CN117247651B - 一种按键用高强abs材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及ABS材料领域，具体公开一种按键用高强ABS材料及其制备方法。一种按键用高强ABS材料由以下重量份原料制得：ABS树脂50‑70份、玻璃纤维23‑43份、增韧剂10‑20份、耐磨助剂8‑18份、相容剂6‑16份、阻燃剂5‑12份、抗氧剂1‑3份、色母0.5‑2份所述玻璃纤维经过硅烷偶联剂、有机硅树脂和端羧基液体丁腈橡胶改性制得；制备方法：将ABS树脂、玻璃纤维、增韧剂、耐磨助剂、相容剂、阻燃剂、抗氧剂和色母加入反应设备，熔融、挤出成型并冷却造粒，制得按键用高强ABS材料，本申请制备方法简单，制得的ABS材料具有好的力学性能、韧性和冲击强度，应用于按键具有好的耐磨和抗打油效果。
Description
技术领域
本申请涉及ABS材料的领域，更具体地说，它涉及一种按键用高强ABS材料及其制备方法。
背景技术
按键是一种应用于电脑等电子用品上的电子配件，按键上一般通过油墨印刷设置有数字或字母等标记，按键对电子零部件具有较好的保护作用。
目前市面上的按键大多由ABS材料制备而成，ABS材料整体成本低廉，具有较好的可塑性，在制备按键时加工难度较低，同时ABS材料较软的质地可以为按键提供良好的手指触感，但是ABS材料制备而成的按键在长期的使用过程中，容易出现力学性能降低和磨损的情况，使得按键表面容易变得光滑和打油，进而影响按键的使用性能。
为了提升ABS材料的力学性能，市面上也有一些经过改良的应用于按键上的ABS材料，通常是将ABS材料与玻璃纤维进行复合，但是由于玻璃纤维的脆性较大，以此制得的ABS材料的韧性降低，降低了ABS材料在按键上的应用性能，因此，现有的ABS材料还需要进一步进行改进。
发明内容
为了解决ABS材料应用于按键中时，容易出现磨损和打油的情况，经过玻璃纤维改性后的ABS材料又容易出现韧性降低的问题，限制了ABS材料在按键上的应用，本申请提供一种按键用高强ABS材料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种按键用高强ABS材料，采用如下的技术方案：
一种按键用高强ABS材料，由以下重量份的原料制得：
ABS树脂 50-70份
玻璃纤维 23-43份
增韧剂 10-20份
耐磨助剂 8-18份
相容剂 6-16份
阻燃剂 5-12份
抗氧剂 1-3份
色母 0.5-2份；
所述玻璃纤维经过硅烷偶联剂、有机硅树脂和端羧基液体丁腈橡胶改性制得。
通过采用上述技术方案，本申请制得的ABS材料具有较好的力学性能和冲击强度的同时，还具有较好的韧性，应用于按键中具有较好的耐磨性，长期使用不易出现按键打油的情况，按键打油是指按键在长期的使用过程中，表面容易被磨损，从而使得按键表面变得光滑和油亮的情况，使得按键的使用质感降低，而本申请制得的ABS材料应用于按键中可以较好的解决这个问题。
本申请通过以ABS树脂作为树脂基体，向ABS树脂中加入玻璃纤维对ABS树脂的性能进行补强，玻璃纤维的加入，可以较好的提升制得的ABS材料的冲击强度和力学性能，但是也会降低ABS材料的韧性，使得ABS材料的脆性增强，进而降低制得的ABS材料在按键上的使用性能，因此，本申请进一步使用硅烷偶联剂、有机硅树脂和端羧基液体丁腈橡胶对玻璃纤维进行改性，其中有机硅树脂具有高度交联的网状结构，因此具有能较好的耐热性和柔韧性，端羧基液体丁腈橡胶在主链上引入了丙烯腈，具有较强的极性、高低温性能和稳定性，与ABS树脂的共混性好、抗油性强、抗龟裂性优良，在硅烷偶联剂的作用下，有机硅树脂和端羧基液体丁腈橡胶起到较好的协同作用，能够较好的对玻璃纤维进行改性，提升玻璃纤维的韧性，降低玻璃纤维的脆性，同时提升玻璃纤维在ABS树脂中的分散和共混性能，使得玻璃纤维均匀分散至ABS树脂中，以此制得的ABS材料在具有较好的力学性能、冲击强度的同时，还能具有较好的韧性，应用于按键中具有较好的耐磨性和抗打油性，增韧剂起到较好的增韧作用，耐磨助剂起到较好的提升耐磨性的作用，在相容剂的作用下，增韧剂与耐磨助剂起到较好的协同作用，能够进一步提升制得的ABS材料的力学性能、冲击强度和韧性，阻燃剂能够较好地分散至ABS材料体系中，起到较好的阻燃作用，提升ABS材料的阻燃性能，抗氧剂能够起到辅助提升制得的ABS材料的耐老化性的作用，色母起到调节制得的ABS材料的外观的作用，制备得到各种需求外观颜色的应用于按键的高强ABS材料。
优选的，所述玻璃纤维为改性玻璃纤维，所述改性玻璃纤维由以下步骤制得：
A1、按重量份计，将20-40份玻璃纤维加入至60-80份15-25wt％的碱溶液中，在温度为25-40℃的条件下浸泡15-30min，水洗，干燥，制得前处理玻璃纤维；
A2、向A1步骤中制得的前处理玻璃纤维中加入1-3份硅烷偶联剂，混合均匀后加入2-3.5份有机硅树脂和0.5-2.5份端羧基液体丁腈橡胶，升温至70-80℃，混合搅拌1-2h，干燥，制得改性玻璃纤维。
通过采用上述技术方案，首先将玻璃纤维浸泡于较优浓度的强碱性水溶液中，对玻璃纤维的表面进行轻微腐蚀，使得玻璃纤维表面具有均匀腐蚀的粗糙面，以此制备得到前处理玻璃纤维，后在较优的温度下，将前处理玻璃纤维浸泡于硅烷偶联剂、有机硅树脂和端羧基液体丁腈橡胶中，使得前处理玻璃纤维被充分浸泡和浸润，后进行干燥，以此制备得到具有较好的韧性和分散性的改性玻璃纤维，与ABS树脂具有较好的相容性和补强性，以此制得的ABS材料在具有较好的力学性能、冲击强度的同时还能具有较好的韧性和耐磨性。
优选的，所述有机硅树脂和所述端羧基液体丁腈橡胶的重量比为(3.2-3.5):(0.5-0.7)。
通过采用上述技术方案，使用较优比例的有机硅树脂和端羧基液体丁腈橡胶，能够稳定地在玻璃纤维表面形成均匀且柔韧性好的包覆膜，能够较好的对玻璃纤维进行改性，提升玻璃纤维的韧性。
优选的，所述增韧剂为聚丙二醇二缩水甘油酯和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物组成，所述聚丙二醇二缩水甘油酯和所述甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的重量比为(0.2-0.4):1。
通过采用上述技术方案，聚丙二醇二缩水甘油酯具有较好的韧性和耐冲击强度，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物是一种性能优良的树脂增韧剂，与ABS树脂具有较好的相容性，以较优比例的聚丙二醇二缩水甘油酯和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物作为增韧剂，两者产生较好的协同作用，能够较好的提升制得的ABS材料的力学性能、冲击强度和韧性。
优选的，所述耐磨助剂由硅酮粉、芥酸酰胺和烷基硅烷偶联剂组成，所述硅酮粉、芥酸酰胺和烷基硅烷偶联剂的重量比为1:(0.4-0.6):(0.1-0.2)。
通过采用上述技术方案，硅酮粉具有较好的爽滑性和耐磨性，芥酸酰胺具有良好的热稳定性和耐磨爽滑性，本申请中以较优比例的硅酮粉、芥酸酰胺和烷基硅烷偶联剂作为耐磨助剂，能够较好的与ABS树脂和玻璃纤维进行共混，在具有较好的补强性和分散性的同时，能够较好的提升制得的ABS材料的力学性能，应用于按键中能够提升制得的按键的耐磨性和抗打油性。
优选的，所述相容剂为马来酸酐接枝苯乙烯、马来酸酐接枝ABS中的任意一种。
通过采用上述技术方案，上述相容剂具有较好的相容性，能够进一步提升ABS树脂和玻璃纤维的共混稳定性，进而提升制得的ABS材料的性能。
优选的，所述阻燃剂为四苯基双酚A二磷酸酯、四苯基间苯二酚二磷酸酯、磷酸三苯酯、磷酸三辛酯中的任意一种。
通过采用上述技术方案，上述阻燃剂适用于本申请的ABS材料体系，能够较好的提升制得的ABS材料的热稳定性和阻燃性。
优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076中的任意一种。
通过采用上述技术方案，上述抗氧化剂具有较好的抗氧化性能，能够较好的提升制得的ABS材料的耐老化性能。
第二方面，本申请提供一种按键用高强ABS材料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种按键用高强ABS材料的制备方法，包括以下制备步骤：将ABS树脂、玻璃纤维、增韧剂、耐磨助剂、相容剂、阻燃剂、抗氧剂和色母加入至反应设备中，熔融、挤出成型并冷却造粒，制得按键用高强ABS材料。
通过采用上述技术方案，将各个原料进行均匀共混、并进行熔融挤出成型、冷却造粒，制备得到本申请的按键用高强ABS材料，以此制得的按键用高强ABS材料颗粒均匀，性能稳定。
优选的，熔融温度为235-255℃，挤出温度为220-250℃。
通过采用上述技术方案，较优的熔融温度能够使得各个原料均匀稳定地进行熔融共混，提升加工稳定性，较优的挤出稳定能够使得各个原料均匀稳定地挤出成型，以此制备得到性能均匀稳定的ABS材料。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请的按键用高强ABS材料，通过使用硅烷偶联剂、有机硅树脂和端羧基液体丁腈橡胶对玻璃纤维进行改性，将改性玻璃纤维与ABS树脂进行熔融共混，再复配以增韧剂、耐磨助剂、相容剂、阻燃剂和抗氧剂，以此制备得到具有较好的力学性能、抗冲击强度和韧性的高强ABS材料，应用于按键中具有较好的韧性、耐磨性和抗打油性。
2、通过使用较优比例的聚丙二醇二缩水甘油酯和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物作为增韧剂，两者产生较好的协同作用，能够较好的提升制得的ABS材料的力学性能、冲击强度和韧性。
3、通过使用较优比例的硅酮粉、芥酸酰胺和烷基硅烷偶联剂作为耐磨助剂，能够较好的与ABS树脂和玻璃纤维进行共混，在具有较好的补强性和分散性的同时，能够较好的提升制得的ABS材料的耐磨性，应用于按键中能够提升制得的按键的打油性。
4、本申请的制备方法简单，制得的按键用高强ABS材料颗粒均匀，性能稳定。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
以下为本申请的部分原料的来源和规格，本申请的制备例和实施例中的原料均可以通过市售获得，本申请的所有原料包括但不仅限于以下型号的原料，具有同等性能和参数的其他厂家和型号的原料均可以通用：
1、ABS树脂：金发科技KF-730；
2、玻璃纤维：长度0.2-0.4mm，直径10-30μm；
3、有机硅树脂：四海，9603有机硅树脂，固含量50％；
4、端羧基液体丁腈橡胶：工业级，含量99％，微黄色粘稠液体，CAS号：25265-19-4；
5、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物：阿克玛E-920；
6、硅酮粉：道康宁RM4-7081；
7、芥酸酰胺：白色颗粒，熔点78-81℃；
8、马来酸酐接枝ABS：型号KT-2,接枝率1.2-1.5％，熔融指数(200℃,5kg)：1.5-3.5g/10min；
9、马来酸酐接枝苯乙烯：型号KT-5，接枝率15-18％，熔融指数(200℃,5kg)：1-3g/10min。
改性玻璃纤维的制备例
制备例1
制备例1公开一种改性玻璃纤维，由以下步骤制得：
A1、将2kg玻璃纤维加入至6kg15wt％的氢氧化钠碱溶液中，在温度为25℃的条件下浸泡15min，后水洗至pH为8，在温度为80℃的条件下干燥20min，制得前处理玻璃纤维；
A2、向A1步骤中制得的前处理玻璃纤维中加入0.1kgKH560作为硅烷偶联剂，混合均匀后加入0.2kg有机硅树脂和0.15kg端羧基液体丁腈橡胶，升温至70℃，混合搅拌1h，在温度为110℃的条件下干燥20min，制得改性玻璃纤维。
制备例2-3
制备例2-3与制备例1的区别在于，原料的用量和制备条件不同，具体参见下表1。
表1制备例1-3的原料用量和制备条件表
制备例4
制备例4与制备例2的区别在于，有机硅树脂和端羧基液体丁腈橡胶的用量不同，制备例中的有机硅树脂的用量为0.32kg，端羧基液体丁腈橡胶的用量为0.07kg，其他与制备例2相同。
制备例5
制备例5与制备例2的区别在于，有机硅树脂和端羧基液体丁腈橡胶的用量不同，制备例中的有机硅树脂的用量为0.35kg，端羧基液体丁腈橡胶的用量为0.05kg，其他与制备例2相同。
制备对比例1
制备对比例1与制备例2的区别在于，将端羧基液体丁腈橡胶等量替换为有机硅树脂，其他与制备例2相同。
实施例
实施例1
实施例1公开一种按键用高强ABS材料，由以下步骤制得：
将5kgABS树脂、2.3kg制备例1制备的玻璃纤维、由0.5kg聚丙二醇二缩水甘油酯和0.5kg甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物组成的增韧剂、由0.3kg硅酮粉、0.3kg芥酸酰胺和0.2kg烷基硅烷偶联剂组成的耐磨助剂、0.6kg马来酸酐接枝ABS作为相容剂、0.5kg四苯基双酚A二磷酸酯作为阻燃剂、0.1kg抗氧化剂1010和0.05kg色母加入至双螺杆挤出机中，在温度为235℃的条件下熔融2h，混合均匀后挤出成型，挤出温度为220℃，挤出后冷却造粒，制得按键用高强ABS材料，其中，烷基硅烷偶联剂为十二烷基三甲氧基硅烷，色母为市售有机树脂专用色母粒，型号不限。
实施例2-3
实施例2-3与实施例1的区别在于，原料的用量和制备条件不同，玻璃纤维的来源也不同，具体参见下表2。
表2实施例1-3的原料用量、制备条件及玻璃纤维的来源表
实施例4-6
实施例4-实施例6与实施例2的区别在于，实施例4-6中的玻璃纤维的来源不同，具体参见下表3。
表3实施例4-6的玻璃纤维的来源表
| 实施例 | 玻璃纤维来源表 |
| 实施例4 | 制备例4 |
| 实施例5 | 制备例5 |
| 实施例6 | 制备对比例1 |
实施例7
实施例7与实施例4的区别在于，增韧剂的用量比不同，实施例7中的聚丙二醇二缩水甘油酯的用量为0.25kg，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的用量为1.25kg，其他与实施例4相同。
实施例8
实施例8与实施例4的区别在于，增韧剂的用量比不同，实施例8中的聚丙二醇二缩水甘油酯的用量为0.43kg，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的用量为1.07kg，其他与实施例4相同。
实施例9
实施例9与实施例7的区别在于，耐磨助剂的用量比不同，实施例9中的硅酮粉的用量为0.8kg，芥酸酰胺的用量为0.32kg，烷基硅烷偶联剂的用量为0.08kg，其他与实施例7相同。
实施例10
实施例10与实施例7的区别在于，耐磨助剂的用量比不同，实施例10中的硅酮粉的用量为0.67kg，芥酸酰胺的用量为0.4kg，烷基硅烷偶联剂的用量为0.13kg，其他与实施例7相同。
实施例11
实施例11与实施例2的区别在于，将聚丙二醇二缩水甘油酯等量替换为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，其他与实施例2相同。
实施例12
实施例12与实施例2的区别在于，将芥酸酰胺等量替换为硅酮粉，其他与实施例2相同。
实施例13
实施例13与实施例2的区别在于，将烷基硅烷偶联剂等量替换为硅酮粉，其他与实施例2相同。
对比例
对比例1
对比例1与实施例2的区别在于，玻璃纤维来源于市售，长度0.2-0.4mm，直径10-30μm，其他与实施例2相同。
对比例2
对比例2与实施例2的区别在于，将耐磨助剂等量替换为增韧剂，其他与实施例2相同。
性能检测试验
以下对实施例1-13和对比例1-2中制得的按键用高强ABS材料进行性能测试，首先使用模压成型设备将上述ABS材料制成日常使用的电脑键盘的按键(厚度为1.5±0.1mm)，再对该按键进行测试：
1、弯曲强度：
按照ASTM D790中的测试方法，进行弯曲强度(单位：kg/cm2)的检测，测试并记录测试数据；
2、冲击强度：
按照ASTM D256中的测试方法，进行冲击强度(单位：kg-cm/cm)的检测，测试并记录测试数据；
3、耐磨性：
按照D45 1010中的测试方法，使用磨损仪，在负荷为9N的条件下，将标准织物(平纹棉布)使用酸性汗液浸润，往复摩擦测试1000次，测试完成后对按键表面进行目测观察，观察按键表面是否出现打油的情况，检测并记录检测结果；
以下为实施例1-13和对比例1 -2的按键用高强ABS材料的性能检测数据，具体参见下表4。
表4实施例1-13和对比例1-2的按键用高强ABS材料的性能测试数据表
结合实施例1-6和对比例1并结合表4可以看出，使用本申请的制备方法制得的改性玻璃纤维能够提升制得的ABS材料的冲击强度的同时，还能够提升韧性，冲击强度可以达到12.7kg-cm/cm，弯曲强度可以达到762kg/cm2，经过耐磨试验测试后，制得的按键表面不出现打油的情况，具有较好的耐磨性和质感，对比例1中使用市售的玻璃纤维，制得的ABS材料应用于按键冲击强度和弯曲强度均降低，脆性提升，且按键的耐磨性降低，表面出现明显打油情况。
结合实施例1-3、实施例7-8和实施例11并结合表4可以看出，使用本申请的聚丙二醇二缩水甘油酯和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物作为增韧剂，具有较好的增韧效果，制得的ABS材料的冲击强度和弯曲强度提升，同时也能够提升以此制得的按键的耐磨性，实施例11中单独使用甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物作为增韧剂，制得的ABS材料的韧性和冲击强度均下降，且制得的按键表面出现轻微打油问题。
结合实施例1-3、实施例9-10和实施例12-13以及对比例2并结合表4可以看出，使用本申请的硅酮粉、芥酸酰胺和烷基硅烷偶联剂作为耐磨助剂，具有较好的改善耐磨性和韧性的作用，制得的ABS材料的冲击强度最好可以达到13.5kg-cm/cm，弯曲强度可以达到765kg/cm2，耐磨测试后按键的表面也没有打油的问题出现，实施例12-13中未使用较优比例的耐磨助剂，制得的ABS材料的韧性和冲击强度均下降，对比例2中将耐磨助剂等量替换为增韧剂，制得的ABS材料的韧性和冲击强度均下降，且耐磨测试后按键表面出现明显的打油情况。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种按键用高强ABS材料，其特征在于，由以下重量份的原料制得：
ABS树脂 50-70份
玻璃纤维 23-43份
增韧剂 10-20份
耐磨助剂 8-18份
相容剂 6-16份
阻燃剂 5-12份
抗氧剂 1-3份
色母 0.5-2份；
所述玻璃纤维为改性玻璃纤维，所述改性玻璃纤维由以下步骤制得：
A1、按重量份计，将20-40份玻璃纤维加入至60-80份15-25wt%的碱溶液中，在温度为25-40℃的条件下浸泡15-30min，水洗，干燥，制得前处理玻璃纤维；
A2、向A1步骤中制得的前处理玻璃纤维中加入1-3份硅烷偶联剂，混合均匀后加入2-3.5份有机硅树脂和0.5-2.5份端羧基液体丁腈橡胶，升温至70-80℃，混合搅拌1-2h，干燥，制得改性玻璃纤维，所述有机硅树脂为四海的9603有机硅树脂，固含量50%。
2.根据权利要求1所述的一种按键用高强ABS材料，其特征在于，所述有机硅树脂和所述端羧基液体丁腈橡胶的重量比为（3.2-3.5）:（0.5-0.7）。
3.根据权利要求1所述的一种按键用高强ABS材料，其特征在于，所述增韧剂为聚丙二醇二缩水甘油酯和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物组成，所述聚丙二醇二缩水甘油酯和所述甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的重量比为（0.2-0.4）:1。
4.根据权利要求1所述的一种按键用高强ABS材料，其特征在于，所述耐磨助剂由硅酮粉、芥酸酰胺和烷基硅烷偶联剂组成，所述硅酮粉、芥酸酰胺和烷基硅烷偶联剂的重量比为1:（0.4-0.6）:（0.1-0.2）。
5.根据权利要求1所述的一种按键用高强ABS材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝苯乙烯、马来酸酐接枝ABS中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种按键用高强ABS材料，其特征在于，所述阻燃剂为四苯基双酚A二磷酸酯、四苯基间苯二酚二磷酸酯、磷酸三苯酯、磷酸三辛酯中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种按键用高强ABS材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076中的任意一种。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的按键用高强ABS材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：将ABS树脂、玻璃纤维、增韧剂、耐磨助剂、相容剂、阻燃剂、抗氧剂和色母加入至反应设备中，熔融、挤出成型并冷却造粒，制得按键用高强ABS材料。
9.根据权利要求8所述的一种按键用高强ABS材料的制备方法，其特征在于，熔融温度为235-255℃，挤出温度为220-250℃。
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