CN1643056A - 具有良好表面状况的填充的抗风化的组合物 - Google Patents
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Abstract
公开一种玻璃纤维增强的热塑性模塑组合物,其适用于制备具有良好表面质量的产品。该组合物包含树脂共混物和填料组分。树脂共混物包含(i)20~50wt.%的接枝丙烯酸酯橡胶,(ii)2~10wt.%的第一共聚物,其含有由苯乙烯,(甲基)丙烯腈和马来酸酐衍生出的结构单元,(iii)20~80wt.%的聚酰胺,和(iv)0~40wt.%的第二共聚物,其含有由苯乙烯和(甲基)丙烯腈衍生出的结构单元,上述百分比基于(i),(ii),(iii)和(iv)的总量。本发明组合物的填料组分包含基于模塑组合物的重量的5%至50%的研磨玻璃纤维。可选地,本发明的组合物还包含有效量的硅灰石。该组合物制备的模塑产品显示出良好的机械性能和优异的表面质量。
Description
发明领域
本发明涉及一种玻璃纤维增强的热塑性组合物;特别地,本发明涉及一种包含接枝丙烯酸酯橡胶和聚酰胺的组合物,其适用于铸造具有良好表面质量的物品。
发明概述
本发明公开一种玻璃增强纤维的热塑性模塑组合物,其适用于制备具有良好表面质量的产品。该组合物包含树脂共混物和填料组分。树脂共混物包含(i)20~50wt.%的接枝丙烯酸酯橡胶,(ii)2~10wt.%的第一共聚物,其含有由苯乙烯,(甲基)丙烯腈和马来酸酐衍生出的结构单元,(iii)20~80wt.%的聚酰胺,和(iv)0~40wt.%的第二共聚物,其含有由苯乙烯和(甲基)丙烯腈衍生出的结构单元,该百分比基于(i),(ii),(iii)和(iv)的总量。本发明组合物的填料组分包含基于模塑组合物的重量5%至50%的研磨玻璃纤维。可选地,本发明的组合物还包含有效量的硅灰石。该组合物制备的模塑产品显示出良好的机械性能和优异的表面质量。
发明的详细说明
本发明的热塑性模塑组合物包含树脂共混物和填料组分。该树脂共混物包含:
(i)20wt.%至50wt.%,优选25wt.%至45wt.%的接枝丙烯酸酯橡胶(下称ASA),
(ii)2wt.%至10wt.%,优选4wt.%至8wt.%的第一共聚物,其重均分子量为60,000至180,000,优选100,000至140,000g/mol,并且含有由苯乙烯(包括由卤素或烷基取代的苯乙烯或α-甲基苯乙烯),(甲基)丙烯腈和马来酸酐衍生出的结构单元,和
(iii)20wt.%至80wt.%,优选25wt.%至60wt.%的聚酰胺,
(iv)0至40wt.%,优选5wt.%至25wt.%的第二共聚物,其重均分子量为70,000至200,000,优选105,000至155,000g/mol,并且其结构含有只由苯乙烯和(甲基)丙烯腈衍生出的单元。
本发明的填料组分包含5至50,优选20至40百分比的研磨玻璃纤维,该纤维具有约1/64”至1/16”的平均长度,所述百分比基于模塑组合物的重量。
可选地,本发明组合物可进一步包含多达25重量百分比,优选多达22重量百分比(基于模塑组合物的重量)的有效量的硅灰石,硅灰石为颗粒状,具有20至300,优选40至200微米的平均长度和2至20,优选3至10微米的粒径。
ASA树脂
组分(a),即ASA树脂(丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物)是已知的冲击改性的,基本上为热塑性的树脂,它包含SAN基体,丙烯酸酯弹性体作为抗冲击改性剂分散在基体中。可商购的有利的ASA树脂包括交联的(甲基)丙烯酸酯弹性体,交联的SAN共聚物和基本上为线型的SAN共聚物。甲基化的苯乙烯如α-甲基苯乙烯或乙烯基甲苯可全部地或部分地代替苯乙烯。
ASA树脂可用各种已知的方法制备,包括乳液或本体聚合。优选的ASA树脂为核-壳结构;该结构是本领域熟知的并且在US3944631中已经公开,该专利作为参考并入本文。该树脂的(甲基)丙烯酸酯核部分由丙烯酸或甲基丙烯酸的烷基酯,芳基酯或芳烷基酯组成。这可用两步法制备,其中用热塑性壳包覆(甲基)丙烯酸酯弹性体核(它可至少部分交联,如采用已知的引入多官能团的乙烯基化合物的方法),该热塑性壳为聚甲基丙烯酸甲酯,聚苯乙烯,苯乙烯-丙烯腈共聚物或类似的乙烯基(共)聚合物。
其它可有利地用于本发明组合物的ASA树脂为US3655824,US3830878,US3991009,US4433102,US4442263和US4409363中公开的那些类型,所有这些专利作为参考并入本文。这些ASA树脂为热塑性树脂,典型地由丙烯酸酯,苯乙烯(或α-甲基苯乙烯)和丙烯腈制得。该树脂显示出良好的抗冲击,抗热变形和抗风化性能。
本发明组合物的ASA组分占20至50wt.%,优选25至45wt.%,该百分比基于树脂共混物的重量。
第一共聚物
重均分子量为60,000至180,000,优选100,000至140,000g/mol的第一共聚物含有由苯乙烯(包括由卤素或烷基取代的(α-甲基)苯乙烯),(甲基)丙烯腈和马来酸酐衍生出的结构单元。
在结构上,第一共聚物包含50wt.%至90wt.%,优选60wt.%至80wt.%的由苯乙烯衍生的单元,10wt.%至50wt.%,优选20wt.%至40wt.%的由(甲基)丙烯腈衍生的单元和0.2wt.%至30wt.%,优选0.5wt.%至5wt.%的由马来酸酐衍生的单元,该重量百分比基于第一共聚物指定结构组分的重量。第一共聚物的制备方法是常规的。
第一共聚物在本发明的组合物中占2wt.%至10wt.%,优选4wt.%至8wt.%,该百分比基于树脂共混物的重量。
聚酰胺树脂
本发明使用的聚酰胺树脂是本领域熟知的,它包括具有至少5,000分子量的半结晶的和无定型的树脂,通常指尼龙。适宜的聚酰胺的例子包括US2071250,US2071251,US2130523,US2130948,US2241322,US2312966,US2512606和US3393210中公开的那些聚酰胺,所有这些专利作为参考并入本文。
聚酰胺可由等量的含有4至12碳原子的饱和二羧酸和含4至14碳原子的二胺缩聚制备。可使用过量的二胺,这样可使聚酰胺中的胺基末端基团多于羧基末端基团。聚酰胺的例子包括聚己二酰己二胺(尼龙66),聚壬二酰己二胺(尼龙69),聚癸二酰己二胺(尼龙610)和聚十二烷基二酰己二胺(尼龙612),由内酰胺开环制备的聚酰胺,如聚己内酰胺,聚十二内酰胺,聚-11-氨基-十一烷基二酸,二(对氨基环己基)甲烷十二烷基二酰二胺。还可以通过两种上述聚合物共聚或上述聚合物以其组分三元共聚,制备用于本发明的聚酰胺,后者的例子如己二酸-异酞酸(isophthalic)-己二胺共聚物。优选地,聚酰胺为线型的,其熔点超过200℃。这里使用的术语“尼龙”是指本领域技术人员公知的含有常规化合成分的尼龙。聚酰胺树脂的例子为尼龙4,尼龙6,尼龙7,尼龙8,尼龙9,尼龙11,尼龙12,尼龙66,尼龙610等等。这些聚酰胺树脂可以单独使用,也可以混合使用。
本发明组合物的聚酰胺组分占基于树脂共混物的重量的20wt.%至80wt.%,优选25wt.%至60wt.%。
第二共聚物
第二共聚物具有70,000至200,000,优选105,000至155,000g/mol的重均分子量,其结构含有只由苯乙烯和(甲基)丙烯腈衍生出的单元,其中由苯乙烯衍生出的结构单元数约为55至85%,由丙烯腈衍生出的结构单元为15至45%,该百分比基于第二共聚物的指定结构组分的总重量。第二共聚物的制备方法是常规的。
第二共聚物在本发明的组合物中占基于树脂共混物的重量的0至4wt.%,优选5wt.%至25wt.%。
填料组分
填料组分在本发明的组合物中占5wt.%至50wt.%,优选20wt.%至40wt.%,该百分比基于模塑组合物的重量。填料基本上为研磨玻璃纤维,即平均长度约为1/64”至1/16”的玻璃纤维。在本发明的另外的实施方式中,填料为研磨玻璃纤维和硅灰石的共混物。
研磨玻璃纤维
研磨玻璃纤维已经作为填料广泛地用于聚合体系,例如,见US4381352,US4680214和US4861803。用于工业的标准的研磨玻璃纤维具有约16微米的直径和约1/64”至1/16”的平均长度。关于研磨玻璃纤维更详细的信息已经在S.H.Metzger,Jr.和K.Seel发表于J.Cell.Plastics的“High Modulus RIM Elastomers forAutomotive Extedor Body Panels”,268~273(1981)和US4381352中公开了,这些都作为参考并入本文。玻璃纤维的长度可用各种方式表示,如平均纤维长度或容积密度。例如,平均长度“1/16-英寸”的研磨玻璃纤维约为0.006英寸(0.253mm),该纤维的容积密度约为0.500g/cm3。现在已经发现,直径为10至20微米的研磨玻璃纤维在作为填料用于本发明的组合物时,有意想不到的优点。
本发明组合物包含基于模塑组合物的重量5%至50%,优选20%至40%的研磨玻璃纤维。
可选的组分
对其颗粒的物理尺寸进行表征,本发明范围内的可选的硅灰石组分的中径(D50)约为2至20,优选3至10,最优选4至10微米,其长度约为20至300,优选30至250,最优选40至200微米。将硅灰石的中径按照等量的圆径用Sedigraph(X-ray)测量。长度(体积加权平均值)通过用显微镜分析图像测量。本发明组合物中可选的硅灰石的量为有效量,最多25%,优选最多22%(该百分比基于模塑组合物的重量)。
本发明的组合物中还可包含本领域已知的其它添加剂,这些添加剂以有效量加入,起到本领域已知的作用。这些添加剂包括阻燃剂,脱模剂,润滑剂和稳定剂,其包括热稳定剂,水解稳定剂和UV稳定剂,还有染料和颜料。
本发明的组合物相比于那些含碎玻璃纤维或硅灰石或碎玻璃纤维和硅灰石共混物的组合物,具有明显的优点。与上面那些比较,本发明组合物的表面质量得到了令人惊奇地和意想不到地改善。
本发明组合物的制备方法是常规的,可通过下列工序实施,并采用本领域技术人员熟知的装置。
参考下列实施例,能够更好地理解本发明,这些实施例用于说明,而不是限制,并且这些实施例是经过深思熟虑的最好的实施本发明的方式。
实施例
制备根据本发明的和对比实施例的组合物,测定其性能;对测定性能的概括列于下表中。除下面所示的组分外,每种组合物还进一步地包含相同数量的添加剂,包括抗氧化剂,光吸收剂,光稳定剂和颜料,在本发明中,它们并不是至关重要的。
通过目视检查评估组合物模塑产品的表面状况,看其是否存在污点,条纹和颜色不均匀的局部。在下面所述的评估中,为了使表面缺陷更加明显,组合物中还添加了黑色颜料。
对比实施例
下表显示了不在本发明范围内的相应组合物的结果,所有组合物都基于ASA并含有本发明的玻璃纤维。
按照下面概括的工序实施组合物的混合和试样的模塑:
混合
挤出机: | ZSK 30-mm双螺杆挤出机 |
熔融温度: | 分别在区域1,2,3,4,5和冲模中设为:200℃,240℃,270℃,280℃,285℃,250℃ |
螺杆速度: | 30rpm |
注射模塑
模塑机: | New Britain 200-Ton |
熔融温度: | 分别在区域1,2,3和喷嘴处设为:500°F,500°F,500°F,500°F |
模塑温度: | 设为:180°F |
被测试的组合物均由相同的树脂组分和添加剂组成,以下是对其性能的描述。
每种组合物的树脂部分包含35.0wt%的具有双峰粒径分布的橡胶,其峰值的平均粒径为0.4微米和0.15微米。这两种形式中都包含苯乙烯-丙烯腈共聚物,该共聚物接枝在核-壳结构的橡胶基材上。
核包含苯乙烯,壳为交联的聚丙烯酸丁酯
6.0wt.%苯乙烯,丙烯腈和马来酸酐的共聚物(各组分的摩尔数为66.5/32.5/1%;共聚物的重均分子量为115,000g/mol)。
44wt.%的聚酰胺6,根据ASTM D789测得其相对粘度分子量(蚁酸)为48。
15.0wt.%苯乙烯-丙烯腈的共聚物,两种组分各为67.5wt.%和32.5wt.%,并且重均分子量为133,000k/mol。
每种组合物包含:
1pphr(每一百份树脂重量中的份数)十八烷基-3,5-二叔丁基-4-羟基-氢化肉桂酸酯抗氧化剂;0.5pphr硫代二丙酸二(十八酯)抗氧化剂;0.25pphr2-(2’-羟基-3’,5’-二叔戊基苯基)苯并三唑光吸收剂;0.25pphr二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯光稳定剂和0.25pphrN,N’-亚己基-二[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酰胺]。每种组合物中还包含4.3pphr含碳黑(基于浓色母料重量的25%)的浓色母料和75wt.%SAN共聚物(31wt.%丙烯腈)。在本发明中,不认为这些添加组分是至关重要的。
基于模塑组合物的重量百分比 | C-1 | C-2 | C-3 | C-4 | Exp-1 | Exp-2 | Exp-3 | Exp-4 | Exp-5 | Exp-6 |
碎玻璃纤维,1/8″1 | 30.0 | 15.0 | ||||||||
硅灰石,8μm2 | 30.0 | |||||||||
硅灰石,58μm3 | 30.0 | 15.0 | 15.0 | 15.0 | 15.0 | |||||
研磨玻璃纤维,1/16″4 | 30.0 | 15.0 | ||||||||
研磨玻璃纤维,1/32″5 | 30.0 | 15.0 | ||||||||
研磨玻璃纤维,1/64″6 | 30.0 | 15.0 | ||||||||
表面质量 | 3 | 4 | 5 | 5 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
粘度(1000l/s,260℃)Pa-S | 294 | 276 | 295 | 303 | 269 | 285 | 290 | 278 | 268 | 288 |
Vicat7(1Kg),℃ | 205 | 198 | 196 | 203 | 198 | 197 | 195 | 199 | 198 | 195 |
Vicat(5Kg),℃ | 124 | 115 | 116 | 125 | 114 | 116 | 114 | 116 | 116 | 114 |
DTUL8,66psi)0.46MPa),℃ | 192 | 137 | 131 | 183 | 145 | 125 | 103 | 148 | 137 | 105 |
DTUL,264psi(1.8MPa),℃ | 104 | 89 | 90 | 102 | 91 | 90 | 81 | 90 | 89 | 83 |
基于模塑组合物的重量百分比 | C-1 | C-2 | C-3 | C-4 | Exp-1 | Exp-2 | Exp-3 | Exp-4 | Exp-5 | Exp-6 |
lzod9(1/8″atRT10),ft-lb/in | 2.1 | 1.0 | 0.8 | 1.0 | 1.4 | 1.2 | 1.0 | 0.8 | 0.8 | 0.7 |
lzod9(1/8″at-30℃),ft-lb/in | 1.3 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.6 | 0.6 | 0.7 | 0.6 | 0.7 |
lzod9(1/4″at RT),ft-lb/in | 2.1 | 0.8 | 0.8 | 1.1 | 1.3 | 1.2 | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 0.8 |
lzod9(1/4″at-30℃),ft-lb/in | 1.2 | 0.6 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
屈服时的挠曲11强度 | 23780 | 14300 | 14650 | 18420 | 13990 | 14650 | 12720 | 13720 | 14500 | 13125 |
挠曲模量×10-5,psi | 9.4 | 7.1 | 7.2 | 9.2 | 6.4 | 6.4 | 4.9 | 6.2 | 6.6 | 5.4 |
屈服时的抗张10强度 | 无屈服 | 7860 | 7975 | 无屈服 | 7860 | 8110 | 6920 | 7640 | 7975 | 7250 |
断裂时的抗张强度 | 13830 | 7135 | 7350 | 10470 | 7395 | 7760 | 6470 | 7280 | 7700 | 6760 |
断裂时的拉伸,% | 4.4 | 10.0 | 9.7 | 3.1 | 5.3 | 5.0 | 7.1 | 6.4 | 7.1 | 12.0 |
抗张模量×10-5,psi | 11.9 | 9.5 | 9.8 | 11.8 | 8.3 | 8.4 | 7.0 | 8.3 | 8.3 | 7.3 |
a-目视评估,分成六种不同的质地(其各自的粗糙度不同),并且用“好”(1)至“劣质”(5)对表面质量分等级。目视等级的基线为未填充的ASA的等级,该等级为1。
1-碎玻璃,具有1/8”的平均长度和10微米的平均长丝直径,PPG 3540。
2-硅灰石,平均粒度为8微米,Nyco的产品。
3-硅灰石,平均粒度为5微米,Nyco的产品。
4-研磨玻璃纤维,平均长度为1/16”和平均长丝直径为15.8微米,OwensCorning的产品。
5-研磨玻璃纤维,平均长度为1/32”和平均长丝直径为15.8微米,OwensCorning的产品。
6-研磨玻璃纤维,平均长度为1/64”和平均长丝直径为15.8微米,OwensCorning的产品。
7-Vicat指ASTM D1525,用所示的外加负载。以2℃/min的速度升高油的温度。
8-DTUL指ASTM D648,用所述的外加负载。以2℃/min的速度升高油的温度。
9-lzod指ASTM D256,在所示温度下(RT指室温)。样品尺寸为6.35cm×1.27cm×所示厚度。用半径0.25cm的凹口研磨试样,保持中点的高度为10.2m
10-根据ASTM D-638,在室温下,用Instron Univeral Machine以5mm/分的十字头速度,测试抗张性能。1型拉伸试条。
11-根据ASTM D-790,在室温下,用Instron Univeral Machine以0.05in/分的十字头速度,测试挠曲性能。试样尺寸为6.35cm×1.27cm×3.18cm。
虽然在前面为了说明,已经详细地公开了本发明,但是应理解,那些细节只是出于本发明的目的,而本领域技术人员在不背离本发明精神和范围地情况下,在权利要求限定之外,还可以作出各种改动。
Claims (8)
1.一种热塑性模塑组合物,包含如下的树脂共混物:
(i)20%至50%的接枝丙烯酸酯橡胶,
(ii)2%至10%的第一共聚物,其重均分子量为60,000至180,000g/mol,含有由苯乙烯,(甲基)丙烯腈和马来酸酐衍生出的结构单元,和
(iii)20wt.%至80wt.%的聚酰胺,
(iv)0至40%的第二共聚物,其重均分子量为70,000至200,000,优选105,000至155,000g/mol,其结构含有只由苯乙烯和(甲基)丙烯腈衍生出的单元
上述百分比基于所述共混物的重量,
和基于该模塑组合物重量的5wt.%至50wt.%的填料组分,其含有平均长度约为1/64”至1/16”的研磨玻璃纤维。
2.如权利要求1所述的热塑性模塑组合物,其中填料进一步包含基于模塑组合物的重量最多25wt.%的有效量的硅灰石,硅灰石为颗粒状,具有20至300微米的重均颗粒长度和2至20微米的中值粒径。
3.如权利要求1所述的热塑性模塑组合物,其中接枝丙烯酸酯橡胶的含量为25%至45%。
4.如权利要求1所述的热塑性模塑组合物,其中第一共聚物含量为4%至8%。
5.如权利要求1所述的热塑性模塑组合物,其中第一共聚物包含50wt.%至90wt.%由苯乙烯衍生的结构单元,10wt.%至50wt.%由(甲基)丙烯腈衍生的结构单元和0.2wt.%至30wt.%由马来酸酐衍生的结构单元。
6.如权利要求1所述的热塑性模塑组合物,其中聚酰胺含量为25wt.%至60wt.%。
7.如权利要求3所述的热塑性模塑组合物,其中硅灰石以最多22%的有效量存在,其中值粒径为3至10微米,其长度为30至250微米。
8.如权利要求1所述的热塑性模塑组合物,其中填料组分包含基于模塑组合物重量的20wt.%至40wt.%的研磨玻璃纤维。
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