CN115960448B - 一种汽车内门把手专用芳纶增强pc/abs合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子材料领域，具体是一种汽车内门把手专用芳纶增强PC/ABS合金材料，由以下成分按如下重量份组成：PC树脂50～75份，高胶粉10～20份，SAN树脂10～20份，芳纶纤维1～15份，相容剂1～5份，润滑剂0.1～1份，抗氧剂0.1～1份。本发明还提供这种合金材料的制备方法。本发明提供汽车内门把手专用芳纶增强PC/ABS合金材料，此材料特别适用于80℃条件下耐疲劳性要求高的汽车内门把手部件。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体地说，是一种汽车内门把手专用芳纶增强PC/ABS合金材料及其制备方法，特别适用于高温耐疲劳性要求高的汽车内门把手部件。
背景技术
聚碳酸酯(PC)是一种线型聚碳酸酯，是一种无定形的工程塑料，具有良好的韧性、透明性和耐热性。ABS具有很好的流动性和冲击性能。因此，PC与ABS共混，可以综合PC和ABS两者的优良性能，既可以提高ABS的耐热性和拉伸强度，又可以降低PC的熔体黏度，改善加工性能，所以PC/ABS合金是非常适用于汽车内饰材料。
对于汽车内门把手部件来说，需要在23℃和80℃的条件下达到10万次的拉拔力测试，对材料本身的耐疲劳性具有非常高的要求。因为PC/ABS的Tg在105℃和145℃，所以PC/ABS材料在23℃的温度下处于玻璃态，在长期的耐久性的拉拔力测试中，因为呈现刚性特性，所以滞后现象小，具有优异的耐久性能。但在80℃的高温条件下，因为与ABS的Tg比较接近，所以滞后现场更为严重，所以耐疲劳性会明显降低。另外，内门把手需要喷漆后处理工艺，如果油漆溶剂对PC/ABS材料有强烈的腐蚀作用，对耐久性也会产生致命的影响。所以，制备一种在80℃条件仍然具有优异的耐疲劳性和耐化学性能对于内门把手的部件来说就尤为关键。
中国专利文献CN106046744A公开了一种具有高强度高耐疲劳性的PC/ABS合金材料及其制备方法，该专利利用反应挤出增加了PC/ABS体系中分子链的缠结程度，在遭受外力时分子链不容易遭受破坏，从而获得了高强度、高耐疲劳性PC/ABS合金材料。该专利中未涉及到高温条件下的耐疲劳测试，具有明显的差异性。
中国专利文献CN111440429A公开了一种PC/ABS合金材料及其制备方法和应用，该专利中通过添加铝和钙的化合物使得铝元素的重量含量为1ppm～100ppm，钙元素的重量含量为1ppm～150ppm，以此来得到高耐疲劳性和高电镀剥离力的PC/ABS合金材料。但是，也未对高温条件下的耐疲劳性做出说明。
但是关于一种适用于高温耐疲劳性要求高的汽车内门把手部件的专用芳纶增强PC/ABS合金材料及其制备方法目前还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车内门把手专用芳纶增强PC/ABS合金材料及其制备方法，适用于在80℃的高温条件下，仍然具有优异的耐疲劳性和强度。
本发明的第一方面，提供一种汽车内门把手专用芳纶增强PC/ABS合金材料，由以下成分按如下重量份组成：
其中，
所述的PC树脂为支化聚碳酸酯，具有0.3～0.8mol％的支化度；重均分子量为30,000～35,000g/mol的双酚A型聚碳酸酯，其玻璃化温度为150～155℃。具体可选用科思创WB1239。
所述的高胶粉为乳液法ABS材料，重均分子量为80,000～150,000g/mol，其包括占总重的重量百分比含量为40～70％的橡胶、15～30％的丙烯腈、15～30％的苯乙烯。具体可选用韩国锦湖石油化学株式会社的HR150F、或HR181。优选HR150F，丁二烯含量为52％。
所述的SAN树脂的丙烯腈含量为30～35％，弯曲模量3500～4000Mpa，维卡软化温度>100℃。具体可选用中国台湾奇美的PN117C(丙烯腈含量25-28％，弯曲模量2700Mpa，维卡软化温度为100℃)和PN127H(丙烯腈含量30-35％，弯曲模量3600Mpa，维卡软化温度为104℃)。
所述的芳纶纤维为芳香族聚酰胺的简称，包括聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，线密度为1.5D～4D。具体可选用泰和新材的泰普龙长丝600D、750D或840D。
所述的相容剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物。优选华雯的SMA-725，马来酸酐含量为25％。
所述的润滑剂为硅酮粉、季戊四醇酯(PETS)、聚乙烯蜡或乙撑双硬酯酰胺中的一种或两种以上。
所述的抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂168、亚磷酸酯抗氧剂S-9228、受阻酚抗氧剂1010、受阻酚抗氧剂1098、受阻酚抗氧剂1076中的一种或两种。优选抗氧剂1076和抗氧剂168，两种抗氧剂以1:1的重量比共混使用。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的汽车内门把手专用芳纶增强PC/ABS合金材料，由以下成分按如下重量份组成：
其中，选用的PC树脂为科思创的WB1239；
选用的高胶粉为韩国锦湖的HR150F；
选用的SAN树脂为中国台湾奇美的PN127H；
选用的芳纶纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，具体为泰和新材的750D；
选用的相容剂为华雯的SMA-725；
选用的润滑剂为季戊四醇酯(PETS)；
选用的抗氧剂为Basf公司生产的抗氧剂1076和抗氧剂168，两种抗氧剂以1:1的重量比共混使用。
本发明的第二方面，提供一种如上所述的汽车内门把手专用芳纶增强PC/ABS合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到芳纶增强PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的芳纶增强PC/ABS合金材料经过注射成型制得成品。
本发明优点在于：
1、第一方面，使用大分子量的支化PC，在常温状态下，因为有支链的存在，所以链段之间的缠结会增加，所以会显著增加耐疲劳性。
2、第二方面，通过使用高丙烯腈含量的SAN树脂，因为AN含量越高，材料本身的刚性越高。在刚性越高的情况下，对于抵抗疲劳性具有显著的作用。
3、第三方面，芳纶纤维是高结晶度聚合物，并且其Tg为350℃，所以芳纶纤维是一种高刚性聚合物，在常温23℃和80℃的高温下进行耐疲劳测试中，滞后现象小，具有优异的耐疲劳性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
在以下各个实施例和对比例中，各原料采用下述成分：
选用的PC树脂为科思创的WB1239，其分子量为32,000g/mol，具有0.5mol％的支化度；科思创的ET3113为非支化PC树脂，其分子量为30,000g/mol。
选用的高胶粉为韩国锦湖的HR150F，丁二烯含量为52％。
选用的SAN树脂为中国台湾奇美的PN117C(丙烯腈含量25-28％，弯曲模量2700Mpa，维卡软化温度为100℃)和PN127H(丙烯腈含量30-35％，弯曲模量3600Mpa，维卡软化温度为104℃)。
选用的芳纶纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，具体为泰和新材的750D。
选用的相容剂为华雯的SMA-725，马来酸酐含量为25％。
选用的PBT为中国台湾长春的PBT 1100-211M，粘度为1.0。
选用的润滑剂为市售的季戊四醇酯(PETS)。
选用的抗氧剂为Basf公司生产的抗氧剂1076和抗氧剂168，两种抗氧剂以1:1的重量比共混使用。
对比例1：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到芳纶增强PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的芳纶增强PC/ABS合金材料经过注射成型制得成品。
对比例2：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到芳纶增强PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的芳纶增强PC/ABS合金材料经过注射成型制得成品。
对比例3：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到芳纶增强PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的芳纶增强PC/ABS合金材料经过注射成型制得成品。
对比例4：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到芳纶增强PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的芳纶增强PC/ABS合金材料经过注射成型制得成品。
实施例1：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到芳纶增强PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的芳纶增强PC/ABS合金材料经过注射成型制得成品。
实施例2：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到芳纶增强PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的芳纶增强PC/ABS合金材料经过注射成型制得成品。
实施例3：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到芳纶增强PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的芳纶增强PC/ABS合金材料经过注射成型制得成品。
实施例4：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到芳纶增强PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的芳纶增强PC/ABS合金材料经过注射成型制得成品。
实施例5：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到芳纶增强PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的芳纶增强PC/ABS合金材料经过注射成型制得成品。
实施例6：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到芳纶增强PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的芳纶增强PC/ABS合金材料经过注射成型制得成品。
实施例7：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到芳纶增强PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的芳纶增强PC/ABS合金材料经过注射成型制得成品。
表1对比例1-4和实施例1-2的组分和配比
表2实施例3-7的组分和配比
| 配方(以重量份计算) | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 |
| WB1239 | 60 | 60 | 60 | 75 | 55 |
| ET3113 | |||||
| PN127H | 12 | 9 | 6 | 7.5 | 17.5 |
| PN117C | |||||
| HR 150F | 15 | 15 | 15 | 7.5 | 17.5 |
| PBT 1100-211M | |||||
| 750D | 9 | 12 | 15 | 6 | 6 |
| SMA-725 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 抗氧剂 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 润滑剂 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
实施例9：实施效果的评价
将上述对比例1-3和实施例1-8获得的样品，产品性能测试方法如下：
熔融指数：按ISO 1133，测试条件260℃*5kg；
拉伸强度：按ISO 527，测试条件50mm/min；
缺口冲击强度：按ISO 179，测试温度23℃；
维卡软化温度：按ISO 306，测试条件B50；
耐化学性：使用乙醇和乙酸乙酯为3：1质量比的混合溶剂，作为评价耐化学性的溶剂。样品放置在溶剂中，观察发生开裂的时间。
耐疲劳性：按GB/T 35465.3，测试应力为10Mpa，测试频率15Hz，测试温度分别为23℃和80℃。最后统计产品断裂后，疲劳循环的次数。
表3对比例1-4和实施例1-2的测试结果
| 测试项目 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 实施例1 | 实施例2 |
| 熔融指数 | 15.2 | 13.5 | 18.2 | 11.2 | 10.1 | 9.2 |
| 拉伸强度 | 52.2 | 52.8 | 52.8 | 53.8 | 54.7 | 55.6 |
| 缺口冲击强度 | 45.1 | 48.7 | 42.2 | 50.1 | 50.2 | 48.5 |
| 维卡软化温度 | 118.2 | 118.5 | 114.2 | 120.3 | 122.8 | 123.2 |
| 耐化学性 | 35s | 45s | >300s | 92s | 105s | 183s |
| 耐疲劳性(23℃) | 590093 | 712030 | 784374 | 880950 | 1084569 | 1325094 |
| 耐疲劳性(80℃) | 437511 | 556542 | 324074 | 644156 | 839084 | 1034068 |
表4实施例3-7的测试结果
| 测试项目 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 行业标准 |
| 熔融指数 | 8.1 | 7 | 7.2 | 8.5 | 9.8 | / |
| 拉伸强度 | 56.9 | 57 | 58.1 | 55.9 | 55.2 | / |
| 缺口冲击强度 | 45.3 | 38.2 | 31.4 | 50.3 | 45.2 | >40 |
| 维卡软化温度 | 123.5 | 123.4 | 123.8 | 132.1 | 119.2 | >120 |
| 耐化学性 | >300s | >300s | >300s | 169s | 198s | >120 |
| 耐疲劳性(23℃) | 1389041 | 1329081 | 1097891 | 1343570 | 1187903 | >1000000 |
| 耐疲劳性 | 1084508 | 1037904 | 837091 | 1045672 | 1018050 | >1000000 |
从对比例1和对比例2可以看到，使用高分子量并且含有支链结构的PC材料比直链结构且分子量低的PC材料具有更优异的耐疲劳性，这是因为支化PC的分子量越大，在低于Tg的状态下，其支链结构会加大链段间的缠结，其刚性会更大，所以耐疲劳性具有明显的改善。另外，WB1239比ET3113具有更好的耐化学性，这是因为WB1239本身具有更高的分子量，分子间的缠结密度会更高，所以溶剂更难被侵蚀。
从对比例2和对比例3可以看到，材料中添加PBT组分对耐化学性有明显的提升，这是因为PBT本身是一种结晶材料，其本身对化学试剂具有优异的抵抗性。在23℃的常温条件下，PC/PBT材料比PC/ABS具有更优异的耐疲劳性；但是在80℃的条件下，耐疲劳性显著降低。这是因为PBT本身是一种半结晶聚合物，并且其Tg为43℃，所以在80℃的条件下，刚性会明显降低，在耐疲劳测试时会出现明显的滞后现象；而PN117C的Tg在105℃，所以在80℃的条件下，具有更优异的耐疲劳性。
从对比例2和对比例4可以看到，使用PN127H比PN117C具有更为优异的耐化学性和耐疲劳性能。这是因为PN127H具有更高的丙烯腈含量，丙烯腈本身具有很高的化学键能，所以具有优异的耐化学性和刚性。另外，因为内门把手需要进行喷漆后处理，如果材料对油漆的抵抗性越强，材料本身被油漆中溶剂腐蚀的越少，所以耐疲劳性也会更佳。
从对比例4和实施例1-5可以看到，PC/ABS材料中添加芳纶纤维后，耐化学性、刚性和耐疲劳性都具有明显的提升，但是缺口冲击强度逐渐下降。这主要是因为芳纶纤维的结构是聚对苯二甲酰对苯二胺，其聚集态结构是结晶聚合物；所以随着芳纶纤维用量的增加，刚性、耐化学性和耐疲劳性也逐渐提高。另外一方面，由于芳纶纤维与PC/ABS体系相容性不佳，所以冲击性能会逐渐下降。
从实施例2、6和7可以看到，随着PC含量的增加，SAN和高胶粉含量减少，刚性逐渐增加，耐疲劳性也进一步提高。其中，实施例2是最佳方案。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.一种汽车内门把手专用芳纶增强PC/ABS合金材料，其特征在于，由以下成分按如下重量份组成：
所述的PC树脂为支化聚碳酸酯，具有0.3～0.8mol％的支化度；重均分子量为30,000～35,000g/mol的双酚A型聚碳酸酯，其玻璃化温度为150～155℃；所述的SAN树脂的丙烯腈含量为30～35％，维卡软化温度>100℃。
2.根据权利要求1所述的汽车内门把手专用芳纶增强PC/ABS合金材料，其特征在于，所述的高胶粉为乳液法ABS材料，重均分子量为80,000～150,000g/mol，其包括占总重的重量百分比含量为40～70％的橡胶、15～30％的丙烯腈、15～30％的苯乙烯。
3.根据权利要求1所述的汽车内门把手专用芳纶增强PC/ABS合金材料，其特征在于，所述的芳纶纤维包括聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，线密度为1.5D～4D。
4.根据权利要求1所述的汽车内门把手专用芳纶增强PC/ABS合金材料，其特征在于，所述的相容剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物。
5.根据权利要求1所述的汽车内门把手专用芳纶增强PC/ABS合金材料，其特征在于，所述的抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂168、亚磷酸酯抗氧剂S-9228、受阻酚抗氧剂1010、受阻酚抗氧剂1098、受阻酚抗氧剂1076中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的汽车内门把手专用芳纶增强PC/ABS合金材料，其特征在于，所述的润滑剂为硅酮粉、季戊四醇酯、聚乙烯蜡或乙撑双硬酯酰胺中的一种或两种以上。
7.根据权利要求1所述的汽车内门把手专用芳纶增强PC/ABS合金材料，其特征在于，由以下成分按如下重量份组成：
8.一种如权利要求1-7任一所述的汽车内门把手专用芳纶增强PC/ABS合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照重量份配比配制原料，投入预混器中使原料混合均匀，并加热至60℃后保温15分钟，得到预混料；
S2、将步骤S1得到的预混料加入双螺杆挤出机中，挤出并切粒得到芳纶增强PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机的料筒转速为15-35rpm，料筒温度为220-270℃；
S3、将步骤S2制得的芳纶增强PC/ABS合金材料经过注射成型制得成品。
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