CN114716786B - 一种高耐热增强改性的abs复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种高耐热增强改性的ABS复合材料及其制备方法；包括原料有ABS树脂80～120份、玻璃纤维25～40份、改性硫酸钙晶须8～12份、N,N‑二甲基甲酰胺100～180份、聚酰胺酸40～60份、乙酸酐10～20份、三乙胺5～10份、润滑剂2～5份；使用N,N‑二甲基甲酰胺溶解ABS树脂，使其形成溶液，ABS溶液与聚酰胺酸PAA、乙酸酐、三乙胺混合，共同制成聚合物，此外，加入改性的玻璃纤维和硫酸钙晶须以及润滑剂，制得的ABS复合材料具有很好的耐热温度和热变形温度、机械强度高，相容性好，整体性能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种高耐热增强改性的ABS复合材料及其制备方法。
背景技术
ABS塑料是一种应用广泛的工程塑料，由丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体的三元共聚物，兼有三种组元的共同性能，A使其耐化学腐蚀、耐热，并有一定的表面硬度，B使其具有高弹性和韧性，S使其具有热塑性塑料的加工成型特性并改善电性能。然而，由于ABS热变形温度较低约为83℃，限制了它在汽车、家电、仪器仪表等行业的应用。为扩展ABS塑料的应用邻域，提高其热形变温度是ABS改性的重要方向。
目前，为提高ABS的热形变温度，主要有两个方向，其一为化学改性，通过调节丙烯腈(A)的结构，对其侧链改性，用其它物质代替丙烯腈(A)或与共聚丙烯腈(A)，增加其耐热性能和热变形温度，然而，这种方法实现起来较为困难，实践效果不是很好；其二为物理改性，ABS与其它聚合物或者无机物共混，以增加ABS的热变形温度，如：ABS与PC共混形成合金，ABS与玻璃纤维共混，能够有效提高ABS的热变形温度，然而，目前常用的ABS改性方法，在ABS热变形温度方面提高有限，一般能提高10～25℃，而且，在提高热变形温度的同时，会造成强度、韧性等性能的下降，这些性能的下降，破坏了原有ABS的性能优势，不利于ABS塑料在特种领域长时间的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高耐热增强改性的ABS复合材料及其制备方法，制得的ABS复合材料具有很好的耐热温度和热变形温度、机械强度高，相容性好，整体性能稳定。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高耐热增强改性的ABS复合材料，包括以下质量份数的原料：
所述高耐热增强改性的ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的ABS树脂和N,N-二甲基甲酰胺混合加入到反应容器中，密封反应容器，进行超声溶解，得到ABS溶液；
步骤二：取质量份数的聚酰胺酸PAA、乙酸酐、三乙胺室温下混合，搅拌3～5h，得到混浊液；
步骤三：将混浊液和ABS溶液加入到带搅拌的高压反应釜中，加入质量份数的玻璃纤维、改性硫酸钙晶须和润滑剂，氮气排空，通入氮气，使得高压反应釜中压强为0.5MPa～1MPa，开启搅拌，搅拌速度为200～400r/min，室温下搅拌2～3h，升高温度到200～300℃，搅拌20～24h，搅拌结束后，趁热转移至模压机上，热压2～3h，冷却，得到高耐热增强改性的ABS复合材料。
所述玻璃纤维为改性短切玻璃纤维，短切长度为3～4.5mm，平均直径为5～13μm。
所述改性短切玻璃纤维为，取短切玻璃纤维，加入硅烷偶联剂KH-560，短切玻璃纤维与硅烷偶联剂KH-560的质量比例为10：3～5，浸泡短切玻璃纤维，在80℃水浴加热8h，边加热边搅拌，搅拌速度为50～80r/min，加热后抽滤，回收滤液，再将短切玻璃纤维放入真空干燥箱中，保持气压在0.1MPa，缓慢升温至100～120℃，反应1～2h，自然冷却至室温，得到改性短切玻璃纤维。
所述改性硫酸钙晶为，取硫酸钙晶须加入乙二醇和聚乙烯醇，30～50℃下，400W功率超声3h，抽滤，晾干后得到改性硫酸钙晶须；其中硫酸钙晶须、乙二醇和聚乙烯醇的质量比为硫酸钙晶须：乙二醇：聚乙烯醇＝5：3～5：1～2。
所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺或聚乙烯蜡的一种。
所述步骤一中，超声溶解的功率为400W，且室温下超声溶解，每超声15min，停5min，共超声2～3h。
所述步骤三中，热压的模压机温度为350～500℃，压力为10MPa～20MPa。
ABS树脂是由丙烯腈、1,3-丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的接枝共聚物。
本发明的有益效果：
1、使用N,N-二甲基甲酰胺溶解ABS树脂，使其形成溶液，ABS溶液与聚酰胺酸PAA、乙酸酐、三乙胺混合，共同制成聚合物，在形成ABS聚合物的同时形成高耐热的聚酰亚胺，提高ABS复合材料的耐热温度和热变形温度；此外，在制备ABS复合材料的过程中，加入改性的玻璃纤维和硫酸钙晶须，进一步保障ABS复合材料热变形温度的提高和温度，同时增强ABS复合材料的机械强度；使用改性的玻璃纤维和硫酸钙晶须，同时使用润滑剂，使得玻璃纤维和硫酸钙晶须与ABS相容性好，保障了ABS复合材料的机械强度。
2、使用硅烷偶联剂KH-560对短切玻璃纤维改性，先对短切玻璃纤维浸润，后在80℃下，使硅烷偶联剂KH-560附着在短切玻璃纤维表面和缝隙中并初步形成化学键，继续升高温度并在一定温度下继续反应，使得硅烷偶联剂KH-560与短切玻璃纤维完全反应，达到对玻璃纤维改性，使玻璃纤维与ABS有较好的相容性，玻璃纤维与ABS混合时不会使ABS复合材料内部产生较大的应力。
3、使用乙二醇和聚乙烯醇对硫酸钙晶须改性，硫酸钙晶须易与乙二醇和聚乙烯醇含有的羟基形成氢键，使得硫酸钙晶须被聚乙烯醇包覆，聚乙烯醇进一步与ABS聚合物形成氢键键合，从而提高硫酸钙晶须与ABS的界面强度，改善了硫酸钙晶须与ABS的相容性，配合改性玻璃纤维的使用，增强ABS复合材料的机械强度。
4、聚酰胺酸PAA、乙酸酐、三乙胺是能形成高耐热的聚酰亚胺的原材料，加入ABS复合材料的制备过程中，一方面，能够保留聚酰亚胺高耐热性和高热变形温度的特点，另一方面，能够使得聚酰亚胺与ABS各成分间分布均匀，相互参杂，提高ABS复合材料的耐热性和高热变形温度，并且均匀的参杂，可以保证ABS复合材料整体性能的均一和稳定。
5、润滑剂的使用，使得在制备ABS复合材料过程中，增大各原料间的润滑性能，进而增强各原料间的相容性，使得各原料在形成ABS复合材料时均匀分布，有利于ABS复合材料整体性能的稳定。
具体实施方式
下面将对本发明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作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1
一种高耐热增强改性的ABS复合材料，包括以下质量份数的原料：ABS树脂80份，玻璃纤维25份，改性硫酸钙晶须8份，N,N-二甲基甲酰胺100份，聚酰胺酸40份，乙酸酐10份，三乙胺5份，润滑剂2份；
所述高耐热增强改性的ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的ABS树脂和N,N-二甲基甲酰胺混合加入到反应容器中，密封反应容器，进行超声溶解，得到ABS溶液；
步骤二：取质量份数的聚酰胺酸PAA、乙酸酐、三乙胺室温下混合，搅拌3h，得到混浊液；
步骤三：将混浊液和ABS溶液加入到带搅拌的高压反应釜中，加入质量份数的玻璃纤维、改性硫酸钙晶须和润滑剂，氮气排空，通入氮气，使得高压反应釜中压强为0.5MPa，开启搅拌，搅拌速度为200r/min，室温下搅拌2h，升高温度到200℃，搅拌20h，搅拌结束后，趁热转移至模压机上，热压2h，冷却，得到高耐热增强改性的ABS复合材料。
实施例2
一种高耐热增强改性的ABS复合材料，包括以下质量份数的原料：ABS树脂120份，玻璃纤维40份，改性硫酸钙晶须12份，N,N-二甲基甲酰胺180份，聚酰胺酸60份，乙酸酐20份，三乙胺10份，润滑剂5份；
所述高耐热增强改性的ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的ABS树脂和N,N-二甲基甲酰胺混合加入到反应容器中，密封反应容器，进行超声溶解，得到ABS溶液；
步骤二：取质量份数的聚酰胺酸PAA、乙酸酐、三乙胺室温下混合，搅拌5h，得到混浊液；
步骤三：将混浊液和ABS溶液加入到带搅拌的高压反应釜中，加入质量份数的玻璃纤维、改性硫酸钙晶须和润滑剂，氮气排空，通入氮气，使得高压反应釜中压强为1MPa，开启搅拌，搅拌速度为400r/min，室温下搅拌3h，升高温度到300℃，搅拌24h，搅拌结束后，趁热转移至模压机上，热压3h，冷却，得到高耐热增强改性的ABS复合材料。
实施例3
一种高耐热增强改性的ABS复合材料，包括以下质量份数的原料：ABS树脂100份，玻璃纤维30份，改性硫酸钙晶须10份，N,N-二甲基甲酰胺140份，聚酰胺酸50份，乙酸酐15份，三乙胺7份，润滑剂3份；
所述高耐热增强改性的ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的ABS树脂和N,N-二甲基甲酰胺混合加入到反应容器中，密封反应容器，进行超声溶解，得到ABS溶液；
步骤二：取质量份数的聚酰胺酸PAA、乙酸酐、三乙胺室温下混合，搅拌4h，得到混浊液；
步骤三：将混浊液和ABS溶液加入到带搅拌的高压反应釜中，加入质量份数的玻璃纤维、改性硫酸钙晶须和润滑剂，氮气排空，通入氮气，使得高压反应釜中压强为0.7MPa，开启搅拌，搅拌速度为300r/min，室温下搅拌2.5h，升高温度到250℃，搅拌22h，搅拌结束后，趁热转移至模压机上，热压3h，冷却，得到高耐热增强改性的ABS复合材料。
使用万能拉力测试机对20cm×2cm×0.4cm的长条样品进行机械性能(拉伸、弯曲)测试，使用DSC对样品进行耐热性能测试，玻璃转化温度即为热变形温度。
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 拉伸强度(MPa) | 138 | 142 | 126 |
| 弯曲强度(MPa) | 157 | 165 | 153 |
| 热变形温度(℃) | 132 | 129 | 146 |
由上表所示，本发明方法所制备的ABS复合材料具有较好的拉伸强度和弯曲强度，热变形温度较高。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种高耐热增强改性的ABS复合材料，其特征在于，包括以下质量份数的原料：
所述高耐热增强改性的ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的ABS树脂和N,N-二甲基甲酰胺混合加入到反应容器中，密封反应容器，进行超声溶解，得到ABS溶液；
步骤二：取质量份数的聚酰胺酸PAA、乙酸酐、三乙胺室温下混合，搅拌3～5h，得到混浊液；
步骤三：将混浊液和ABS溶液加入到带搅拌的高压反应釜中，加入质量份数的玻璃纤维、改性硫酸钙晶须和润滑剂，氮气排空，通入氮气，使得高压反应釜中压强为0.5MPa～1MPa，开启搅拌，搅拌速度为200～400r/min，室温下搅拌2～3h，升高温度到200～300℃，搅拌20～24h，搅拌结束后，趁热转移至模压机上，热压2～3h，冷却，得到高耐热增强改性的ABS复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种高耐热增强改性的ABS复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维为改性短切玻璃纤维，短切长度为3～4.5mm，平均直径为5～13μm。
3.根据权利要求2所述的一种高耐热增强改性的ABS复合材料，其特征在于：所述改性短切玻璃纤维为，取短切玻璃纤维，加入硅烷偶联剂KH-560，短切玻璃纤维与硅烷偶联剂KH-560的质量比例为10：3～5，浸泡短切玻璃纤维，在80℃水浴加热8h，边加热边搅拌，搅拌速度为50～80r/min，加热后抽滤，回收滤液，再将短切玻璃纤维放入真空干燥箱中，保持气压在0.1MPa，缓慢升温至100～120℃，反应1～2h，自然冷却至室温，得到改性短切玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的一种高耐热增强改性的ABS复合材料，其特征在于：所述改性硫酸钙晶为，取硫酸钙晶须加入乙二醇和聚乙烯醇，30～50℃下，400W功率超声3h，抽滤，晾干后得到改性硫酸钙晶须。
5.根据权利要求4所述的一种高耐热增强改性的ABS复合材料，其特征在于：所述硫酸钙晶须、乙二醇和聚乙烯醇的质量比为硫酸钙晶须：乙二醇：聚乙烯醇＝5：3～5：1～2。
6.根据权利要求1所述的一种高耐热增强改性的ABS复合材料，其特征在于：所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺或聚乙烯蜡的一种。
7.根据权利要求1所述的一种高耐热增强改性的ABS复合材料，其特征在于：所述步骤一中，超声溶解的功率为400W，且室温下超声溶解，每超声15min，停5min，共超声2～3h。
8.根据权利要求1所述的一种高耐热增强改性的ABS复合材料，其特征在于：所述步骤三中，热压的模压机温度为350～500℃，压力为10MPa～20MPa。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030030480A (ko) * | 2001-10-11 | 2003-04-18 | 제일모직주식회사 | 충격 강도가 향상된 난연성 열가소성 스티렌계 복합재료 |
| CN102504471A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-06-20 | 四川长虹电器股份有限公司 | Abs/玻璃纤维复合材料及其制备方法 |
| CN113278244A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-08-20 | 昆山恒光塑胶股份有限公司 | 一种高耐热增强改性的abs复合材料及其制备方法 |
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2022
- 2022-03-28 CN CN202210310686.9A patent/CN114716786B/zh active Active
Patent Citations (3)
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| KR20030030480A (ko) * | 2001-10-11 | 2003-04-18 | 제일모직주식회사 | 충격 강도가 향상된 난연성 열가소성 스티렌계 복합재료 |
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