CN114456571A

CN114456571A - 一种聚碳酸酯材料及其制备方法

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Publication number: CN114456571A
Application number: CN202210230671.1A
Authority: CN
Inventors: 刘贤文; 陈平绪; 叶南飚; 杨燕; 李明昆; 彭民乐; 艾军伟
Original assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2022-03-08
Filing date: 2022-03-08
Publication date: 2022-05-10

Abstract

本发明属于工程塑料技术领域，公开了一种聚碳酸酯材料及其制备方法。本发明的聚碳酸酯材料，按重量份数计包括以下组分：聚碳酸酯60～95份，PTEE3～25份，介电助剂1～10份。本发明还提供了上述聚碳酸酯材料的制备方法，并将本发明所述的聚碳酸酯材料在轴承或可穿戴设备中应用。本发明的聚碳酸酯材料通过引入磷硅比为4～10的介电助剂使材料兼具低介电常数和优良的耐磨性能。

Description

一种聚碳酸酯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及工程塑料技术领域，具体涉及一种聚碳酸酯材料及其制备方法。

背景技术

随着人们对高效信号传输的需求，4G逐渐向5G转化。鉴于电磁波的波长越短，绕射能力就越差，传播过程中的电磁波的衰减也越大，而5G通讯采用毫米波波段，导致5G通讯的电磁波覆盖能力和传输信号强度相对于4G通讯时代大幅度下降。

信号传输端的基站所用材料，需要调控介电性能以降低5G通讯电磁波覆盖和传输信号强度的负面影响。低介电常数的材料有利于微波信号的高速、低延迟、无损耗传输，是实现超高密度和超大规模集成基站的首选基础材料。因此，如何降低材料的介电损耗以适用5G通讯应用亟待解决。

聚碳酸酯(PC)具有良好的综合性能，机械强度高、耐冲击韧性好、尺寸稳定、耐热较好、电绝缘性好，在家电，数码产品，IT产品等等领域具有广泛的应用。聚四氟乙烯(PTFE)是介电常数和介质损耗最低的树脂，被广泛应用在天线、雷达等关键领域。

现有技术中将PC和PTFE两者合金化，虽然能够降低材料的介电性能，耐磨性能好，但力学性能差，强度低。使用相容剂能提高合金的力学性能，但会导致介电损耗上升；利用空心球陶瓷粉以空气作为第三相引入到复合材料当中，如多孔氧化硅、介孔氧化硅等，可将材料的相对介电常数降低。然而，利用空心球陶瓷粉的方法需要严格控制工艺，当空心球陶瓷高含量时,空心球陶瓷出现不同程度破碎，无法同时兼顾力学和介电性能，也起不到降低介电常数的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种聚碳酸酯材料及其制备方法，以期克服现有技术中的PC和PTFE复合材料无法兼顾力学和介电性能的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种聚碳酸酯材料，按重量份数计，包括以下组分：聚碳酸酯60～95份，PTEE 3～25份，介电助剂1～10份；

所述PTEE的重均分子量为50000～100000，熔融粘度为1000～100000泊；

所述介电助剂的磷硅比为4～10。

本发明的聚碳酸酯材料中，引入磷硅比为4～10的介电助剂改善了聚碳酸酯材料界面铆接强度，提高材料的耐磨性能，且该介电助剂分布在材料基体中，起到加强粘结的作用。具体为：当静摩擦时，PTFE和其他组分发生黏着并被撕裂产生许多形状不规则的小黏着颗粒，在动摩擦区域，这些小的黏着颗粒被碾压成膜，并按顺滑动方向排列形成了润滑膜减小了摩擦系数；在摩擦的过程中，润滑膜不断被摧毁，同时又有新的黏着颗粒被平铺，即，形成的润滑膜不断由于摩擦剪切力被推出摩擦点，同时又有新的被黏着下的PTFE颗粒进入摩擦点形成润滑膜。成膜情况影响其摩擦性能，特定性能的PTFE表面极性很小，通过磷硅比为4～10的介电助剂的加入，一方面提高了小黏着颗粒的数量，另一方面提升润滑膜粘接稳定性，从而提升自润滑效果，提升耐磨性，降低摩擦系数，在轴承中使用提高顺滑程度，在可穿戴设备中兼顾耐磨性和灵活度，提升客户体验，具有安全、耐用、舒适等特点。

作为本发明的聚碳酸酯材料的优选实施方式，按重量份数计，包括以下组分：聚碳酸酯80～90份，PTEE 5～20份，介电助剂1～5份。

作为本发明的聚碳酸酯材料的优选实施方式，所述PTEE的重均分子量为50000～79000，熔融粘度为1000～6900泊。

作为本发明的聚碳酸酯材料的优选实施方式，所述PTEE的重均分子量为80000～100000，熔融粘度为7000～100000泊。

作为本发明的聚碳酸酯材料的优选实施方式，所述聚碳酸酯为芳香族聚碳酸酯；所述聚碳酸酯的重均分子量为19000～28000。

作为本发明的聚碳酸酯材料的优选实施方式，所述介电助剂为陶瓷、蛭石中的至少一种。

作为本发明的聚碳酸酯材料的优选实施方式，还包括抗氧剂、稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂、润滑剂、脱模剂、填料、抗静电剂、抗菌剂、着色剂中的至少一种。

具体的，所述氧化剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂2246、抗氧剂245、抗氧剂168、抗氧剂B-CAP、抗氧剂PEP-36、抗氧剂S-680中的至少一种，其添加量为0～1份。

稳定剂为稳定剂234、稳定剂5050H，稳定剂5411、稳定剂531、稳定剂328中的至少一种，其添加量为0～1份。

阻燃剂可为磷酸酯类阻燃剂、磺酸盐类阻燃剂、溴化聚碳等，其添加量为0～30份。

抗滴落剂为聚四氟乙烯类抗滴落剂，其添加量为0～1份。

润滑剂为聚四氟乙烯类润滑剂、聚乙烯磊润滑剂、硅酮类润滑剂，其添加量为0～1份。

脱模剂为PPA类脱模剂、蒙旦蜡类脱模剂、硅类脱模剂等，其添加量为0～2份。

填料为滑石粉、高岭土、黏土、晶须、硅藻土等；填料可以是不进行任何表面处理的，也可以是涂覆处理的，例如烷基表面包覆，环氧表面处理，酰胺表面处理，羟基硅油，烷基硅烷，甲氧基硅烷，磺酸基等处理，其添加量为0～50份。

抗静电剂为聚醚类及单甘脂类抗静电剂，其添加量为0～30份。

抗菌剂为银离子类抗菌剂、酰基苯胺类、咪唑类、噻唑类、异噻唑酮衍生物、季铵盐类、双呱类、酚类等，其添加量为0～5份。

着色剂以为炭黑、钛白粉、酞青蓝、蒽醌红等物质，其添加量为0～5份。

第二方面，本发明提供了上述聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：

按份数称取所述原料，混匀；挤出造粒，冷却，即得。

作为本发明的聚碳酸酯材料制备方法的优选实施方式，所述挤出的温度为270～290℃。

最后，将本发明所述的聚碳酸酯材料在轴承或可穿戴设备中应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的聚碳酸酯材料兼具低介电常数和优良的耐磨性能。材料的介电常数低于2.6(2.36～2.56)，材料的耐磨性能好，摩擦痕小于20微米，摩擦失重少于5％，适用于轴承和可穿戴设备的应用。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的、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。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例中所用的试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。

下述实施例中，聚碳酸酯材料的性能检测方法为：

(1)耐磨性能

将聚碳酸酯材料注塑成型为制件，制件尺寸为：长10厘米、宽4厘米、厚1毫米，并使其在23℃静置48小时。把携带500克负载的S45C钢制成的具有3毫米直径锥尖的金属针放在制件上并移动5厘米的长度。所得的沟的深度用表面粗糙度仪来测定。

沟槽越浅耐磨性能越好。“良好”是指沟槽深度小于10微米，“一般”表示至少10微米并小于20微米，“差”是指至少20微米。

(2)摩擦失重

注塑长宽厚＝54mm×84mm×2mm的标准样条，实验前样品在(23±2)℃&(50±5)％RH的环境下调节24h，单臂载荷：500g；磨轮型号：H-18；频率：72循环/min；摩擦次数：1000次；样品初始重量记为m₀，摩擦后重量记为m₁，失重记为△m，按如下公式计算：

△m＝(m₀-m₁)/m₀×100％。

(3)摩擦系数

参照《GB/T 22895-2008纸和纸板静态和动态摩擦系数的测定平面法》检测。下述实施例中，聚碳酸酯材料介电常数测试方法按照《IPC-TM-650 2.5.5.9印刷电路板测试方法标准手册》的方法进行测试，测试频率为1GHz。

下述实施例及对比例所用的原材料说明如下，但不限于这些材料：

聚碳酸酯1：重均分子量为19000的芳香族聚碳酸酯，购自日本出光；

聚碳酸酯2：重均分子量为28000的芳香族聚碳酸酯，购自日本出光；

介电助剂1，Al₂O₃陶瓷粉，购自东海富彩矿物制品，磷硅比为4；

介电助剂2，蛭石，购自辰兴实业，(OH)₄Mg₃(Si，Al)₈O₂₀，磷硅比为10；

介电助剂3，玻璃陶瓷，购自3M，磷硅比为3；

介电助剂4，磷硅酸铝钙，购自广西新晶科技有限公司，磷硅比为12；

PTFE1，PTFE F5AEX，购自美国苏威，重均分子量为100000，熔融粘度为100000泊；

PTFE2，Dyneon TF-9207，购自3M，重均分子量为50000，熔融粘度为1000泊；

PTFE3，Zonyl MP1600，购自美国科慕，重均分子量为100000，熔融粘度为1000泊；

PTFE4，TL-368，购自日本旭哨子，重均分子量为80000，熔融粘度为7000泊；

PTFE5，PTFE微粉-A02,购自沈阳市天宇祥微粉材料，重均分子量为8000，熔融粘度为600泊；

PTFE6，聚四氟乙烯蜡微粉PTFE-0104，购自日本大金，重均分子量为400000，熔融粘度为3000000泊。

上述PTEE的熔融粘度的依据GME QK 000185-2011标准检测，测试条件为330℃。

抗氧剂，抗氧剂1076，市售，平行实验使用同一市售产品。

实施例1～12和对比例1～5聚碳酸酯材料的组成组分如表1所示。

实施例1～12和对比例1～5聚碳酸酯材料的制备方法为：

按要求称取好各原料，在高混机中混合得到混匀物料；将混匀物料投入双螺杆挤出机，通过混炼、熔融、均化后挤出造粒，冷却，得到聚碳酸酯组合物，其中，螺筒温度270～290℃。双螺杆挤出机的长径比为40:1，转速为350转/min。

表1聚碳酸酯材料(质量份数)及检测结果

上述实施例1～12的聚碳酸酯材料耐磨性能良好，介电常数低，介电常数为2.36～2.56，适用于轴承和可穿戴设备的应用。

与实施例1相比，对比例1的聚碳酸酯材料中，采用分子量为8000、熔融粘度为600泊的PTFE，品摩擦系数高，且容易被撕裂脱落，摩擦失重大，粘度过小不能形成PTFE交叉网络结构，无法起到降低介电常数的作用，导致介电强度高。

与实施例1相比，对比例2的聚碳酸酯材料中，采用分子量为400000、熔融粘度为3000000泊的PTFE，产品成膜好，减小了摩擦系数，但PTFE与聚碳酸酯的相容性差，更容易界面分离，摩擦损失加大，聚碳酸酯和PTFE两者界面相容性差，无法形成连续的PTFE网络，导致介电强度高。

与实施例1相比，对比例3的聚碳酸酯材料中，未加入PTFE无法形成连续的PTFE，使产品摩擦系数高，耐磨性能差，介电常数高。

聚碳酸酯材料中，PTFE先是和其他材料发生黏着并被撕裂产生许多形状不规则的小黏着颗粒，其次，这些小的黏着颗粒被碾压成膜，并按顺滑动方向排列形成了润滑膜。与实施例1相比，对比例4和对比例5的聚碳酸酯材料中，分别采用磷硅比为3和12的介电助剂，降低了小黏着颗粒的数量和润滑膜粘接稳定性，使产品的摩擦系数高，耐磨性能差，介电常数高。

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

1.一种聚碳酸酯材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：聚碳酸酯60～95份，PTEE 3～25份，介电助剂1～10份；

所述介电助剂的磷硅比为4～10。

2.根据权利要求1所述的聚碳酸酯材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：聚碳酸酯80～90份，PTEE 5～20份，介电助剂1～5份。

3.根据权利要求1所述的聚碳酸酯材料，其特征在于，所述聚碳酸酯为芳香族聚碳酸酯。

4.根据权利要求1或3所述的聚碳酸酯材料，其特征在于，所述聚碳酸酯的重均分子量为19000～28000。

5.根据权利要求1所述的聚碳酸酯材料，其特征在于，所述介电助剂为陶瓷、蛭石中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的聚碳酸酯材料，其特征在于，还包括抗氧剂、稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂、润滑剂、脱模剂、填料、抗静电剂、抗菌剂、着色剂中的至少一种。

7.权利要求1～6任一项所述聚碳酸酯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按份数称取所述原料，混匀；挤出造粒，冷却，即得。

8.根据权利要求7所述聚碳酸酯材料的制备方法，其特征在于，所述挤出的温度为270～290℃。

9.权利要求1～6任一项所述的聚碳酸酯材料在轴承或可穿戴设备中的应用。