CN115433450A - 一种良外观玻矿复合增强pc合金组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物及其制备方法和应用，涉及高分子领域。包括PC、ABS、增韧剂、玻璃纤维、矿物填充、抗氧剂、偶联剂、润滑剂和硅酮母粒；矿物填充包括镁盐晶须和/或硅灰石晶须，长径比为(6‑9)：1；PC在300℃、1.2kg条件下的熔融指数在8g/10min以上。本申请采用玻璃纤维和矿物填充复配增强PC合金材料，结合硅酮母粒，提高有机和无机组分的相容性，利用树脂束缚和掩盖表面的玻纤，在保证合金材料力学性能的前提下，改善材料的玻纤外漏问题，使得产品的表面爽滑、光洁，扩宽了产品的应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚碳酸酯(PC)是一种具有高冲击、高耐热、高透明、耐疲劳性、阻燃性佳的工程塑料，但缺点是熔体粘度大，难加工，对缺口敏感。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂是一种高强度、高韧性、易加工的热塑型高分子材料。PC/ABS合金综合了PC和ABS两种树脂的优点并克服两者的缺点，是最常见的一种树脂合金材料。
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，它的优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，PC/ABS合金材料作为复合材料的一种，由于力学性能有限，通常需要添加玻璃纤维提供增强作用。玻纤增强PC/ABS具备高韧性、高耐热及综合性能优异的特性广泛应用于包括电子电气、新能源、OA、IT、汽车、家电等众多行业。
目前玻纤增强材料在实际使用中普遍存在玻纤外露影响外观的问题，一直无法得到有效解决。现有技术中针对玻纤外漏问题主要方法是添加硅酮作为改善玻纤外漏的助剂，硅酮类材料是常规的玻纤外露改善剂，但是由于PC的熔体粘度很大，硅酮类材料的玻纤外漏改善效果并不明显。
发明内容
本发明提供了一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物及其制备方法和应用，在保证力学性能的同时，以有效改善玻璃纤维外漏影响外观的问题，提高产品的良外观。
为了解决上述技术问题，本发明目的之一提供了一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，包括以下重量份组分：
PC：55份-70份；
ABS：5份-25份；
增韧剂：2份-8份；
玻璃纤维：13份-27份；
矿物填充：3份-10份；
抗氧剂：0.2份-1份；
偶联剂：0.5份-1份；
润滑剂：0.2份-1份；
硅酮母粒：0.5份-1.5份；
其中，所述矿物填充包括镁盐晶须和/或硅灰石晶须，所述镁盐晶须或硅灰石晶须的长径比为(6-9)：1；所述PC在300℃、1.2kg条件下的熔融指数在8g/10min以上。
通过采用上述方案，本申请合金材料在熔融造粒期间，如果基体的熔体粘度较大，则不利于玻纤和矿物填充的分散，外观和力学性能均会相对较差，同时本申请采用玻璃纤维和特定的矿物填充物复配填充，由于晶须和树脂较强的亲和力，配方中添加可以提高材料的强度，材料破裂过程中能够有效抑制裂纹扩展，而且纤维状物质能够吸收冲击能量，从而起到缓冲作用，晶须的长径比控制可以满足产品的力学性能要求，同时避免对产品的外观造成不利影响，两者复配可以增强材料的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度等力学性能，同时减少玻纤外漏现象，再结合硅酮母粒的作用，整体改善材料的玻纤外漏问题，使得产品的表面爽滑、光洁，扩宽产品的应用领域。
作为优选方案，所述硅酮母粒以MBS/SBS为载体，超高分子量聚硅氧烷为主要成份，其中超高分子量聚硅氧烷的含量为40％-60％。
作为优选方案，超高分子量聚硅氧烷的平均分子量为120-200万。
作为优选方案，所述PC在300℃、1.2kg条件下的熔融指数为10-25g/10min，测试方法为ISO 1133-1-2011。
作为优选方案，所述PC由PC-1和PC-2按质量比为(4-8)：5进行复配，所述PC-1在300℃、1.2kg条件下的熔融指数为8-12g/10min；所述PC-2在300℃、1.2kg条件下的熔融指数为18-25g/10min。
作为优选方案，所述玻璃纤维和矿物填充的质量比为(2-3)：1。
作为优选方案，玻璃纤维和矿物填充的复配比例进行特定限定，可以在保证产品力学性能优越的同时改善玻纤外漏现象，综合提高产品性能，扩宽应用领域。
作为优选方案，所述ABS在220℃、10kg条件下的熔融指数在10g/10min以上。
作为优选方案，所述ABS在220℃、10kg条件下的熔融指数为15-25g/10min，测试方法为ISO 1133-1-2011。
作为优选方案，所述偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
作为优选方案，所述增韧剂为ABS高胶粉、MBS、EMA中的一种或多种。
作为优选方案，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫代酯类、亚磷酸脂类和受阻胺类抗氧剂中的一种或多种。
作为优选方案，所述受阻酚类抗氧剂为1010，所述亚磷酸酯类抗氧剂为168。
作为优选方案，所述抗氧剂由1010和168按质量比为1：1复配。
作为优选方案，所述润滑剂为硬脂酸镁、季戊四醇硬脂酸酯、乙撑双硬脂酰胺和聚乙烯蜡中的一种或多种。
所述润滑剂由季戊四醇硬脂酸酯和聚乙烯蜡按质量比1：1复配。
本发明目的之二提供了一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取PC、ABS、增韧剂、抗氧剂、偶联剂、润滑剂和硅酮母粒在高混设备中混合均匀备用，获得预混料；
(2)将预混料投入到双螺杆挤出设备主喂料机中，玻璃纤维与矿物填充的均匀混合物一起经过侧喂料机计量加入，经过熔融挤出、冷却、干燥、切粒，得到良外观玻矿复合增强PC合金组合物。
作为优选方案，在步骤(2)中，熔融挤出过程中，真空度为-0.08至-0.1MPa，进料输送段温度为190℃-220℃，核心塑化段温度为240℃-250℃，后均化挤出段温度为230℃-240℃，螺杆转速为400-600rpm。
为了解决上述技术问题，本发明目的之三提供了一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物在电子电气、新能源、OA、IT、汽车、家电领域中的应用，具体如新能源汽车中控支架、汽车副仪表板、空调导风板，商用车导流罩、汽车传动盒等产品。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本申请采用玻璃纤维和矿物填充复配填充，可以增强PC和ABS合金材料的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度等力学性能，同时减少玻纤外漏，再结合硅酮母粒的作用，改善材料的玻纤外漏问题，使得产品的表面爽滑、光洁，扩宽产品的应用领域。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
以下表1为本申请实施例和对比例中原料的来源，如无特别说明，增韧剂、玻璃纤维、偶联剂、润滑剂、抗氧剂均通过市售获得，且平行实验中使用的是相同的增韧剂、玻璃纤维、偶联剂、润滑剂、抗氧剂。
表1-本申请实施例和对比例中原料的来源和性能参数
实施例1-9和对比例1-3
一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，具体如表2所示，包括聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)、增韧剂、玻璃纤维、矿物填充、抗氧剂、偶联剂、润滑剂、硅酮母粒；增韧剂为MBS或EMA；玻璃纤维为巨石玻纤ECS13-4.5-534A或泰山玻纤HMG436S-10-4.0；矿物填充为硅灰石晶须-1；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比为1：1复配的混合物；偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷或N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷；润滑剂为质量比为1：1的季戊四醇硬脂酸酯和聚乙烯蜡的混合物。
上述一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方比例称取PC树脂、ABS树脂、增韧剂、抗氧剂、偶联剂、润滑剂和硅酮母粒在高混机中混合均匀备用，获得预混料；
(2)将预混料投入到双螺杆挤出机主喂料机中，玻璃纤维与矿物填充的均匀混合物一起经过侧喂料机计量加入，经过熔融挤出、冷却、干燥、切粒得到良外观玻矿复合增强PC合金组合物；双螺杆挤出机为同向旋转的双螺杆挤出机，螺杆的长径比为25-48，螺杆机筒设有真空抽排装置，真空度为-0.08至-0.1MPa，还设有温控装置，进料输送段温度为190℃-220℃，核心塑化段温度为240℃-250℃，后均化挤出段温度为230℃-240℃，螺杆转速为400-600rpm。
表2-实施例1-9和对比例1-3中各组分及含量
对比例4
一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，各步骤及各步骤使用的试剂、工艺参数均与实施例4相同，不同的地方在于，PC采用等量的PC-3替代。
对比例5
一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，各步骤及各步骤使用的试剂、工艺参数均与实施例4相同，不同的地方在于，硅灰石晶须-1采用等量云母替代。
对比例6
一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，各步骤及各步骤使用的试剂、工艺参数均与实施例4相同，不同的地方在于，硅灰石晶须-1采用等量高岭土替代。
对比例7
一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，各步骤及各步骤使用的试剂、工艺参数均与实施例4相同，不同的地方在于，硅灰石晶须-1采用等量滑石粉替代。
对比例8
一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，各步骤及各步骤使用的试剂、工艺参数均与实施例4相同，不同的地方在于，硅灰石晶须-1采用等量硅灰石晶须-2替代。
对比例9
一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，各步骤及各步骤使用的试剂、工艺参数均与实施例4相同，不同的地方在于，硅灰石晶须-1采用等量硅灰石晶须-3替代。
性能检测试验
1、拉伸强度：按照ISO 527标准对实施例1-9和对比例1-9的材料进行测试，拉伸速率为50mm/min，测试结果如表3所示。
2、弯曲模量：按照ISO 178标准对实施例1-9和对比例1-9的材料进行测试，弯曲速率为2mm/min，测试结果如表3所示。
3、悬臂梁缺口冲击强度：按照ISO180标准对实施例1-9和对比例1-9的材料进行测试，冲击能量为5.5J，注塑A型缺口，测试结果如表3所示。
4、外观测试：目视观察样品表面有无浮纤，表面是否光亮平整，评估结果如表3所示；
5、光泽度测试：按照GB9754标准对实施例1-9和对比例1-9的材料进行测试，测量角度60°，测试结果如表3所示。
表3-实施例1-9和对比例1-9的性能检测结果
结合表3中实施例4和对比例1-2的性能检测结果可知，单纯添加玻璃纤维增强PC合金，增强效果优异，拉伸强度，弯曲模量处于较高水平，但是产品表面存在玻纤外露的问题，单纯添加矿物填充替代玻璃纤维以增强PC合金时，对产品的增强效果较差，矿物填充过多在树脂中分散变差且与树脂基体的粘结相容变差，非常容易产生界面分离，导致产品的力学性能变差；采用玻璃纤维和一定量的矿物填充同时添加，可以解决产品表面玻纤外露的问题和产品力学性能，本申请产品的拉伸强度达到了107MPa以上，弯曲模量达到了5600MPa以上，缺口冲击强度达到了9kJ/m2以上，光泽度达到以上57以上。
结合表3中实施例4-5和7-8的性能检测结果可知，在一定的添加量范围内，矿物填充相比于玻璃纤维的添加量过多也会影响产品的强度，通过对玻璃纤维和矿物填充两者的比例限定为(2-3)：1，可以解决玻纤外漏的问题，同时保证产品的强度得到提高。
结合表3中实施例4和对比例2-3的性能检测结果可知，本申请在体系中添加硅酮母粒，由于PC树脂的粘度较大，硅酮母粒改善玻纤外漏的效果较不明显，通过配合玻矿比例复配的效果，整体结合改善玻璃纤维外漏浮纤现象，且使得材料表面的光泽度得到提高，同时保证材料的力学强度。
结合表3中实施例4和对比例4的性能检测结果可知，本申请合金材料选用的PC熔指在特定的范围内，可以保证在熔融造粒期间，避免由于基体的熔体粘度较大而不利于玻纤和矿物填充的分散，改善了产品的外观和力学性能。
结合表3中实施例4和对比例8-9的性能检测结果可知，晶须的长径比会影响产品的外观和力学性能，晶须的长径比过大则会导致产品的表面浮纤严重，长径比过小则严重影响产品的力学性能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，其特征在于，包括以下重量份组分：
PC：55份-70份；
ABS：5份-25份；
增韧剂：2份-8份；
玻璃纤维：13份-27份；
矿物填充：3份-10份；
抗氧剂：0.2份-1份；
偶联剂：0.5份-1份；
润滑剂：0.2份-1份；
硅酮母粒：0.5份-1.5份；
其中，所述矿物填充包括镁盐晶须和/或硅灰石晶须，所述镁盐晶须或硅灰石晶须的长径比为(6-9)：1；所述PC在300℃、1.2kg条件下的熔融指数在8g/10min以上。
2.如权利要求1所述的一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，其特征在于，所述硅酮母粒以MBS/SBS为载体，超高分子量聚硅氧烷为主要成份，其中超高分子量聚硅氧烷的含量为40％-60％。
3.如权利要求1所述的一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，其特征在于，所述PC由PC-1和PC-2按质量比为(4-8)：5进行复配，所述PC-1在300℃、1.2kg条件下的熔融指数为8-12g/10min；所述PC-2在300℃、1.2kg条件下的熔融指数为18-25g/10min。
4.如权利要求1所述的一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，其特征在于，所述玻璃纤维和矿物填充的质量比为(2-3)：1。
5.如权利要求1所述的一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，其特征在于，所述ABS在220℃、10kg条件下的熔融指数在10g/10min以上。
6.如权利要求1所述的一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，其特征在于，所述偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述增韧剂为ABS高胶粉、MBS、EMA中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫代酯类、亚磷酸脂类和受阻胺类抗氧剂中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的一种良外观玻矿复合增强PC合金组合物，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸镁、季戊四醇硬脂酸酯、乙撑双硬脂酰胺和聚乙烯蜡中的一种或多种。
9.一种如权利要求1-8任一所述的良外观玻矿复合增强PC合金组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取PC、ABS、增韧剂、抗氧剂、偶联剂、润滑剂和硅酮母粒在高混设备中混合均匀备用，获得预混料；
(2)将预混料投入到双螺杆挤出设备主喂料机中，玻璃纤维与矿物填充的均匀混合物一起经过侧喂料机计量加入，经过熔融挤出、冷却、干燥、切粒，得到良外观玻矿复合增强PC合金组合物。
10.一种如权利要求1-8任一所述的良外观玻矿复合增强PC合金组合物在电子电气、新能源、OA、IT、汽车、家电领域中的应用。
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