一種高韌性PC/GF複合材料及其製備方法與流程

2023-12-12 20:42:22 3

本發明涉及高分子材料領域，具體涉及一種高韌性pc/gf複合材料及其製備方法。
背景技術：
：聚碳酸酯(簡稱pc)是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據酯基的結構可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。其中由於脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的機械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲得了工業化生產。由於聚碳酸酯結構上的特殊性，現已成為五大工程塑料中增長速度最快的通用工程塑料。pc工程塑料的三大應用領域是玻璃裝配業、汽車工業和電子、電器工業，其次還有工業機械零件、光碟、包裝、計算機等辦公室設備、醫療及保健、薄膜、休閒和防護器材等。pc密度低、容易加工成型，是一種性能優良、應用廣泛的工程塑料,其透光率可達90％以上。玻璃纖維(gf)是一種性能優異的無機非金屬材料，種類繁多，優點是絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好，機械強度高，但缺點是性脆，耐磨性較差。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經高溫熔制、拉絲、絡紗、織布等工藝製造成的，其單絲的直徑為幾個微米到二十幾個微米，相當於一根頭髮絲的1/20-1/5，每束纖維原絲都由數百根甚至上千根單絲組成。玻璃纖維通常可加至複合材料中以增強材料的物理機械性能。玻纖增強聚碳酸酯(是最早工業化的pc改性產品之一，相對於pc，在性能上提供了pc的耐疲勞強度和硬度，減小了製品對應力的敏感性和降低了成本。同時提高了pc的拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量、壓縮強度、耐磨性，降低吸水性、蠕變和成型收縮率。可廣泛應用於機械、儀表、電氣、電訊等工業產品中，例如電子計算機零件、飛機零件、自行車零件盒其他對剛性、尺寸穩定、耐衝擊有較高要求的零部件。但聚碳酸酯玻璃纖維複合材料有一個缺點，即玻璃纖維會導致聚碳酸酯韌性的下降，這一缺陷限制了聚碳酸酯玻璃纖維複合材料的適用範圍。技術實現要素：本發明目的在於提供一種聚碳酸酯玻璃纖維複合材料，提高其韌性。本發明通過如下方案實現此目的：一種高韌性pc/gf複合材料，包括以下重量百分比計原料組成：聚碳酸酯80-88％,玻璃纖維8-14％,增韌劑4-6％,潤滑劑0.2-0.8％,抗氧劑0.2-0.6％，聚碳酸酯為芳香族聚碳酸酯，粘均分子量為14000-26000，所述玻璃纖維平均長度為1-8mm,所述增韌劑包括丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚烯烴蠟按照12：1比例組成。優選的，玻璃纖維為無鹼短切玻璃纖維。優選的，潤滑劑為季戊四醇硬脂酸酯。其製備方法，包括以下步驟：1)將聚碳酸酯置於110℃烘箱中乾燥24h，玻璃纖維置於110℃烘箱內乾燥12h，乾燥後放置於真空密封機密封備用；2)按比例將聚碳酸酯、增韌劑、潤滑劑、抗氧劑按比例加入至高速混合機中3-5min,轉速為300-330rpm；3)將步驟2)中的混合原料投入到雙螺杆擠出機的第一進料口中，將玻璃纖維投入到雙螺杆擠出機的第二進料口中，擠出，雙螺杆擠出機長徑比為36：1，轉速為350-400rpm，溫度設定一區150℃、二區220℃、三區260℃，四區至模頭300℃，真空度為-0.06至-0.08mpa；4)擠出後經水槽冷卻，水槽溫度為65℃；5)冷卻後將其引入切粒機，切粒機以650rpm切粒；6)切粒後收集粒料，檢測包裝即得成品。本發明具有以下有益效果：本發明所述的聚碳酸酯玻璃纖維複合材料在增強聚碳酸酯的強度和剛度的前提下，大幅減少其韌性的下降。同時保持原來由聚碳酸酯樹脂具有的優異的耐熱性和熱穩定性，其工業實用價值極高。例如，它可以用作用於電氣設備和電子設備中的薄壁外殼和內部底盤的金屬製品的替代品，並且可以減少產品的重量。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明做進一步地闡述，應當理解的是，具體實施例並不對本發明做任何限定。本發明所使用的聚碳酸酯是由各種二羥基二芳基化合物與光氣發生光氣化反應，或二羥基二芳基化合物與碳酸酯發生酯反應生成的聚碳酸酯，代表性例子為由雙酚a(雙酚基丙烷)製備的聚碳酸酯樹脂。其中二羥基二芳基化合物包括2,2-雙(4』-羥基苯基)丙烷，2，4-雙(4-羥基苯基)甲烷，1,1-雙(4-羥基苯基)乙烷，2，4-雙(4-羥基苯基)苯基甲烷，2,2-雙(4-羥苯基-3-甲基苯基)丙烷，2,2-雙(4-羥基-3-溴苯基)丙烷，,2-雙(4-羥基-3,5-二溴苯基)丙烷，2,2-雙(4-羥基-3,5-二氯苯基)丙烷，1,1-雙(4-羥基苯基)環己烷，4,4'-二羥基二苯醚等，上述化合物可單獨使用或兩種以上組合使用，除上述化合物外，還可混合使用哌嗪、對苯二酚、間苯二酚、4,4'-二羥基二苯基甲烷等。此外，還可使用三級或更高級酚化合物與二羥基芳基化合物混合，如間苯三酚等。對聚碳酸酯樹脂的粘均分子量沒有特別的限制，但從加工成型難度和強度方向考慮，通常為10000-100000，當粘均分子量在14000-26000時性能較佳。故在製備聚碳酸酯時可使用分子量調節劑以便獲得所需分子量的產物。聚碳酸酯的重量百分比為80-88％,當重量百分比小於80％時粘合性差，當重量百分比大於88％時機械強度增加效果不明顯。本發明所述玻璃纖維為可用於熱塑性樹脂的玻璃纖維即可，但從產品性能考慮，使用無鹼短切玻璃纖維效果較佳，玻璃纖維的直徑在6μm-20μm，平均長度在1-8mm時效果較佳。只要符合本發明所述參數要求的玻璃纖維，並不限制其製備方法。當玻璃纖維平均長度小於1mm時，對聚碳酸酯的機械強度改善不明顯，當玻璃纖維長度大於8mm時，玻璃纖維容易脫離，降低成品率。為了提高玻璃纖維與聚碳酸酯樹脂的粘合性，玻璃纖維可使用矽烷偶聯劑如氨基矽烷、環氧矽烷等偶聯劑進行表面處理。另為了增加玻璃纖維與聚碳酸酯的粘連的緊密程度，可在加工過程中加入聚氨酯或環氧樹脂。玻璃纖維的重量百分比為8-14％,當重量百分比小於8％時強度和剛性改善較差，當重量百分比大於14％時韌性差。本發明所述增韌劑的重量百分比為4-6％，為增韌劑包括丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚烯烴蠟以12：1的重量比例混合組成，當重量百分比小於4％時增韌效果差，當重量百分比大於6％時機械強度下降幅度大。本發明所述潤滑劑優選為季戊四醇硬脂酸酯，抗氧化劑可包括磷基抗氧化劑和酚類抗氧化劑，其中優選使用受阻酚型抗氧化劑。所述潤滑劑、抗氧劑含量可根據具體的使用場合需求變化，一般而言，潤滑劑含量範圍不超過0.2-0.8％，抗氧劑含量範圍不超過0.2-0.6％。此外，在不降低本發明所能達到的機械強度的提升的前提下，可加入各種樹脂、螢光增白劑、色料、染料、炭黑、填料、脫模劑、紫外線吸收劑、抗靜電劑、橡膠、軟化劑、擴散劑、阻燃劑、有機金屬鹽等任何可用於聚碳酸酯材料的添加劑。各種樹脂包括ps、abs、aes、aas、as、pa、pet、pbt、par、psf、pps等，可按實際的需求在本發明的基礎上添加其中的一種或多種的結合。實施例1：聚碳酸酯玻璃纖維複合材料的製備其製備步驟如下：1)將聚碳酸酯置於110℃烘箱中乾燥24h，玻璃纖維置於110℃烘箱內乾燥12h，乾燥後放置於真空密封機密封備用；2)按比例將聚碳酸酯、增韌劑、潤滑劑、抗氧劑按比例加入至高速混合機中3-5min,轉速為300-330rpm；3)將步驟2)中的混合原料投入到雙螺杆擠出機的第一進料口中，將玻璃纖維投入到雙螺杆擠出機的第二進料口中，擠出，雙螺杆擠出機長徑比為36：1，轉速為350-400rpm，溫度設定一區150℃、二區220℃、三區260℃，四區至模頭300℃，真空度為-0.06至-0.08mpa；4)擠出後經水槽冷卻，水槽溫度為65℃；5)冷卻後將其引入切粒機，切粒機以650rpm切粒；6)切粒後收集粒料，檢測包裝即得成品。實施例1的原料配比如表1所示，以重量百分比計；表1：材料種類配方1配方2配方3配方4配方5配方6聚碳酸酯79.682.685.687.687.699.6玻璃纖維1412108110增韌劑654400潤滑劑0.20.20.20.20.80.2抗氧劑0.20.20.20.20.60.2實施例2：複合材料的性能測試將實施例1所述成品製成測試樣品，將測試樣品根據iso標準測試其性能。結果如表2所示，表2：材料性能測試標準配方1配方2配方3配方4配方5配方6衝擊強度iso179-2(kj/m2)283424261166彎曲強度iso178(mpa)9296899195105彎曲模量iso178(gpa)3.423.543.303.403.602.10有無浮纖無無無無無不含本發明的玻璃纖維強聚碳酸酯符合材料能夠顯著提高機械強度和剛性，同時保持原來由聚碳酸酯樹脂具有的優異的耐熱性和熱穩定性，其工業實用價值極高。例如可以用於電氣設備和電子設備中的薄壁外殼和內部底盤的金屬製品的替代品，並且可以減少產品的重量。當前第1頁12