CN1699468A - 聚碳酸酯/丙烯腈－丁二烯－苯乙烯三元共聚树脂/聚对苯二甲酸丁二醇酯合金材料 - Google Patents

聚碳酸酯/丙烯腈－丁二烯－苯乙烯三元共聚树脂/聚对苯二甲酸丁二醇酯合金材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及聚碳酸酯PC/丙烯腈－丁二烯－苯乙烯三元共聚树脂ABS/聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT合金材料，更具体的为一种由PC、ABS、PBT及增容剂组成的合金材料。以及此合金材料的制备方法。本发明合金材料，其组成按重量百分比计为：PC 40－70％，ABS 70－40％，PBT 5－10％，增容剂3－10％，抗氧剂0.2－2.0％，其中，所述增容剂为马来酸酐接枝改性的ABS树脂；本发明合金材料的其制备方法是将PC、ABS、PBT、增容剂、抗氧剂混合物置于双螺杆挤出机经熔融挤出，造粒。该复合材料具有制备工艺简单、成本低、缺口冲击强度高、尺寸稳定性良好、耐热性能优良等特点，同时又能和金属之间具有良好粘合性能。

Description

聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚树脂/聚对苯二甲酸丁二 醇酯合金材料
技术领域
本发明涉及聚碳酸酯(PC)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚树脂ABS/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)合金材料，更具体的为一种由PC、ABS、PBT及增容剂组成的合金材料。以及此合金材料的制备方法。
背景技术
聚碳酸酯PC具有突出的冲击韧性、透明性和尺寸稳定性、优良的机械强度、电绝缘性，使用温度范围宽，良好的耐蠕变性、耐候性、低吸水性、无毒性、自熄性，是一种综合性能优良的工程塑料。由于其所具备的这样一些优异性能，因此被广泛地应用在了汽车、电子电器、航空等各个领域。然而，单就纯PC树脂而言，它同时还存在着熔体粘度大，成型加工性差，容易发生应力开裂等一些缺点。为此，人们对它进行了一系列的改性工作。采用合金化的技术，通过将PC树脂和其他热塑性树脂的共混，在保证PC树脂自身原有的上述这些优异的性能的基础上，可以有效地使其一些不足之处得以改善，因此成了一种被广泛应用的手段。PC/ABS合金是PC改性合金技术中最早被采用的一种。同PC相比，PC/ABS合金不仅改善了材料的熔融流动性、成型性以及应力开裂问题，而且，材料的可电镀性和外观性也得到了提高。采用这种合金技术制备的PC/ABS合金材料非常适合应用于汽车的内饰材料，特别是用作仪表板支架、盖板、通风口、喇叭格栅、防冻板、托架和转向柱护套等。由于在这样一些应用领域中，传统使用的ABS树脂材料的耐热性和韧性都较PC/ABS逊色，因此，传统ABS树脂已逐渐被后者取代。然而，正是由于PC/ABS合金在这些领域应用的越来越广泛，一些新的问题也随之出现。在这些问题当中，一个典型的问题是PC/ABS合金材料和金属材料的粘合性较差，因此并不适用于带有金属嵌件的制件当中。
为此，有必要开发出一种其他各项特性与PC/ABS合金材料类似，同时与金属材料的粘合性能良好的新型合金材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种PC/ABS/PBT合金材料，该材料在具有PC/ABS合金材料本身所固有的优良性能的同时，和金属材料的粘合性能优良，更具体的本发明目的是提供一种由PC树脂、ABS、PBT树脂及增容剂组成的合金材料，以及该种合金材料的制备方法。
为实现本发明目的，本发明的技术方案是一种聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚树脂/聚对苯二甲酸丁二醇酯合金材料，由聚碳酸酯PC、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚树脂ABS、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT及抗氧剂、增容剂组成，其中，所述增容剂为马来酸酐接枝改性的ABS树脂，其密度在1.03-1.08g/cm3，熔点在180-190℃，马来酸酐的接枝率在0.5-1.0％，丁二烯组分含量在20-50％，经马来酸酐熔融挤出改性的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物；所述抗氧剂至少为三甘醇双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2，4-二叔丁基酚)亚磷酸酯中的一种，各组分按重量百分比计，为：(％)
PC                            40-70
ABS                           70-40
PBT                           5-10
增容剂                        3-10
抗氧剂                        0.2-2.0
通过对PBT树脂的添加量的调整能够有效地改善PC/ABS合金材料和金属材料之间的粘合性能。并且，在上述量的范围内，该材料的其他各项特性同由PC、ABS、增容剂复合的合金材料基本相同。
其中，上述合金材料配方中，PC为任一种双酚A型芳香族聚碳酸酯：其密度在1.19-1.21g/cm3，熔点在230-260℃。
所述的ABS树脂为密度在1.03-1.08g/cm3，熔点在180-190℃，丁二烯组分含量在20-30％的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物。
所述的PBT树脂为密度1.31～1.35，熔点220～230℃，熔体粘度0.3～1.0的聚对苯二甲酸丁二酯。
所述的热氧稳定剂三甘醇双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2，4-二叔丁基酚)亚磷酸酯的配比为1∶1。
所述的聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚树脂/聚对苯二甲酸丁二醇酯合金材料的制备方法如下：
(1)按重量配比秤取原料；
(2)将-PC、ABS、PBT、增容剂、抗氧剂在高速混合器中干混3-5分钟；
(3)将混合的原料置于双螺杆机中经熔融挤出、造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
本发明具有下述优越性：
1、本发明使用了马来酸酐接枝改性ABS树脂作为PC/ABS/PBT合金体系的增容剂，所制得合金材料的缺口冲击性能优异，尺寸稳定性能良好、耐热性能优异。
2、本发明所制得的PC/ABS/PBT合金材料在保证材料的高缺口冲击性能、良好的尺寸稳定性以及优异的耐热性能的同时，材料和金属之间的粘结性能得到了极大的提高。
3、本发明提出的PC/ABS/PBT合金材料的制备工艺简单、成本低。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明：
在实施例及对比例复合材料配方中，PC为任一种双酚A型芳香族聚碳酸酯：其密度在1.19-1.21g/cm3，熔点在230-260℃；ABS树脂为密度在1.03-1.08g/cm3，熔点在180-190℃，丁二烯组分含量在20-30％的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物；PBT树脂为密度1.31～1.35，熔点220～230℃，熔体粘度0.3～1.0的聚对苯二甲酸丁二酯；增容剂为马来酸酐接枝改性的ABS树脂，是一种密度在1.03-1.08g/cm3，熔点在180-190℃，马来酸酐的接枝率在0.5-1.0％，丁二烯组分含量在20-50％，经马来酸酐熔融挤出改性的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物；热氧稳定剂抗氧剂3114也可为抗氧剂245为Ciba公司产，商品牌号为Irganox 245，化学名称为三甘醇双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙烯腈；热氧稳定剂168为Ciba公司产，商品牌号为Irganox 168，化学名称为三(2，4-二叔丁基酚)亚磷酸酯。
实施例1
将PC 40％，ABS树脂46.5％，PBT 3％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂10％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
实施例2
将PC 40％，ABS树脂42.5％，PBT 7％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂10％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
实施例3
将PC 40％，ABS树脂37.5％，PBT 12％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂10％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
实施例4
将PC 40％，ABS树脂34.5％，PBT 15％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂10％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
实施例5
将PC 40％，ABS树脂29.5％，PBT 20％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂10％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
实施例6
将PC 40％，ABS树脂42.5％，PBT 12％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂5％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
实施例7
将PC 40％，ABS树脂39.5％，PBT 12％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂8％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
实施例8
将PC 40％，ABS树脂34.5％，PBT 12％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂13％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
实施例9
将PC 20％，ABS树脂57.5％，PBT 12％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂10％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
实施例10
将PC 30％，ABS树脂47.5％，PBT 12％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂10％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
实施例11
将PC 50％，ABS树脂27.5％，PBT 12％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂10％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
实施例12
将PC 60％，ABS树脂17.5％，PBT 12％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂10％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
对比例1
将PC 20％，ABS树脂69.5％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂10％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
对比例2
将PC 30％，ABS树脂59.5％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂10％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
对比例3
将PC 40％，ABS树脂49.5％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂10％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
对比例4
将PC 50％，ABS树脂39.5％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂10％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
对比例5
将PC 60％，ABS树脂29.5％，马来酸酐接枝改性的ABS树脂10％，抗氧剂245 0.25％，抗氧剂168 0.25％在高速混合器中干混3-5分钟，之后，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
性能评价方式及实行标准：
将按上述方法完成造粒的粒子材料事先在90～100℃的鼓风烘箱中干燥2～3小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射成型机上进行注射成型制样。
密度测试按ISO-1183进行，试样尺寸为100*10*4mm；拉伸性能测试按ISO 527-2进行，试样尺寸为150*10*4mm，拉伸速度为50mm/min；弯曲性能测试按ISO 178进行，试样尺寸为80*10*4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm；简支梁冲击强度按ISO 179进行，试样尺寸为80*6*4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一；热变形温度按ISO 75进行，试样尺寸为120*10*3.0mm，载荷为1.8MPa；材料与金属之间的粘结性能按自定义方法进行测试，具体方法为：在相同工艺条件下将合金材料和铁金属进行熔融粘合，粘合面积为50mm*50mm，然后测试剥离强度的大小。
材料的综合力学性能通过测试所得的密度、拉伸强度，断裂伸长率，弯曲模量、热变形温度以及冲击强度的数值进行评判；材料和金属之间的粘合性能按上述方法所测定数值大小进行评判。
实施例1-12及对比例1-5的配方及各项性能测试结果见下各表，其中，表1实施例1-5配方及材料性能表，表2实施例6-11配方及材料性能表，表3对比例1-6配方及材料性能表。
从实施例1-5和对比例3可以看到，PBT的使用比例对材料基本物理性能及粘合性能的影响。当PBT的使用比例较低时，材料的粘合性能达不到理想的改善效果，但材料的基本物理性能基本不受影响。当PBT的使用达到一定比例时，材料的粘合性能有了非常明显的改善，但此时材料的基本物理性能受到一定影响，特别是材料的密度及弯曲模量受到较大的影响。因此材料中PBT的使用比例尽量要控制在较低的范围。从表中的数据来看，这一比例控制在10-15％之间为宜。
从实施例4、6、7、8可以看到增容剂马来酸酐接枝ABS的使用比例对材料基本物理性能和粘合性能的影响。增容剂对材料的基本物理性能有很大的影响，但对材料的粘合性能基本无影响。为获得良好基本物理性能的材料，增容剂马来酸酐接枝ABS的使用需达到一定比例。从表中数据可以看到，这一比例在8-10左右为宜。
                           表1  实施例1-5配方及材料性能表
    复合材料名称   实施例1    实施例2    实施例3    实施例4    实施例5
    PC(％)   40    40    40    40    40
    ABS(％)   46.5    42.5    37.5    34.5    29.5
    PBT(％)   3    7    12    15    20
    接枝ABS(％)   10    10    10    10    10
    245(％)   0.25    0.25    0.25    0.25    0.25
    168(％)   0.25    0.25    0.25    0.25    0.25
    密度(g/cm3)   1.123    1.128    1.136    1.144    1.153
    无缺口冲击强度(kJ/m2) 不断 不断 不断 不断 不断
    缺口冲击强度(kJ/m2) 43 45 45 47 49
    热变形温度(℃)   93    93    92.5    91    86
    拉伸强度(MPa)   52    52    51    50    47
    断裂伸长率(％)   35    37    48    55    50
    弯曲强度(MPa)   95    95    93    92    86
    弯曲模量(MPa)   2150    2120    2130    2100    1850
    剥离强度(MPa)   0.8    1.5    5.0    7.5    7.8
                               表2  实施例6-11配方及材料性能表
复合材料名称     实施例6     实施例7     实施例8     实施例9     实施例10     实施例11     实施例12
    PC(％)     40     40     40     20     30     50     60
    ABS(％)     42.5     39.5     34.5     57.5     47.5     27.5     17.5
    PBT(％)     12     12     12     12     12     12     12
    接枝ABS(％)     5     8     13     10     10     10     10
    245(％)     0.25     0.25     0.25     0.25     0.25     0.25     0.25
    168(％)     0.25     0.25     0.25     0.25     0.25     0.25     0.25
    密度(g/cm3)     1.143     1.144     1.144     1.123     1.138     1.146     1.157
    无缺口冲击强度(kJ/m2) 不断 不断 不断 不断 不断 不断 不断
    缺口冲击强度(kJ/m2) 28 35 46 17 34 57 65
    热变形温度(℃)     90     92     93     84     88     98     104
    拉伸强度(MPa)     49     52     52     44     48     55     59
    断裂伸长率(％)     28     40     43     24     35     68     75
    弯曲强度(MPa)     87     92     93     83     86     94     96
    弯曲模量(MPa)     2060     2140     2160     2020     2100     2230     2300
    剥离强度(MPa)     6.0     7.2     7.7     6.1     6.9     7.5     7.8
从实施例9-11可以看到材料中PC与ABS的配比对材料基本物理性能和粘合性能的影响。从表中的数据可以看到，材料中PC的含量提高，其各项基本物性都得到了提高，但材料的粘合性能并没有多大的改变。
                               表3  对比例1-6配方及材料性能表
    复合材料名称     对比例1     对比例2     对比例3     对比例4     对比例5
    PC(％)     20     30     40     50     60
    ABS(％)     69.5     59.5     49.5     39.5     29.5
    接枝ABS(％)     10     10     10     10     10
    245(％)     0.25     0.25     0.25     0.25     0.25
    168(％)     0.25     0.25     0.25     0.25     0.25
    密度(g/cm3)     1.103     1.114     1.121     1.134     1.142
    无缺口冲击强度(kJ/m2)     不断     不断     不断     不断     不断
    缺口冲击强度(kJ/m2) 16 31 42 54 63
    热变形温度(℃)     79     84     91     96     100
    拉伸强度(MPa)     42     45     49     55     59
    断裂伸长率(％)     20     31     45     57     70
    弯曲强度(MPa)     76     83     88     92     95
    弯曲模量(MPa)     1980     2040     2170     2220     2300
    剥离强度(MPa)     0.7     0.6     0.6     0.7     0.9
从对比例的数据来看，PC/ABS合金材料在没有添加第三组分PBT的情况下，其粘合性能是极差的。

Claims (6)

1.一种聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚树脂/聚对苯二甲酸丁二醇酯合金材料，由聚碳酸酯PC、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚树脂ABS、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT及抗氧剂、增容剂组成，其特征在于，所述增容剂为马来酸酐接枝改性的ABS树脂，其密度在1.03-1.08g/cm3，熔点在180-190℃，马来酸酐的接枝率在0.5-1.0％，丁二烯组分含量在20-50％，经马来酸酐熔融挤出改性的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物；所述抗氧剂至少为三甘醇双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2，4-二叔丁基酚)亚磷酸酯中的一种，各组分按重量百分比计，为：(％)
PC                                         40-70
ABS                                        70-40
PBT                                        5-10
增容剂                                     3-10
抗氧剂                                     0.2-2.0
2.根据权利要求1所述的聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚树脂/聚对苯二甲酸丁二醇酯合金材料，其特征在于，所述的PC为任一种双酚A型芳香族聚碳酸酯：其密度在1.19-1.21g/cm3，熔点在230-260℃。
3.根据权利要求1所述的聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚树脂/聚对苯二甲酸丁二醇酯合金材料，其特征在于，所述的ABS树脂为密度在1.03-1.08g/cm3，熔点在180-190℃，丁二烯组分含量在20-30％的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物。
4.根据权利要求1所述的聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚树脂/聚对苯二甲酸丁二醇酯合金材料，其特征在于，所述的PBT树脂为密度1.31～1.35，熔点220～230℃，熔体粘度0.3～1.0的聚对苯二甲酸丁二酯。
5.根据权利要求1所述的聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚树脂/聚对苯二甲酸丁二醇酯合金材料，其特征在于，所述的热氧稳定剂三甘醇双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2，4-二叔丁基酚)亚磷酸酯的配比为1∶1。
6.根据权利要求1所述的聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚树脂/聚对苯二甲酸丁二醇酯合金材料的制备方法如下：
(1)按重量配比秤取原料；
(2)将PC、ABS、PBT、增容剂、抗氧剂在高速混合器中干混3-5分钟；
(3)将混合的原料置于双螺杆机中经熔融挤出、造粒，其工艺为：
一区220～230℃，二区240～250℃，三区240～250℃，四区235～245℃；停留时间为1-2分钟，压力为12-18Mpa。
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