一種高耐熱透明增強材料及其製備方法和應用的製作方法
2023-04-28 01:51:46 3
一種高耐熱透明增強材料及其製備方法和應用的製作方法
【專利摘要】本發明屬於高分子材料【技術領域】，公開了一種通用性強、耐熱性好、透明度高的高耐熱透明增強材料及其製備方法和應用。該材料包含以下質量分數的組分：聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-馬來酸酐共聚物共混物59～93％；玻璃纖維5～30％；增韌劑1～30％；抗氧劑0.1～1％；加工助劑0.5～5％。本發明通過使用並調整兩種不同樹脂的用量比例，獲得樹脂組合物折射率與玻璃纖維相匹配，實現透明，其透明度可達到87％，並賦予得到的材料較高的熱變形溫度，使其具有耐熱性好、透明度高、強度高、尺寸穩定性好、綜合性能好等優點，可應用於各種電器、外觀製品中，尤其適用於電視機前框、空調面板、音響外框等產品中。
【專利說明】一種高耐熱透明增強材料及其製備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明屬於高分子材料【技術領域】，特別涉及一種通用性強、耐熱性好、透明度高的高耐熱透明增強材料及其製備方法和應用。
【背景技術】
[0002]玻璃纖維增強熱塑性塑料(簡稱熱塑性玻璃鋼，GRTP))最早出現於20世紀50年代，經過多年的發展，現今國際上CRTP已佔複合材料總量的1/4以上，而且穩步增長。GRTP是一種輕質高強的複合材料，玻璃纖維含量一般為10~50wt%。所用基體塑料有聚醯胺、聚丙烯、聚乙烯、AS、ABS、PET、PBT、聚碳酸酯、聚甲醒、聚苯醚、聚苯硫醚、聚碸、聚醚碸、聚醯胺一醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醚醚酮、氯化聚醚、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、液晶塑料、塑料合金等等，且品種還在不斷增加。GRTP具有良好的拉伸、彎曲、壓縮彈性模量及抗蠕變性能，尺寸穩定，加工性能好，成型周期短，生產效率高，並且還可以回收利用，因而其應用領域不斷拓寬，已被廣泛應用於汽車、機械、電器、建築、船艇、航空航天等部門及高新【技術領域】。
[0003]然而，隨著社會的發展，人們對材料的外觀要求越來越多樣化、個性化，如透明/半透明等，而傳統的玻璃纖維增強熱塑性塑料，基本上都是不透明或半透明，已經不能適應新的市場需求。
[0004]關於透明增強材料的開發，近年已有部分科研人員進行過一些探索。如專利CN200910002941.8和CN200880008489.X是通過調整玻璃組合物中氧化物的比例來調整其折射率，以實現其折射率與部分樹脂相同，從而使複合物材料透明。但這種方法需要針對不同樹脂調配出特定組分的玻璃纖維，通用性不強。
[0005]專利CN200610105462.5是通過在芳香族聚碳酸酯(PC)中添加一種脂肪族聚碳酸酯(PCCD)，從而調整該樹脂混合物的折射率與玻璃纖維相匹配，實現半透明效果；專利CN201010507222.4是通過在玻璃纖維增強尼龍6產品中添加透明劑，以實現透明效果。這兩種方法都是採用添加特殊的材料，如PCCD或者透明劑，成本高，實用性不強，並且透明度也不高。
【發明內容】
[0006]為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在於提供一種通用性強、耐熱性好、透明度高的高耐熱透明增強材料。
[0007]本發明另一目的在於提供一種上述通用性強、耐熱性好、透明度高的高耐熱透明增強材料的製備方法。
[0008]本發明再一目的在於提供上述通用性強、耐熱性好、透明度高的高耐熱透明增強材料在電器、外觀製品中的應用。
[0009]本發明的目的通過下述方案實現:
[0010]一種通用性強、耐熱性好、透明度高的高耐熱透明增強材料，包含以下質量分數的組分:
[0011]
聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-馬來酸酐共聚物共混物59~93 %; 玻璃纖維5~30%;
增韌劑1~30%;
抗氧劑0.1~1%;
加工助劑0.5~5 %。
[0012]所述的聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-馬來酸酐共聚物共混物由I~30wt%聚甲基丙烯酸甲酯和70~99wt%苯乙烯-馬來酸酐共聚物組成。
[0013]為了更好地實現本發明，上述高耐熱透明增強材料中，所述的聚甲基丙烯酸甲酯優選由80~93wt%的甲基丙烯酸甲酯和7~20界1:%的丙烯酸烷基酯組成。
[0014]為了更好地實現本發明，在上述高耐熱透明增強材料中，所述的苯乙烯-馬來酸酐共聚物優選由50~9(^1:%的乙烯基芳香族單體和10~5(^1:%的順丁烯二酸酐組成。
[0015]為了更好地實現本發明，在上述高耐熱透明增強材料中，所述的玻璃纖維優選為採用矽烷偶聯劑處理的無鹼短切原絲，優選單絲直徑為10~15 μ m,短切長度為2.5~
4.5mm。
[0016]為了更好地實現本發明，在上述高耐熱透明增強材料中，所述的增韌劑優選為苯乙烯類增韌劑、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(MBS)以及ABS高膠粉中的至少一種，其橡膠粒徑優選為0.2~0.4 μ m。
[0017]為了更好地實現本發明，在上述高耐熱透明增強材料中，所述的抗氧劑由受阻酚類主抗氧劑和亞磷酸酯類輔抗氧劑組成，如汽巴精化的IrganoxlOlO和Irganoxl68的1:1混合物。
[0018]為了更好地實現本發明，在上述高耐熱透明增強材料中，所述的加工助劑為硬脂醯胺類潤滑劑、矽油和白礦油中的至少一種，優選為N，N』 -亞乙基雙硬脂醯胺(EBS)。
[0019]本發明還提供了一種上述高耐熱透明增強材料的製備方法，包括以下具體步驟:
[0020]把59~93wt%的聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-馬來酸酐共聚物共混物、I~30被％增韌劑、0.1~1?丨％抗氧劑和0.5~5wt%加工助劑混合均勻，送入雙螺杆擠出機中，5~30wt%的玻璃纖維通過側餵系統加入，熔融擠出、造粒，得到高耐熱透明增強材料。
[0021]為了更好地實現本發明，上述混合指通過把除玻璃纖維外的材料投入高速攪拌混合機中進行混合，且投料混合方式可以為同時投料混合或各種材料單獨通過計量餵料器投入混料機中。
[0022]為了更好地實現本發明，所述雙螺杆擠出機的餵料轉速優選為200~350rpm ;雙螺杆擠出機的各段螺杆溫度從加料口到機頭的溫度分別優選為一區溫度80~120°C、二區溫度140~160°C、三區溫度200~210°C、四區溫度210~220°C、五區溫度220~230°C、六區溫度220~230°C、七區溫度220~230°C、八區溫度220~230°C、九區溫度220~230°C、機頭溫度240°C，螺杆轉速優選為250~400rpm。
[0023]為了更好地實現本發明，玻璃纖維通過側餵系統在螺杆六區加入。
[0024]本發明的高耐熱透明增強材料通用性強、耐熱性好、透明度高，適用於各種電器、外觀製品中。
[0025]本發明的機理為:
[0026]目前市售的無鹼短切玻璃纖維原絲的折射率為1.566，聚甲基丙烯酸甲酯的折射率約為1.49，苯乙烯-馬來酸酐共聚物的折射率約為1.58，其折射率不同，因此，分別利用玻纖對聚甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯-馬來酸酐共聚物進行共混增強將導致獲得的材料不透明或低透明，難以達到應用要求。本發明通過調整兩種樹脂的比例，可使得樹脂混合物的折射率與玻璃纖維相匹配，實現透明。並且，利用苯乙烯-馬來酸酐共聚物的耐熱性好，賦予得到的材料較高的熱變形溫度，進一步擴大該產品的應用領域。
[0027]本發明相對於現有技術，具有如下的優點及有益效果:
[0028]本發明提供的高耐熱透明增強材料具有耐熱性好、透明度高、強度高、尺寸穩定性好、綜合性能好等優點，其各項力學性能均保持最佳平衡，並且通用性強、價格低廉，可應用於各種電器、外觀製品中，尤其適用於電視機前框、空調面板、音響外框等產品中。
【具體實施方式】
[0029]下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
[0030]下列實施例的材料:
[0031]聚甲基丙烯酸甲酯:市售的甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸甲酯按92:8比率的共聚物；
[0032]苯乙烯-馬來酸酐共聚物:市售的苯乙烯與馬來酸酐按76:24比率的共聚物；
[0033]玻璃纖維:市售無鹼短切玻璃纖維；
[0034]增韌劑:日本鍾淵MBS M-521 ；
[0035]抗氧劑:汽巴精化的IrganoxlOlO和Irganoxl68的1:1混合物；
[0036]加工助劑:N，N』 -亞乙基雙硬脂醯胺(EBS)。
[0037]對比例1:普通增強材料的製備
[0038](I)把苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN樹脂)、抗氧劑以及加工助劑按比例進行高速攪拌混料機混合均勻或單獨通過計量餵料器進入雙螺杆擠出機中，其中玻璃纖維通過側餵系統在螺杆第六區加入；
[0039](2)將上述混合物料送入雙螺杆擠出機中，雙螺杆擠出機的各段螺杆溫度從加料口到機頭的溫度分別優選為一區溫度80°C、二區溫度140°C、三區溫度200°C、四區溫度210°C、五區溫度220°C、六區溫度230°C、七區溫度220°C、八區溫度230°C、九區溫度230°C、機頭溫度230°C，螺杆轉速優選為350rpm，雙螺杆擠出機的長徑比為40，在雙螺杆擠出機的輸送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混煉、經機頭擠出、拉條、冷卻、切粒、乾燥，最後包裝，即得到普通增強SAN材料顆粒。
[0040]其中，各原料的質量分數為:苯乙烯-丙烯腈共聚物84%、增韌劑5%、抗氧劑
0.4%、玻璃纖維10%、加工助劑0.6%。
[0041]對比例2:耐熱增強材料的製備
[0042](I)把苯乙烯-馬來酸酐共聚物、增韌劑、抗氧劑以及加工助劑按比例進行高速攪拌混料機混合均勻或單獨通過計量餵料器進入雙螺杆擠出機中，其中玻璃纖維通過側餵系統在螺杆第六區加入；
[0043](2)將上述混合物料送入雙螺杆擠出機中，雙螺杆擠出機的各段螺杆溫度從加料口到機頭的溫度分別優選為一區溫度80 V、二區溫度140 V、三區溫度200 V、四區溫度210°C、五區溫度220°C、六區溫度230°C、七區溫度220°C、八區溫度230°C、九區溫度230°C、機頭溫度230°C，螺杆轉速優選為350rpm，雙螺杆擠出機的長徑比為40，在雙螺杆擠出機的輸送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混煉、經機頭擠出、拉條、冷卻、切粒、乾燥，最後包裝，即得到耐熱增強材料顆粒。
[0044]其中，各原料的質量分數為:苯乙烯-馬來酸酐共聚物74%、增韌劑15%、抗氧劑
0.4%、玻璃纖維10%、加工助劑0.6%。
[0045]實施例1:本發明高耐熱透明增強材料的製備
[0046](I)把聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-馬來酸酐共聚物、增韌劑、抗氧劑以及加工助劑按比例進行高速攪拌混料機混合均勻或單獨通過計量餵料器進入雙螺杆擠出機中，其中玻璃纖維通過側餵系統在螺杆第六區加入；
[0047](2)將上述混合物料送入雙螺杆擠出機中，雙螺杆擠出機的各段螺杆溫度從加料口到機頭的溫度分別優選為一區溫度80°C、二區溫度140°C、三區溫度200°C、四區溫度210°C、五區溫度220°C、六區溫度230°C、七區溫度220°C、八區溫度230°C、九區溫度230°C、機頭溫度230°C，螺杆轉速優選為350rpm，雙螺杆擠出機的長徑比為40，在雙螺杆擠出機的輸送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混煉、經機頭擠出、拉條、冷卻、切粒、乾燥，最後包裝，即得到高耐熱透明增強材料顆粒。
[0048]其中，各原料的質量分數為:聚甲基丙烯酸甲酯14%、苯乙烯-馬來酸酐共聚物79 %、增韌劑I %、抗氧劑0.4%、玻璃纖維5%、加工助劑0.6%。
[0049]實施例2:本發明高耐熱透明增強材料的製備
[0050](I)把聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-馬來酸酐共聚物、增韌劑、抗氧劑以及加工助劑按比例進行高速攪拌混料機混合均勻或單獨通過計量餵料器進入雙螺杆擠出機中，其中玻璃纖維通過側餵系統在螺杆第六區加入；
[0051](2)將上述混合物料送入雙螺杆擠出機中，雙螺杆擠出機的各段螺杆溫度從加料口到機頭的溫度分別優選為一區溫度80°C、二區溫度140°C、三區溫度200°C、四區溫度210°C、五區溫度220°C、六區溫度230°C、七區溫度220°C、八區溫度230°C、九區溫度230°C、機頭溫度230°C，螺杆轉速優選為350rpm，雙螺杆擠出機的長徑比為40，在雙螺杆擠出機的輸送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混煉、經機頭擠出、拉條、冷卻、切粒、乾燥，最後包裝，即得到高耐熱透明增強材料顆粒。
[0052]其中，各原料的質量分數為:聚甲基丙烯酸甲酯3%、苯乙烯-馬來酸酐共聚物71 %、玻璃纖維10%、增韌劑15%、抗氧劑0.4%、加工助劑0.6%。
[0053]實施例3:本發明高耐熱透明增強材料的製備
[0054](I)把聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-馬來酸酐共聚物、增韌劑、抗氧劑以及加工助劑按比例進行高速攪拌混料機混合均勻或單獨通過計量餵料器進入雙螺杆擠出機中，其中玻璃纖維通過側餵系統在螺杆第六區加入；
[0055](2)將上述混合物料送入雙螺杆擠出機中，雙螺杆擠出機的各段螺杆溫度從加料口到機頭的溫度分別優選為一區溫度80°C、二區溫度140°C、三區溫度200°C、四區溫度210°C、五區溫度220°C、六區溫度230°C、七區溫度220°C、八區溫度230°C、九區溫度230°C、機頭溫度230°C，螺杆轉速優選為350rpm，雙螺杆擠出機的長徑比為40，在雙螺杆擠出機的輸送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混煉、經機頭擠出、拉條、冷卻、切粒、乾燥，最後包裝，即得到高耐熱透明增強材料顆粒。
[0056]其中，各原料的質量分數為:聚甲基丙烯酸甲酯11.1 %、苯乙烯-馬來酸酐共聚物62.9%、玻璃纖維10%、增韌劑15%、抗氧劑0.4%、加工助劑0.6%。
[0057]實施例4:本發明高耐熱透明增強材料的製備
[0058](I)把聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-馬來酸酐共聚物、增韌劑、抗氧劑以及加工助劑按比例進行高速攪拌混料機混合均勻或單獨通過計量餵料器進入雙螺杆擠出機中，其中玻璃纖維通過側餵系統在螺杆第六區加入；
[0059](2)將上述混合物料送入雙螺杆擠出機中，雙螺杆擠出機的各段螺杆溫度從加料口到機頭的溫度分別優選為一區溫度80°C、二區溫度140°C、三區溫度200°C、四區溫度210°C、五區溫度220°C、六區溫度230°C、七區溫度220°C、八區溫度230°C、九區溫度230°C、機頭溫度230°C，螺杆轉速優選為350rpm，雙螺杆擠出機的長徑比為40，在雙螺杆擠出機的輸送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混煉、經機頭擠出、拉條、冷卻、切粒、乾燥，最後包裝，即得到高耐熱透明增強材料顆粒。
[0060]其中，各原料的質量分數為:聚甲基丙烯酸甲酯21.5%、苯乙烯-馬來酸酐共聚物52.5%、玻璃纖維10%、增韌劑15%、抗氧劑0.4%、加工助劑0.6%。
[0061]實施例5:本發明高耐熱透明增強材料的製備
[0062](I)把聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-馬來酸酐共聚物、增韌劑、抗氧劑以及加工助劑按比例進行高速攪拌混料機混合均勻或單獨通過計量餵料器進入雙螺杆擠出機中，其中玻璃纖維通過側餵系統在螺杆第六區加入；
[0063](2)將上述混合物料送入雙螺杆擠出機中，雙螺杆擠出機的各段螺杆溫度從加料口到機頭的溫度分別優選為一區溫度80°C、二區溫度140°C、三區溫度200°C、四區溫度210°C、五區溫度220°C、六區溫度230°C、七區溫度220°C、八區溫度230°C、九區溫度230°C、機頭溫度230°C，螺杆轉速優選為350rpm，雙螺杆擠出機的長徑比為40，在雙螺杆擠出機的輸送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混煉、經機頭擠出、拉條、冷卻、切粒、乾燥，最後包裝，即得到高耐熱透明增強材料顆粒。
[0064]其中，各原料的質量分數為:聚甲基丙烯酸甲酯8.9%、苯乙烯-馬來酸酐共聚物50.1 %、玻璃纖維10%、增韌劑30 %、抗氧劑0.4 %、加工助劑0.6%。
[0065]實施例6:本發明高耐熱透明增強材料的製備
[0066](I)把聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-馬來酸酐共聚物、增韌劑、抗氧劑以及加工助劑按比例進行高速攪拌混料機混合均勻或單獨通過計量餵料器進入雙螺杆擠出機中，其中玻璃纖維通過側餵系統在螺杆第六區加入；
[0067](2)將上述混合物料送入雙螺杆擠出機中，雙螺杆擠出機的各段螺杆溫度從加料口到機頭的溫度分別優選為一區溫度80°C、二區溫度140 V、三區溫度200 V、四區溫度210°C、五區溫度220°C、六區溫度230°C、七區溫度220°C、八區溫度230°C、九區溫度230°C、機頭溫度230°C，螺杆轉速優選為350rpm，雙螺杆擠出機的長徑比為40，在雙螺杆擠出機的輸送和剪切作用下，充分熔融塑化、捏合混煉、經機頭擠出、拉條、冷卻、切粒、乾燥，最後包裝，即得到高耐熱透明增強材料顆粒。
[0068]其中，各原料的質量分數為:聚甲基丙烯酸甲酯10.2%、苯乙烯-馬來酸酐共聚物57.8%、玻璃纖維30 %、增韌劑I %、抗氧劑0.4%、加工助劑0.6%。
[0069]實施例7:高耐熱透明增強材料的性能測試
[0070]對實施例1~6和對比例I~2製備得到的材料的各項性能進行測定，結果見表
1
[0071]測試項目及標準:
[0072]拉伸強度按IS0527標準進行測試，試樣為I型試樣，測試設備為德國Zwick公司的拉伸試驗機Z020。
[0073]彎曲強度和彎曲模量按IS0178標準進行測試,試樣尺寸為4mmX 1mmX80mm,測試設備為德國Zwick Roell公司的彎曲試驗機Z005。
[0074]IZOD缺口衝擊強度按照IS0180標準進行測試，試樣尺寸為4mmX 1mmX 80mm，缺口深度為2mm，測試設備為德國Zwick Roell公司的衝擊試驗機HIT5.5P。
[0075]熔體流動指數MFR按ISOl 133標準在220°C和1kg載荷下進行測試，測試設備為德國Zwick Roell公司的BMF-003熔指儀。
[0076]線性熱膨脹係數測試溫度範圍-40~40°C，測試設備為熱機械分析儀TMAQ400。
[0077]熱變形溫度按照ASTM D648標準進行測試，試樣尺寸為127mmX 12.7mmX 6.35mm,載荷為1.82mPa，測試設備為德國C0ESFELD熱變形/維卡試驗機。
[0078]透光率按IS013468標準進行測試，試樣的厚度為2.0mm,測試設備為上海精科的透光率/霧度儀WGT-S。
[0079]表1高耐熱透明增強材料的性能指標
[0080]
【權利要求】
1.一種高耐熱透明增強材料，其特徵在於包含以下質量分數的組分: 聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-馬來酸酐共聚物共混物 59~93 %；玻璃纖維5~30%;增韌劑I~30%; 抗氧劑0.1~I %； 加工助劑0.5~5 %； 所述的聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-馬來酸酐共聚物共混物由I~30wt%聚甲基丙烯酸甲酯和70~99wt%苯乙烯-馬來酸酐共聚物組成。
2.根據權利要求1所述的高耐熱透明增強材料，其特徵在於:所述的聚甲基丙烯酸甲酯由80~93wt%的甲基丙烯酸甲酯和7~20界1:%的丙烯酸 烷基酯組成。
3.根據權利要求1所述的高耐熱透明增強材料，其特徵在於:所述的苯乙烯-馬來酸酐共聚物由50~9(^1:%的乙烯基芳香族單體和10~5(^1:%的順丁烯二酸酐組成。
4.根據權利要求1所述的高耐熱透明增強材料，其特徵在於:所述的玻璃纖維為採用矽烷偶聯劑處理的無鹼短切原絲。
5.根據權利要求1所述的高耐熱透明增強材料，其特徵在於:所述的增韌劑為苯乙烯類增韌劑、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物以及ABS高膠粉中的至少一種，其橡膠粒徑為0.2~0.4 μ m。
6.根據權利要求1所述的高耐熱透明增強材料，其特徵在於:所述的抗氧劑由受阻酚類主抗氧劑和亞磷酸酯類輔抗氧劑組成。
7.根據權利要求1所述的高耐熱透明增強材料，其特徵在於:所述的加工助劑為硬脂醯胺類潤滑劑、矽油和白礦油中的至少一種。
8.一種根據權利要求1~7任一項所述的高耐熱透明增強材料的製備方法，其特徵在於包括以下具體步驟: 把59~93wt%的聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-馬來酸酐共聚物共混物、I~30wt%增韌劑、0.1~Iwt%抗氧劑和0.5~5wt%加工助劑混合均勻，送入雙螺杆擠出機中，5~30wt %的玻璃纖維通過側餵系統加入，熔融擠出、造粒，得到高耐熱透明增強材料。
9.根據權利要求8所述的高耐熱透明增強材料的製備方法，其特徵在於:所述雙螺杆擠出機的餵料轉速為200~350rpm ;雙螺杆擠出機的各段螺杆溫度從加料口到機頭的溫度分別為一區溫度80~120°C、二區溫度140~160°C、三區溫度200~210°C、四區溫度210~220°C、五區溫度220~230°C、六區溫度220~230°C、七區溫度220~230°C、八區溫度220~230°C、九區溫度220~230°C、機頭溫度240°C，螺杆轉速為250~400rpm。
10.根據權利要求1~7任一項所述的高耐熱透明增強材料在各種電器、外觀製品中的應用。
【文檔編號】B29C47/92GK104072923SQ201410274145
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月18日 優先權日:2014年6月18日
【發明者】王亮, 程慶, 郭濤, 王林, 葉南飈, 劉奇祥 申請人:金髮科技股份有限公司