CN114790327A - 一种具有esd功能的pc/abs组合物及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有ESD功能的PC/ABS组合物及其应用。本发明的具有ESD功能的PC/ABS组合物，包括如下组分：PC树脂、ABS树脂、碳纤维、碳纳米管、增韧剂、其他助剂；所述碳纤维的长度分布按根数百分比计算，组成如下：120μm以下(不包括120μm)30～40％，120～180μm 15～25％，180～350μm(不包括180μm)30～40％，350μm以上(不包括350μm)5～15％。本发明通过特定长度分布的碳纤维与极小添加量的碳纳米管协同作用，制得了具有ESD功能的PC/ABS组合物，且熔体粘度适宜、表面低浮纤。

Description

一种具有ESD功能的PC/ABS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，更具体的，涉及一种具有ESD功能的PC/ABS组合物及其应用。

背景技术

PC/ABS是综合性能优异、应用最广泛的塑料合金之一。PC/ABS合金兼具PC和ABS二者的优点：既具有PC的高耐热性、尺寸稳定性和力学性能，且与纯PC相比，PC/ABS合金的熔体粘度低、加工流动性好、价格也更低廉，还具有较低的制品内应力、较低的缺口冲击敏感性等优点。

但PC/ABS合金的静电释放(ESD)性能较差，表面电阻率较高，在对ESD要求较高的场景中，如家电、汽车、建筑、办公用品等领域，常常需要在PC/ABS体系中加入导电助剂，如导电炭黑、碳纤维或碳纳米管等。但是导电炭黑的引入使制件存在脱碳、掉碳的风险，ESD性能仍较差。

现有技术公开了高效抗静电PC/ABS复合材料及其制备方法，该PC/ABS复合材料包括PC、ABS、抗静电剂、相容剂、分散剂等组分，其中抗静电剂为碳纳米管、纳米碳纤维、石墨烯片中的一种或几种。但是，碳纳米管在低添加量(约3～5wt.％)时即可使材料的熔体粘度大幅上升，流动性劣化，熔融指数降低至5g/10min(270℃/载荷5kg)以下，造成加工困难；碳纤维易导致PC/ABS制件表面产生浮纤，特别是在制备薄壁PC/ABS制件时，无法获得高光泽的效果，薄壁制件表面浮纤严重。

因此，需要开发出一种具有ESD功能的PC/ABS组合物，流动性适宜，且表面低浮纤。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的ESD性能差、熔体粘度高、表面浮纤的缺陷，提供一种具有ESD功能的PC/ABS组合物。

本发明的另一目的在于提供上述PC/ABS组合物的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种具有ESD功能的PC/ABS组合物，包括如下重量份的组分：

所述碳纤维的长度分布按根数百分比计算，组成如下：

本发明的PC/ABS组合物中，碳纤维的长度分布的测试方法为：

将2g PC/ABS组合物在40℃条件下，使用四氯乙烷溶解，冷却后充分晃匀，通过移液管移取2ml悬浮液滴在玻片上；使用电子影像仪放大拍照，根据照片的碳纤维形貌，用统计学方法计算得到碳纤维的根数长度分布。

在本发明的PC/ABS组合物中，碳纤维的长度具有特定的分布。发明人研究发现，在PC/ABS体系中，长度较长的碳纤维可以起到主要的抗静电效果，使得PC/ABS组合物表面电阻率大幅降低，一定程度上改善材料的ESD功能，但长度较长的碳纤维含量过大、或长度过长时，易导致浮纤现象；长度较短的碳纤维，能够与碳纳米管协同，形成ESD作用，且不易造成浮纤现象。碳纳米管以极小的添加量，与长度较短的碳纤维协同，在形成ESD作用的基础上，也不会造成材料的熔体粘度过高。

本发明通过特定长度分布的碳纤维与极小添加量的碳纳米管协同作用，制得了具有ESD功能的PC/ABS组合物，且熔体粘度适宜、表面低浮纤。

优选地，所述碳纤维的长度分布按根数百分比计算，组成如下：

120μm以下(不包括120μm)31～34％，

120～180μm 21～24％，

180～350μm(不包括180μm)32～35％，

350μm以上(不包括350μm)10～13％。

发明人研究发现，当碳纤维的长度分布在上述范围内时，PC/ABS组合物兼具良好的ESD性能、流动性和低浮纤，综合性能更优。

优选地，所述碳纤维的平均直径为5～8μm。

碳纤维的平均直径采用扫描电镜(SEM)测量、并计算平均值得到。

可选地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。

碳纳米管根据片层石墨层数，一般分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管两种类型。在本发明中，单壁碳纳米管、多壁碳纳米管均可实现协同碳纤维、形成ESD作用的效果。

优选地，所述碳纳米管的直径为8～15nm，长度为10～70μm。

碳纳米管的直径和长度采用如下方法检测：将碳纳米管冷冻切片后，取切下的样品采用透射电镜(TEM)测量得到碳纳米管的直径，采用扫描电镜(SEM)测量得到碳纳米管的长度。

优选地，所述PC树脂在300℃，1.2kg条件下的熔体流动速率为19～23g/10min。

优选地，所述ABS树脂在220℃，10kg条件下的熔体流动速率为15～28g/10min。

PC树脂的熔体流动速率按照ASTM D1238-2010标准方法进行检测；ABS树脂的熔体流动速率按照ISO 1133-2011标准方法进行检测。

优选地，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(MBS)和/或ABS高胶粉。

优选地，所述其他助剂为抗氧剂、润滑剂或耐候剂的一种或几种。

PC/ABS体系中常用的抗氧剂、润滑剂或耐候剂均可用于本发明中。

可选地，所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010或抗氧剂168中的一种或几种。

可选地，所述润滑剂为季戊四醇酯(PETS)、聚乙烯蜡或乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种。

可选地，所述耐候剂为光稳定剂944、光稳定剂234或光稳定剂770中的一种或几种。

本发明还保护上述具有ESD功能的PC/ABS组合物的制备方法，包括如下步骤：

S1.将碳纤维与部分PC树脂、部分ABS树脂共混，加至挤出机，经熔融挤出，造粒得到碳纤母粒；

S2.将剩余的PC树脂、剩余的ABS树脂、增韧剂和其他助剂混合后，加至挤出机的主喂料口，将步骤S1.制得的碳纤母粒与碳纳米管加至挤出机的侧喂料口，经熔融混合、挤出造粒，得到所述PC/ABS组合物。

通过步骤S1.先制备碳纤母粒，控制碳纤维的长度分布；在步骤S2.中，碳纤维存在于碳纤母粒中，再与其他组分共混挤出的过程中，由于碳纤维在前述制备母粒的过程中长度已有较大程度的减短，且载体树脂对碳纤维提供了一定的保护作用，在二次共混的过程中碳纤维的长度分布组成不再发生变化，从而使得碳纤维的长度分布满足本发明技术方案要求。

优选地，步骤S1.中，所述碳纤维与部分PC树脂、部分ABS树脂的质量比为1：(1.25～1.5)：(0.5～0.85)。

发明人研究发现，在碳纤母粒中，PC树脂与ABS树脂的量对于碳纤维长度分布有影响。

在碳纤母粒中，PC树脂的含量占比增大时，长度分布于“120μm以下”区间的碳纤维量明显增加，长度分布于“120～180μm”区间的碳纤维数量略有增加；ABS树脂的含量占比增大时，长度分布于“180～350μm(不包括180μm)”区间的碳纤维量明显增加，长度分布于“350μm以上”区间的碳纤维数量略有增加。

碳纤母粒中，碳纤维与部分PC树脂、部分ABS树脂的质量比为1：(1.25～1.5)：(0.5～0.85)时，可以使得碳纤维长度分布处在理想范围内。

优选地，步骤S1.中，所述挤出机为双螺杆挤出机，熔融挤出的温度为220～250℃，挤出机的螺杆转速为300～600rpm。

在步骤S1.的熔融挤出过程中，温度较低、螺杆转速较高时，碳纤维的长度更短，长度分布于“120μm以下”、“120～180μm”区间的碳纤维数量更多；温度较高、螺杆转速较低时，碳纤维的长度更长，长度分布于“180～350μm(不包括180μm)”、“350μm以上”区间的碳纤维数量更多。

更优选地，步骤S1.中，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为48～52：1，共有12区；熔融挤出过程中的螺筒温度一区到三区温度为230～250℃，四区到九区温度为220～230℃，十区到十二区温度为230～250℃。

优选地，步骤S2.中，所述挤出机为双螺杆挤出机，熔融挤出的温度为210～260℃，挤出机的螺杆转速为400～600rpm。

本发明还保护上述具有ESD功能的PC/ABS组合物在制备薄壁抗静电PC/ABS制品中的应用。

所述薄壁抗静电PC/ABS制品的厚度≤2mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过特定长度分布的碳纤维与极小添加量的碳纳米管协同作用，制得了具有ESD功能的PC/ABS组合物，且熔融指数适宜、流动性好，表面低浮纤。

在PC/ABS体系中，长度较长的碳纤维可以起到主要的抗静电效果，使得PC/ABS组合物表面电阻率大幅降低，一定程度上改善材料的ESD功能；长度较短的碳纤维，与碳纳米管协同，形成ESD作用，且不易造成浮纤现象。碳纳米管以极小的添加量，与长度较短的碳纤维协同，在形成ESD作用的基础上，也不会造成材料的熔体粘度过高。

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。

实施例及对比例中的原料均可通过市售得到：

PC树脂-1，采购自万华化学的CLARNATE 2220，在300℃，1.2kg条件下的熔体流动速率为19g/10min；

PC树脂-2，采购自LG化学的LUPOY PC 1300-22，在300℃，1.2kg条件下的熔体流动速率为23g/10min；

PC树脂-3，采购自中国台湾奇美的PC-110L，在300℃，1.2kg条件下的熔体流动速率为10g/10min；

ABS树脂-1，采购自北方华锦化学的ABS 3453，在220℃，10kg条件下的熔体流动速率为15g/10min；

ABS树脂-2，采购自北方华锦化学的ABS 8391，在220℃，10kg条件下的熔体流动速率为28g/10min；

ABS树脂-3，采购自中国台湾奇美PA-747S，在220℃，10kg条件下的熔体流动速率为7.5g/10min；

碳纤维-1，采购自东丽的T700，原料平均长度为6mm，平均直径为5μm；

碳纤维-2，采购自东丽的T800，原料平均长度为6mm，平均直径为8μm；

碳纳米管，采购自LG化学的CP1002M，原料的长度为10～70μm，直径为8～15nm；

增韧剂-1，MBS，市售；

增韧剂-2，ABS高胶粉，市售；

抗氧剂，抗氧剂1076，市售；

润滑剂，PETS，市售；

耐候剂，光稳定剂944，市售。

本申请中平行的实施例及对比例使用相同的抗氧剂、润滑剂和耐候剂。

除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1～13

实施例1～13分别提供一种PC/ABS组合物，组分含量如表1所示，制备方法如下：

S1.按照表1将碳纤维与部分PC树脂、部分ABS树脂共混，加至双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒得到碳纤母粒；

双螺杆挤出机螺杆长径比为48：1，共分为12区，实施例1～5的熔融挤出过程中的1～12区的螺筒温度、螺杆转速，以及碳纤母粒中碳纤维与部分PC树脂、部分ABS树脂的质量比见表2，实施例6～13的熔融挤出过程中相应参数与实施例1相同；

S2.将剩余的PC树脂、剩余的ABS树脂、增韧剂和其他助剂混合后，加至双螺杆挤出机的主喂料口，将步骤S1.制得的碳纤母粒与碳纳米管加至双螺杆挤出机的侧喂料口，经210～260℃熔融混合、在螺杆转速为500rpm条件下挤出造粒，得到PC/ABS组合物。

表1实施例1～13的PC/ABS组合物的组分含量(重量份)

表2实施例1～5的PC/ABS组合物在熔融挤出时1～12区的加工条件

对比例1～4

对比例1～4分别提供一种PC/ABS组合物，组分含量如表1所示，制备方法如下：

S1.按照表3将碳纤维与PC树脂、部分ABS树脂共混，加至双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒得到碳纤母粒；

双螺杆挤出机的螺杆长径比为48：1，共分为12区；

对比例1、2的熔融挤出过程中的1～12区的螺筒温度、螺杆转速与实施例1相同，对比例1中碳纤母粒的碳纤维与部分PC树脂、部分ABS树脂的质量比为1∶1.1∶0.4；对比例2中碳纤母粒的碳纤维与部分PC树脂、部分ABS树脂的质量比为1∶1.7∶0.95；

对比例3、4的熔融挤出过程中的1～12区的螺筒温度、螺杆转速，以及碳纤母粒中碳纤维与部分PC树脂、部分ABS树脂的质量比均与实施例1相同；

S2.将剩余的PC树脂、剩余的ABS树脂、增韧剂和其他助剂混合后，加至双螺杆挤出机的主喂料口，将步骤S1.制得的碳纤母粒与碳纳米管加至双螺杆挤出机的侧喂料口，经210～260℃熔融混合、在螺杆转速为500rpm条件下挤出造粒，得到PC/ABS组合物。

表3对比例1～4的PC/ABS组合物的组分含量(重量份)

性能测试

对上述实施例及对比例制得的PC/ABS组合物进行性能测试，具体方法如下：

PC/ABS组合物中碳纤维的长度分布：

将2g PC/ABS组合物在40℃条件下，使用四氯乙烷溶解，冷却后充分晃匀，通过移液管移取2ml悬浮液滴在玻片上；使用电子影像仪放大拍照，根据照片的碳纤维形貌，用统计学方法计算得到碳纤维的长度分布；

表面电阻：按照ASTM D257-2007测试标准方法；

浮纤程度：将PC/ABS组合物制备为100mm×100mm×2mm规格的试样方板，选取各试样方板的相同部位，用二次元影像测量仪放大100倍后，计算浮纤数量，将浮纤等级分为表1中的5个等级：

浮纤程度	浮纤根数	判定
			1级	<10	表面平整、无浮纤
2级	10-20	轻微浮纤
			3级	20-40	一般浮纤
4级	40-60	明显浮纤
			5级	>60	严重浮纤

本申请中，认为浮纤程度1～3级为合格；

熔融指数：在270℃、5kg条件下，按照ISO 1133-2011标准方法进行检测。

实施例及对比例的测试结果如下：

表4实施例1～13的PC/ABS组合物的测试结果

根据表4的测试结果，本申请各实施例制得的PC/ABS组合物均具有优异的ESD性能，表面电阻≤8.9×10³Ω；表面无浮纤或仅有低浮纤，浮纤程度在1～3级范围；具有良好的流动性，加工性能优，在270℃、载荷5kg的条件下熔融指数≥8g/10min。

在实施例1～5中，综合考虑ESD性能、流动性和低浮纤，实施例4的浮纤程度为3级，相对略差；实施例1和实施例5的表面电阻相对略高，实施例2和3的PC/ABS组合物兼具良好的ESD性能、流动性和低浮纤，综合性能更优。因此，碳纤维的长度分布按根数百分比计算，优选组成如下：120μm以下(不包括120μm)31～34％，120～180μm 21～24％，180～350μm(不包括180μm)32～35％，350μm以上(不包括350μm)10～13％。

根据实施例1、6、7，可以看出，碳纤维的量越多，PC/ABS组合物的表面电阻降低，浮纤增多；根据实施例1、8、9，碳纳米管的量越多，PC/ABS组合物的表面电阻降低，但流动性变差。

根据实施例1、12、13的结果对比，PC树脂在300℃，1.2kg条件下的熔体流动速率为19～23g/10min、ABS树脂在220℃，10kg条件下的熔体流动速率为15～28g/10min时，材料的综合性能更优，特别是熔体流动速率较高，加工性能好。

表5对比例1～4的PC/ABS组合物的测试结果

根据表5的测试结果，可以看出，对比例1中碳纤维含量过多，造成碳纤维的长度分布在180μm以上的比例过多；对比例2中碳纤维含量过少，造成碳纤维在剪切力作用下长度更短。对比例1和2制得的PC/ABS组合物的碳纤维长度分布超出本发明限定范围，且对比例1的PC/ABS组合物的浮纤情况严重，对比例2的PC/ABS组合物的表面电阻较高，ESD性能差。

对比例3中，不含碳纳米管，在步骤S2的挤出过程中，材料熔融体系的流动性过高，造成碳纤维分布超出本发明限定范围，PC/ABS组合物的表面电阻达到76×10³Ω，材料不具有ESD功能。对比例4中碳纳米管含量过多，在步骤S2的挤出过程中，PC/ABS组合物的熔体粘度上升，材料流动性变差，造成材料熔融指数过低，使得碳纤维分布超出本发明限定范围

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 (10)

1.一种具有ESD功能的PC/ABS组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：

所述碳纤维的长度分布按根数百分比计算，组成如下：

120μm以下(不包括120μm) 30～40％，

120～180μm 15～25％，

180～350μm(不包括180μm) 30～40％，

350μm以上(不包括350μm) 5～15％。

2.根据权利要求1所述PC/ABS组合物，其特征在于，所述碳纤维的长度分布按根数百分比计算，组成如下：

120μm以下(不包括120μm) 31～34％，

120～180μm 21～24％，

180～350μm(不包括180μm) 32～35％，

350μm以上(不包括350μm) 10～13％。

3.根据权利要求1所述PC/ABS组合物，其特征在于，所述碳纤维的平均直径为5～8μm。

4.根据权利要求1所述PC/ABS组合物，其特征在于，所述碳纳米管的直径为8～15nm，长度为10～70μm。

5.根据权利要求1所述PC/ABS组合物，其特征在于，所述PC树脂在300℃，1.2kg条件下的熔体流动速率为19～23g/10min。

6.根据权利要求1所述PC/ABS组合物，其特征在于，所述ABS树脂在220℃，10kg条件下的熔体流动速率为15～28g/10min。

7.根据权利要求1所述PC/ABS组合物，其特征在于，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物和/或ABS高胶粉。

8.根据权利要求1所述PC/ABS组合物，其特征在于，所述其他助剂为抗氧剂、润滑剂或耐候剂的一种或几种。

9.根据权利要求8所述PC/ABS组合物，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010或抗氧剂168中的一种或几种；所述润滑剂为季戊四醇酯、聚乙烯蜡或乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种；所述耐候剂为光稳定剂944、光稳定剂234或光稳定剂770中的一种或几种。

10.权利要求1～9任一项所述具有ESD功能的PC/ABS组合物在制备薄壁抗静电PC/ABS制品中的应用。