CN118063950A - 一种pc复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PC复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。该材料通过在基体PC树脂中引入特定分子量的SAN树脂和ASA树脂，并且对ASA树脂中的丙烯腈含量做特殊限定，不仅产品可保障良好的耐候性和抗变形能力，同时依然可以保留PC树脂本身的易加工性。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种PC复合材料及其制备方法。
背景技术
PC/ASA合金材料是一种兼具ASA(苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯三元聚合物)耐候性、化学稳定性和易加工性以及PC(聚碳酸酯)力学强度和耐温性的聚合物合金材料，理论上非常适用于汽车零部件制备当中。
然而PC/ASA合金材料并不具备力学的耐老化性能和抗变形能力，尤其是应用在汽车的进气格栅部件时，如果无法实现预期的耐候性能、抗变形性能和尺寸稳定性，该部件将会在使用一段时间后发生严重变形，不仅影响进气效率，甚至可能导致安全问题。虽然现有技术中通过引入诸如聚丙烯酸酯或者PMMA系共聚物以提升产品的耐候性能，但这些产品的抗变形能力仍无法达到使用要求，同时由于引入配料的原因，产品的可加工性也受到影响。
发明内容
基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种PC复合材料，该材料通过在基体PC树脂中引入特定分子量的SAN(苯乙烯-丙烯腈共聚物)树脂和ASA树脂，并且对ASA树脂中的丙烯腈含量做特殊限定，不仅产品可保障良好的耐候性和抗变形能力，同时依然可以保留PC树脂本身的易加工性。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种PC复合材料，包括以下重量份的组分：
PC树脂90～110份、ASA树脂14～45份、SAN树脂0.5～12份；
所述ASA树脂的重均分子量为100000～200000，丙烯腈含量≥20％；
所述SAN树脂的重均分子量为180000～250000。
PC树脂本身具有理想的易加工性和力学强度，流动性好，但这也导致了PC系复合材料极度容易变形，尺寸稳定性差，并且由于其本质属于易水解氧化类型塑料，因此耐候性能也不理想，基于该技术困境，本发明技术方案中，发明人采用特定分子量和丙烯腈含量的ASA树脂进行复配，与常规PC/ASA合金材料不同的是，本发明技术方案还引入了部分特定分子量的SAN树脂进行复配，在该树脂体系中，ASA树脂具有理想的弹性分子交联性，并且其不具有诸如双键结构等不稳定基团，在复配SAN树脂后，产品的耐候性和尺寸稳定性显著提升，同时当所述ASA树脂中的丙烯腈含量达到20％及以上时，其所赋予产品的抗变形性大幅度提升，并且不会直接影响到产品的流动性，产品的加工性能依然优异。
优选地，所述ASA树脂的重量份数为14份、15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份中的一者或任意两者的范围值；所述SAN树脂的重量份数为0.5份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、8份、10份、12份中的一者或任意两者的范围值。
优选地，所述ASA树脂和SAN树脂的质量之比为10：(0.5～1.5)。
如上文所述，ASA树脂和SAN树脂在一定程度上会有效提升产品的尺寸稳定性和抗变形能力，同时也会对产品的加工性能存在影响，当ASA树脂和SAN树脂按照上述配比引入至PC树脂中时，产品的综合性能最佳。
优选地，所述ASA树脂的重均分子量为160000～180000。
所述ASA树脂的重均分子量通过GB/T 27843-2011标准测试确认。
ASA树脂的分子量改变，其分子链长度以及引入至PC树脂中的交联程度也会有所改变，当选择上述范围分子量的ASA树脂时，制备的产品综合性能更优。
优选地，所述ASA树脂中，丙烯酸酯的含量为20～60％。
优选地，所述ASA树脂的丙烯腈含量为20～30％。
更优选地，所述ASA树脂的丙烯腈含量为20～25％。
更优选地，所述ASA树脂的丙烯腈含量为21～26.5％
所述ASA树脂的丙烯腈含量通过以下方法标准测试确认：
将产品在热压机上进行熔融热压，热压温度为260℃，热压压力为0.5MPa，保持在该温度和压力下5s，待热压薄膜冷却后制得约0.1mm厚的薄膜。将薄膜固定在样品架上，然后置于样品仓中进行透射测试，扫描范围4000～400cm-1，扫描次数16次，分辨率4cm，分束器KBr，检测器DTGS，OMNIC 9.8软件处理数据。
选择2237cm-1CN伸缩振动吸收峰表征丙烯腈(AN)含量，770cm-1苯乙烯Sty吸收峰为内标参比，分别用本苯乙烯标准物质配成不同比例，计算特征吸收峰的相对峰高，并计算AN特征吸收峰与Sty特征吸收峰的峰高比值。以峰高比值为纵坐标，不同组分含量为横坐标建立标准曲线。
丙烯腈线性回归方程y＝0.561x+0.002，相关系数为0.991。
通过标准曲线即可获得各组分相对含量，随后代入以下公式即可得到各组分相对百分含量:
An％＝MAn/(MAn+MSty+MMMA)*100
所述ASA树脂的丙烯腈含量的准确度为±0.5％。ASA树脂中的丙烯腈含量对于产品的刚韧性和抗变形能力有所影响，当ASA树脂的丙烯腈含量优选在20～25％范围内时，产品可实现最佳的抗变形能力和尺寸稳定性。
优选地，所述SAN树脂的重均分子量为190000～200000。
所述SAN树脂的重均分子量通过GB/T 27843-2011标准测试确认。
与ASA树脂类似，SAN的分子量改变对于其使用效果也有影响，当优选在上述范围时，其使用效果最佳。
优选地，所述SAN树脂中，丙烯腈含量为10～50％。
优选地，所述PC树脂为双酚A型PC树脂。
优选地，所述PC树脂的重均分子量为15000～25000。
所述PC树脂的重均分子量通过GB/T 27843-2011标准测试确认。
优选地，所述PC复合材料中，PC树脂的质量百分含量≥60wt％。
优选地，所述PC复合材料的组分中还包括0.01～1份阻燃剂以及0.01～1份抗菌剂。
在制备诸如汽车零部件产品时，为了拓宽其应用领域，本领域技术人员可以在不影响产品的加工性、耐候性能、抗变形性和尺寸稳定性的前提下引入阻燃剂和抗菌剂赋予产品阻燃性能和抗菌性。
更优选地，所述聚碳酸酯组合物的组分还可以包括0.01～1份填充剂、0.01～1份抗氧剂、0.01～1份增韧剂、0.01～1份相容剂中的至少一种。
基于实际产品的需要，本领域技术人员还可以在不影响产品性能的前提下适当引入一些PC/ASA合金产品中常见引入的一些其他功能组分，例如提升刚性的填充剂，提升产品抗氧性的抗氧剂以及提升产品韧性的增韧剂等等。
本发明的另一目的在于提供所述PC复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将各组分混合均匀后，在螺杆挤出机中熔融挤出造粒，即得所述PC复合材料。
本发明所述PC复合材料的制备方法操作步骤简单，可实现工业化规模生产。
优选地，所述螺杆挤出机的温度区间设置为：250～280℃，螺杆转速为300～600r/min，螺杆长径比为48:1。
本发明的再一目的在于提供所述PC复合材料在制备汽车零部件中的应用。
优选地，所述汽车零部件为进气格栅。
本发明所述PC复合材料可加工性高，螺旋线长度高达470以上，同时尺寸稳定性好，抗变形能力优异，并且耐候性能好，非常适用于进气格栅这类长期需要在湿热环境下应用的零部件制备当中。
本发明的有益效果在于，本发明提供了一种PC复合材料及其制备方法，该材料通过在基体PC树脂中引入特定分子量的SAN树脂和ASA树脂，并且对ASA树脂中的丙烯腈含量做特殊限定，不仅产品可保障良好的耐候性和抗变形能力，同时依然可以保留PC树脂本身的易加工性。
附图说明
图1为本发明效果例1中抗变形测试的待测进气格栅样品示意图。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例及对比例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施所涉及的实验试剂及仪器，除非特别说明，均为常用的普通试剂及仪器。
实施例1～17
本发明所述一种PC复合材料及其制备方法的一种实施例，所述PC复合材料的组成成分如表1所示。
所述PC复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将配方中全部组分经过高混机混合均一后，从主喂料口送入双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出并造粒，即得所述PC复合材料。
所述组分在熔融共混挤出时，所述双螺杆挤出机的温区设置为一区250℃、二区260℃，三区260℃，四区260℃，五区270℃，六区270℃，七区270℃，八区280℃，九区280℃，十区280℃，十一区270，十二区270℃，螺杆转速为400rpm，螺杆长径比为48:1。
对比例1～9
各对比例与实施例的差别仅在于组分种类及配比不同，如表2所示。
各实施例及对比例所述组分中，
所述PC树脂1为LG化学生产PC 1300 10NP，重均分子量为20000；
所述PC树脂2为日本出光生产PC FN1900，重均分子量为19000；
所述ASA树脂1为德国巴斯夫生产Luran S 757R，重均分子量160000，丙烯腈含量22.1％；
所述ASA树脂2为德国巴斯夫生产Luran S 796M，重均分子量180000，丙烯腈含量22.3％；
所述ASA树脂3为德国巴斯夫生产Luran S 777K，重均分子量100000，丙烯腈含量24.3％；
所述ASA树脂4为德国巴斯夫生产Luran S 778T，重均分子量200000，丙烯腈含21.2％；
所述ASA树脂5为德国巴斯夫生产Luran S 797S，重均分子量190000，丙烯腈含量26.5％；
所述ASA树脂6为德国巴斯夫生产Luran S 757G，重均分子量90000，丙烯腈含量26.2％；
所述ASA树脂7为德国巴斯夫生产Luran S 776S，重均分子量220000，丙烯腈含量21.5％；
所述ASA树脂8为德国巴斯夫生产Luran S KR2859，重均分子量180000，丙烯腈含量为19.1％；
所述SAN树脂1为中国台湾奇美生产PN-137H，重均分子量为190000；
所述SAN树脂2为中国台湾奇美生产PN-127，重均分子量为200000；
所述SAN树脂3为中国台湾奇美生产PN-106，重均分子量为180000；
所述SAN树脂4为中国台湾奇美生产PN-138H，重均分子量为250000；
所述SAN树脂5为中国台湾奇美生产PN-107L125，重均分子量为100000；
所述SAN树脂6为中国台湾奇美生产PN-117H L150，重均分子量为270000；
所述耐候助剂为旭化成生产LP-1，PMMA，重均分子量为25000。
本发明各实施例及对比例所用组分原料除非特别说明，否则均为市售原料，且各平行实验中所使用的组分原料均为同种。
表1
表2
| 组分重量份 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | 对比例7 |
| PC树脂1 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| ASA树脂1 | 30 | 30 | 30 | 30 | |||
| ASA树脂6 | 30 | ||||||
| ASA树脂7 | 30 | ||||||
| ASA树脂8 | 30 | ||||||
| SAN树脂1 | 3 | 3 | 3 | ||||
| SAN树脂5 | 3 | ||||||
| SAN树脂6 | 3 | ||||||
| 耐候助剂 | 3 |
效果例1
为了验证本发明所述PC复合材料的性能，将各实施例和对比例所制备得到的产品进行下述性能测试，具体步骤如下：
(1)抗变形性测试：将各样品通过模具注塑成如图1所示1455*935*192尺寸的进气格栅，随后置入电磁式振动试验机中，在50Hz振动频率下在-20℃和60℃下分别震动30min，记录横线尺寸的变化率，若尺寸变化率≤2mm则判断样品抗变形性合格，否则不合格；
(2)尺寸稳定性测试：将样品注塑成100*100*2mm的测试样板，记录样板长度L0，随后在80℃下保温24h，测量样板长度L1，计算尺寸变化率，计算公式为(L1-L0)/L0×100％；
(3)螺旋线长度测试：固定注塑温度为260℃，注塑压力为50％，注塑速度为50％，保压时间为3s，冷却时间为5s，模具温度为80℃，连续注塑20模后，读取第15模到第20模的螺旋线长度刻度并记录计算求得平均值作为最终结果。在相同的测试条件下，螺旋线长度越长，注塑加工性越好；
(4)耐候性测试：将样品在85℃、85％相对湿度环境下静置1000h，根据ISO 1133-2011测试塑料粒子静置前后的熔体流动速率,测试条件300℃，1.2KG，并统计变化率，变化率越小，说明样品的耐候性越好。
测试结果如表3和4所示。
表3
表4
| 测试项目 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | 对比例7 |
| 抗变形性 | 不合格 | 不合格 | 不合格 | 不合格 | 不合格 | 不合格 | 不合格 |
| 尺寸稳定性(％) | 2.2 | 1.5 | 1.1 | 0.7 | 1.0 | 0.8 | 0.6 |
| 螺旋线长度 | 480 | 540 | 501 | 520 | 497 | 513 | 463 |
| 耐候性(％) | 16 | 10 | 14 | 28 | 20 | 16 | 17 |
从表3和表4可知，本发明所述产品螺旋线长度高达470以上，加工性好，同时各实施例产品在抗变形测试中全部合格，尺寸稳定性测试中尺寸变化率可以维持在0.6％及以下，而耐候测试中熔体流动速率变化率则可以维持在15％及以下，综合性能优异。相比之下，对比例1所述产品是不引入任何额外助剂的PC/ASA合金材料，该产品尺寸稳定性不理想，并且耐候性差，而在此基础上，对比例2进一步引入了现有工艺中经过用于改善产品耐候性的耐候助剂，虽然该产品耐候性有所提升，但产品的尺寸稳定性和抗变形性依然并不理想，不适用于诸如进气格栅这类零部件制备中。根据实施例2、实施例6～9以及对比例3～5可以看出，即使本领域技术人员制备了PC/ASA/SAN合金产品，但如果选择的ASA树脂种类不当，其依然难以实现预期效果，以对比例3和4为例，这两个产品中使用的ASA树脂的分子量过大或过小，产品的抗变形和耐候性能无法达标，相比之下，实施例2和实施例6～9产品的性能合格，而实施例2和实施例6产品的分子量优选160000～180000范围内，综合性能更佳；另一方面，对比例5产品中的ASA树脂的丙烯腈含量不足20％，产品无法实现预期的尺寸稳定性，而实施例2和实施例6～9产品中ASA树脂的丙烯腈含量达到20％以上，因此产品性能合格，进一步地，实施例2和实施例6以及实施例9对比可知，当丙烯腈含量在20～30％范围内时，产品的综合性能更佳。
类似地，从实施例2、实施例10～12以及对比例6～7可以看出，SAN树脂的选择需要着重考量分子量，当分子量过小或过大，产品的性能同样难以达到预期，必须限定在180000～250000范围内，当进一步优选为190000～200000范围内时，产品的性能更优。
根据实施例2和实施例13～16可以看出，当PC树脂和ASA树脂一定时，复配的SAN树脂优选ASA树脂和SAN树脂的复配比为10：(0.5～1.5)时，产品的综合性能更优。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种PC复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：
PC树脂90～110份、ASA树脂14～45份、SAN树脂0.5～12份；
所述ASA树脂的重均分子量为100000～200000，丙烯腈含量≥20％；
所述SAN树脂的重均分子量为180000～250000。
2.如权利要求1所述PC复合材料，其特征在于，所述ASA树脂和SAN树脂的质量之比为10：(0.5～1.5)。
3.如权利要求1所述PC复合材料，其特征在于，所述ASA树脂的重均分子量为150000～180000。
4.如权利要求1所述PC复合材料，其特征在于，所述ASA树脂的丙烯腈含量为20～30％。
5.如权利要求1所述PC复合材料，其特征在于，所述SAN树脂的重均分子量为190000～200000。
6.如权利要求1所述PC复合材料，其特征在于，所述PC树脂的重均分子量为15000～25000。
7.如权利要求1～6任一项所述PC复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将各组分混合均匀后，在螺杆挤出机中熔融挤出造粒，即得所述PC复合材料。
8.如权利要求1～6任一项所述PC复合材料在制备汽车零部件中的应用。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述汽车零部件为进气格栅。
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