为7μm，优选的，碳纤维的拉伸模量＝295GPa，拉伸强度＝4.9GPa，碳纤维增强聚碳酸酯/丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物合金材料，还可以加入0.5份的添加剂，包括抗氧剂、润滑剂、表面活性剂等，
进一步地，该制备方法包含以下步骤：
S1、将的聚碳酸酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物、添加剂混合均匀后直接进入双螺杆挤出机加工，碳纤维通过第一以及第二侧喂口进入双螺杆挤出机加工，经过挤出、冷却、造粒得到成品粒子，双螺杆挤出机的螺筒各区温度保持在260℃的范围内。
对比例一
一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，包括以下组分：
47.5份的聚碳酸酯；
32份的苯乙烯-丙烯腈-丁二烯三元共聚物；
10份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物；
10份的碳纤维。
进一步地，聚碳酸酯树脂的熔体流动速率为20g/10min(300℃，1.2kg)，丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物，优选的，丁二烯含量为30％，流动改性剂为丙烯腈-苯乙烯二元共聚物，熔体流动速率为40g/10min(190℃，5kg)，10份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物数均分子量为17000g/mol，碳纤维的直径为7μm，拉伸模量＝230Gpa，拉伸强度＝4GPa，碳纤维增强聚碳酸酯/丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物合金材料，还可以加入0.5份的添加剂，包括抗氧剂、润滑剂、表面活性剂等。
进一步地，该制备方法包含以下步骤：
S1、将的聚碳酸酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物、添加剂混合均匀后直接进入双螺杆挤出机加工，碳纤维通过第一以及第二侧喂口进入双螺杆挤出机加工，经过挤出、冷却、造粒得到成品粒子，双螺杆挤出机的螺筒各区温度保持在260℃的范围内。
对比例二
一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，包括以下组分：
47.5份的聚碳酸酯；
32份的苯乙烯-丙烯腈-丁二烯三元共聚物；
10份的碳纤维。
进一步地，聚碳酸酯树脂的熔体流动速率为20g/10min(300℃，1.2kg)，丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物，其中丁二烯含量为50％，流动改性剂为丙烯腈-苯乙烯二元共聚物，熔体流动速率为40g/10min(190℃，5kg)，碳纤维的直径为7μm，优选的，碳纤维的拉伸模量＝295GPa，拉伸强度＝4.9GPa，碳纤维增强聚碳酸酯/丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物合金材料。
进一步地，该制备方法包含以下步骤：
S1、将的聚碳酸酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物、添加剂混合均匀后直接进入双螺杆挤出机加工，碳纤维通过第一以及第二侧喂口进入双螺杆挤出机加工，经过挤出、冷却、造粒得到成品粒子，双螺杆挤出机的螺筒各区温度保持在260℃的范围内。
Figure BDA0003442357320000121
丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物1中丁二烯含量为50％；
丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物2中丁二烯含量为30％；
碳纤维1拉伸强度为4.0GPa，拉伸模量为230GPa；
碳纤维2拉伸强度4.9GPa，拉伸模量为295GPa。
Figure BDA0003442357320000122
Figure BDA0003442357320000131
其中，
弹性模量按照ISO 527进行测试，测试速度为1mm/min；
翘曲度为将试样注塑为100*100*1mm方板，将方板放置在大理石平板上，固定其中一角，测量对角与平面间的距离；
熔体流动速率按照GB/T 3682进行测试，测试条件为300℃，2.16kg。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，其特征在于：包括以下组分：
30-50份的聚碳酸酯；
20-50份的苯乙烯-丙烯腈-丁二烯三元共聚物；
5-15份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物；
10-30份的碳纤维。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，其特征在于：所述聚碳酸酯树脂的熔体流动速率为9-25g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，其特征在于：所述丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物，其中丁二烯含量为20-60％，优选的，丁二烯含量为25％-35％。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，其特征在于：所述流动改性剂为丙烯腈-苯乙烯二元共聚物，熔体流动速率为30-50g/10min。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，其特征在于：所述5-15份的苯乙烯-丙烯腈二元共聚物数均分子量为16000-19000g/mol。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，其特征在于：所述碳纤维的直径为5-10μm，拉伸模量≥200Gpa，拉伸强度大于4GPa。
7.根据权利要求6所述的一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，其特征在于：所述碳纤维的拉伸模量≥290GPa，拉伸强度≥4.9GPa。
8.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，其特征在于：所述碳纤维增强聚碳酸酯/丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物合金材料，还可以加入0-5份的添加剂，包括抗氧剂、润滑剂、表面活性剂等。
9.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，其特征在于：该制备方法包含以下步骤：
S1、将所述的聚碳酸酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物、添加剂混合均匀后直接进入双螺杆挤出机加工，碳纤维通过第一以及第二侧喂口进入双螺杆挤出机加工，经过挤出、冷却、造粒得到成品粒子。
10.根据权利要求9所述的一种碳纤维增强的三元共聚物合金制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的螺筒各区温度保持在200-280℃的范围内。
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