一種採用納米碳酸鈣填料改性的高耐熱PVC/ABS合金材料及其製備方法與流程
2023-08-01 06:30:16 2
本發明涉及一種高分子材料技術領域，特別涉及一種採用納米碳酸鈣填料改性的高耐熱pvc/abs合金材料及其製備方法。
背景技術：
聚氯乙烯(pvc)曾是世界產量最大的通用塑料之一，綜合性能優異，應用非常廣泛。在建築材料、工業製品、日用品、管材、包裝膜、發泡材料等方面均有廣泛應用。
其中，碳酸鈣（caco3）是聚氯乙烯加工過程中最常用的填充劑之一，可以大大降低製品成本，同時碳酸鈣可以有效吸收聚氯乙烯加工過程中產生的氯化氫氣體，能夠有效減少聚氯乙烯熱成型過程中的降解問題，此外碳酸鈣具有優異的耐熱性能，是製備耐熱耐高溫pvc材料的常見添加劑。
但是在聚氯乙烯中添加大量的碳酸鈣，往往會造成力學性能大幅下降，尤其是拉伸強度和衝擊強度的影響尤為明顯，主要原因就是聚氯乙烯樹脂跟碳酸鈣相容性差導致。納米碳酸鈣的出現，使得提高碳酸鈣添加份數增強聚氯乙烯成為可能，但是提升依然非常有限，如中國專利cn104877263a公布的「一種超強耐高溫pvc供水管材」，僅含納米碳酸鈣3-6份，根據一般的科技文獻報導，添加超過這個範圍，會導致機械性能的快速下降，使得產品不可行。此外，在聚氯乙烯中添加大量的碳酸鈣，會使得pvc流動性變差，塑化峰和平衡扭矩提高，最明顯的結果就是加工性能變差，產品表面沒有光澤度。因此通過納米碳酸鈣改性增強pvc材料的耐熱性，存在嚴重的應用瓶頸。
技術實現要素：
本發明針對現有技術的不足，提出了一種採用納米碳酸鈣填料改性的高耐熱pvc/abs合金材料及其製備方法。其技術改進在於，採用鄰苯二甲酸二辛脂和單硬脂酸甘油酯的複合改性，可大幅度的降低體系加工粘度，提升納米碳酸鈣與pvc的相容性，並採用兩步法加工，先由模壓法混合處理，再由注塑工藝成型，進一步解決納米碳酸鈣與pvc的均勻共混問題，與現有技術相比，本發明高耐熱pvc/abs合金材料的優點在於：納米碳酸鈣含量高（最高可達75份），塑化峰與平衡扭矩均高，衝擊強度高，韌性高，耐熱性優異等。
為實現上述目的，本發明採用以下方案：
用於電子線路板的可雷射直接成型的高導熱複合材料，由以下質量份的原料製備而成：
pvc20~85份，abs5~20份；納米碳酸鈣5~75份；抗氧劑：0.2~0.3份；熱穩定劑1~4份；偶聯劑1~2份；硬脂酸1~2份；增塑劑2~8份；內潤滑劑2~8份。
所述的納米碳酸鈣粒徑為40-60納米。
所述熱穩定劑為鈣鋅複合穩定劑，鉛鹽複合穩定劑，obs有機基穩定劑，有機錫類穩定劑，或液體複合穩定劑。
所述抗氧化劑為受阻酚類抗氧劑和亞磷酸酯類抗氧劑的混合物。具體地，受阻酚類抗氧劑為2,8-二叔丁基-4-甲基苯酚；亞磷酸酯類抗氧劑為二亞磷酸季戊四醇酯。
所述的偶聯劑為環氧基矽烷，氨基矽烷，甲氧基矽烷或乙烯基矽烷。
所述增塑劑為鄰苯二甲酸二辛脂。
所述內潤滑劑為單硬脂酸甘油酯。
為實現本發明的目的，本發明提供了高耐熱pvc/abs合金材料的製備方法，採用兩步法加工，兩步法加工，先由模壓法混合處理，再由注塑工藝成型，包括以下步驟：
（1）將所述20~85質量份的pvc在70-85℃下經過1-2小時的乾燥處理；
（2）將所述5~20質量份的abs在70-80℃下經過2-6小時的乾燥處理；
(3）將乾燥好的pvc/abs與所述5~75質量份的納米碳酸鈣、1~4質量份的份熱穩定劑、0.2~0.3質量份的抗氧劑、2~8質量份的內潤滑劑，2~8質量份的增塑劑機械攪拌混合10-30min，攪拌速率2000-5000rpm；
（4）將步驟（3）中的混合料經與所述1~2質量份的矽烷偶聯劑加入轉矩流變儀進行模壓，所述轉矩流變儀加工工藝如下：所述轉矩流變儀加熱區分為三個區域，三個加熱區的溫度均控制在180±2℃；螺杆轉速為30-40rpm；混合物料模壓時間為3-6分鐘。
（5）將步驟（4）所得的產物進行拉條、切粒、乾燥等後處理，即得複合材料顆粒料，加入注塑機，經注塑工藝成型，注射壓力80-120mpa，注射溫度160-180℃。
本發明所提供的高耐熱pvc/abs合金材料具有以下優點，結合附圖說明如下：
1，增加其含量能大幅度的降低體系加工粘度，加入gsm會推遲pvc/abs的塑化時間；2，隨著納米碳酸鈣含量增加，塑化峰扭矩和平衡扭矩均顯著增大，pvc/abs合金拉伸強度有所提高；3，維卡軟化溫度與缺口衝擊強度均隨碳酸鈣含量而提高，本發明所提出的納米碳酸鈣改性方案；4，可延緩pvc分解，在碳酸鈣含量為48份時，複合材料的維卡軟化溫度超過90℃，韌性提高1倍。
附圖說明
圖1為dop的含量對pvc/abs合金扭矩的影響，
圖2為gsm的含量對pvc/abs合金扭矩的影響，
圖3為扭矩隨碳酸鈣含量的變化，
圖4為拉伸強度隨碳酸鈣含量的變化，
圖5為pvc/abs合金的維卡軟化溫度隨碳酸鈣含量的變化，
圖6為pvc/abs合金的缺口衝擊強度隨碳酸鈣含量的變化。
附圖1為dop的含量對pvc/abs合金扭矩的影響，附圖2為gsm的含量對pvc/abs合金扭矩的影響，由圖中可見dop和gsm可起到降粘作用。尤其是dop，增加其含量能大幅度的降低體系加工粘度，加入gsm會推遲pvc/abs的塑化時間。
附圖3為扭矩隨碳酸鈣含量的變化，圖4為拉伸強度隨碳酸鈣含量的變化，由圖中可見，隨著納米碳酸鈣含量增加，塑化峰扭矩和平衡扭矩均顯著增大，pvc/abs合金拉伸強度有所提高。
圖5為pvc/abs合金的維卡軟化溫度隨碳酸鈣含量的變化，圖6為pvc/abs合金的缺口衝擊強度隨碳酸鈣含量的變化，由圖中可見，維卡軟化溫度與缺口衝擊強度均隨碳酸鈣含量而提高，本發明所提出的納米碳酸鈣改性方案。可延緩pvc分解，在碳酸鈣含量為48份時，複合材料的維卡軟化溫度超過90℃，韌性提高1倍。
具體實施方式
為進一步了解本發明的特徵、技術手段、所達到的目的以及所能實現的具體功能，通過以下具體實施方式對本發明進行詳細闡述。
實施例1
（1）將原料按如下質量份配置：pvc78份，abs10份；納米碳酸鈣6份；二亞磷酸季戊四醇酯0.2份；鈣鋅複合穩定劑1份；甲氧基矽烷1份；鄰苯二甲酸二辛脂2份；單硬脂酸甘油酯2份。
（2）將所述質量份的pvc在80℃下經過1小時的乾燥處理；
（3）將所述質量份的abs在80℃下經過3小時的乾燥處理；
（4）將乾燥好的pvc/abs與所述質量份的納米碳酸鈣、熱穩定劑、抗氧劑、內潤滑劑，增塑劑機械攪拌混合20min，攪拌速率5000rpm；
（5）將步驟（4）中的混合料經與所述質量份的矽烷偶聯劑加入轉矩流變儀進行模壓，所述轉矩流變儀加工工藝如下：所述轉矩流變儀加熱區分為三個區域，三個加熱區的溫度均控制在180±2℃；螺杆轉速為30rpm；混合物料模壓時間為3分鐘。
（6）將步驟（5）所得的產物進行拉條、切粒、乾燥等後處理，即得複合材料顆粒料，加入注塑機，經注塑工藝成型，注射壓力100mpa，注射溫度160℃。
性能測試結果：性能測試結果：1）缺口衝擊強度（gb/t1843-2008）：3.3kj/m2；
2）拉伸強度（gb/t1040-2006）：61.2mpa；
3）扭矩（astmd2396-1994(2012)）：23.3n/m；
4）維卡軟化點：80℃。
實施例2
（1）將原料按如下質量份配置：pvc60份，abs7份；納米碳酸鈣20份；2,8-二叔丁基-4-甲基苯酚0.3份；鉛鹽複合穩定劑2份；環氧基矽烷1份；鄰苯二甲酸二辛脂5份；單硬脂酸甘油酯5份。
（2）將所述質量份的pvc在75℃下經過2小時的乾燥處理；
（3）將所述質量份的abs在80℃下經過3小時的乾燥處理；
（4）將乾燥好的pvc/abs與所述質量份的納米碳酸鈣、熱穩定劑、抗氧劑、內潤滑劑，增塑劑機械攪拌混合30min，攪拌速率5000rpm；
（5）將步驟（4）中的混合料經與所述質量份的矽烷偶聯劑加入轉矩流變儀進行模壓，所述轉矩流變儀加工工藝如下：所述轉矩流變儀加熱區分為三個區域，三個加熱區的溫度均控制在180±2℃；螺杆轉速為40rpm；混合物料模壓時間為5分鐘。
（6）將步驟（5）所得的產物進行拉條、切粒、乾燥等後處理，即得複合材料顆粒料，加入注塑機，經注塑工藝成型，注射壓力110mpa，注射溫度170℃。
性能測試結果：1）缺口衝擊強度（gb/t1843-2008）：4.4kj/m2；
2）拉伸強度（gb/t1040-2006）：57.4mpa；
3）扭矩（astmd2396-1994(2012)）：28.6n/m；
4）維卡軟化點：85℃。
實施例3
（1）將原料按如下質量份配置：pvc28份，abs5份；納米碳酸鈣48份；2,8-二叔丁基-4-甲基苯酚0.3份；obs有機基穩定劑1份；氨基矽烷，2份；鄰苯二甲酸二辛脂8份；單硬脂酸甘油酯8份。
（2）將所述質量份的pvc在85℃下經過2小時的乾燥處理；
（3）將所述質量份的abs在75℃下經過4小時的乾燥處理；
（4）將乾燥好的pvc/abs與所述質量份的納米碳酸鈣、熱穩定劑、抗氧劑、內潤滑劑，增塑劑機械攪拌混合25min，攪拌速率3000rpm；
（5）將步驟（4）中的混合料經與所述質量份的矽烷偶聯劑加入轉矩流變儀進行模壓，所述轉矩流變儀加工工藝如下：所述轉矩流變儀加熱區分為三個區域，三個加熱區的溫度均控制在180±2℃；螺杆轉速為35rpm；混合物料模壓時間為6分鐘。
（6）將步驟（5）所得的產物進行拉條、切粒、乾燥等後處理，即得複合材料顆粒料，加入注塑機，經注塑工藝成型，注射壓力100mpa，注射溫度180℃。
性能測試結果：1）缺口衝擊強度（gb/t1843-2008）：5.2kj/m2；
2）拉伸強度（gb/t1040-2006）：53.8mpa；
3）扭矩（astmd2396-1994(2012)）：19.3n/m；
4）維卡軟化點：91℃。