一種高韌性、高剛性的PC/PBT合金材料及其製備方法與流程
2023-05-15 09:38:51
本發明屬於高分子合金領域，特別涉及一種高韌性、高剛性的PC/PBT合金材料及其製備方法。
背景技術：
聚碳酸酯(PC)性能優異，具有良好的韌性和剛性，耐蠕變性好，電絕緣性和尺寸穩定性良好；但PC的熔體粘度大，流動性、耐溶劑性、耐磨性差，缺口衝擊強度低。聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一種結晶速度較快的熱塑性工程塑料，具有優異的耐溶劑性，熔體流動性好。PC和PBT共混物合金性能優異，所得合金的耐熱性、缺口衝擊性、加工性和耐化學藥品性好，是工業應用價值較高的共混物，可廣泛地應用在汽車、電子電氣和運動器材領域。
PC/PBT是一種綜合性能優異的高分子合金，但由於PC和PBT在熔融共混時易發生酯交換反應和酸解降解等反應造成合金性能不穩定。彈性體用量的增加，雖然可以顯著提升材料的韌性但是其剛性和熱穩定性卻急劇下降，從而無法滿足較大型零件的強度要求。因此如何實現合金韌性和剛性的平衡成為高剛性、高韌性材料製備的關鍵突破點。
為了解決上述問題，本發明在採用填充劑保證合金剛性的同時，選用含有活性官能團的封端劑對PBT進行封端處理，通過兩步法即首先無機礦物與PBT共混擠出製備PBT封端增強母粒，然後將PBT封端增強母粒與PC、增韌劑和其他助劑熔融擠出及切粒獲得PC/PBT合金。利用本發明可簡單高效的製備高韌性、高剛性PC/PBT合金，實現韌性和剛性的平衡。
技術實現要素：
本發明的目的是針對上述現有技術存在的不足提供一種高韌性、高剛性的PC/PBT合金材料及其製備方法。該發明提供的PC/PBT合金具有高韌性，高剛性，性能穩定的優點。
為了達到上述目的，本發明提供了一種高韌性、高剛性的PC/PBT合金材料，其特徵在於：原料按如下配比：
PC樹脂：35～85份
PBT樹脂：10～45份
含活性官能團的封端劑：1～5份
抗氧劑：0.1～1份
增韌劑：0～5份
潤滑劑：0.1～1份
礦粉：5～15份
進一步，所述的PC樹脂為水分含量低於0.02％的雙酚A型聚碳酸樹脂，優選相對分子質量為15000～28000；
所述的PBT樹脂粘度為0.8～1.2；
所述的含活性官能團的封端劑為MBS、ABS或ACR增韌劑接枝活性官能團或EMA-g-GMA、EMA-g-MAH；所述的活性官能團包括反丁烯二酸、馬來酸酐、丙烯酸縮水甘油酯或環氧基團。
所述的抗氧劑為三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯(抗氧劑168)、季戊四醇類十二硫代丙酯(412S)、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇酯(抗氧劑1010)中的至少一種。
所述的增韌劑包括MBS、ABS或ACR增韌劑
所述的潤滑劑包括石蠟、矽烷聚合物、脂肪酸鹽、硬脂酸醯胺、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、N,N-乙撐雙硬脂醯胺中的一種或幾種
所述的礦粉包括滑石粉、矽灰石、硅藻土或碳酸鈣中的一種，其粒徑範圍均為1～10微米。
優選的，所述的礦粉是粒徑為1.5微米的滑石粉
本發明所述的一種高韌性、高剛性PC/PBT合金的製備方法，包括以下步驟：
(1)稱取以下重量份的原料組分：PC樹脂：35-85份；PBT樹脂：10-45份；含活性官能團的封端劑：1～5份；抗氧劑：0.1～1份；增韌劑：0～5份；潤滑劑：0.1～1份；礦粉：5～15份
(2)按照步驟(1)中各組分的重量份，首先將PBT樹脂、含活性官能團的封端劑和礦粉經雙螺杆擠出機熔融共混、擠出造粒製備PBT封端增強母粒；然後將PBT封端增強母粒與其他組分經預混、熔融共混、造粒得到PC/PBT合金。
所述的PBT封端增強母粒製備過程控制雙螺杆擠出機的溫度為180～230℃，製備PC/PBT合金時雙螺杆擠出機的控制溫度為220～275，轉速為280～550r/min
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
(1)本發明通過使用含有活性官能團的封端劑預先將PBT端-OH基和端-COOH基進行反應封端，此方法不僅可抑制PC樹脂和PBT樹脂酯交換反應，而且也可將含有活性官能團的增韌劑通過化學反應鍵合固定在PBT相中，達到對PBT進行增韌的效果，從而大大提高合金材料的衝擊韌性。
(2)本發明採用PBT樹脂與礦粉預共混的方法，通過預分散以實現礦粉在樹脂基體中的均勻分散，大幅提升合金材料的剛性性能。
附圖說明
圖1為測試結果和原料重量分數配比如表。
具體實施方式
下面通過具體的實施例進一步闡述本發明，有必要指出這些實施例僅用於說明本發明而不限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員對本發明做出的一些非本質的改進和調整仍屬於本發明的保護範圍。
實施例1
1)稱取以下重量份的原料組分：PC樹脂：65份；PBT樹脂：16份；含活性官能團的封端劑：3份；抗氧劑：0.5份；增韌劑：3份；潤滑劑：0.5份；滑石粉：12份；
2)首先將PBT(粘度1.0)樹脂、含活性官能團的MBS(粒徑為200～300nm，其中接枝的GMA含量為10％)封端劑和滑石粉(粒徑1.5微米)經雙螺杆擠出機熔融共混、擠出造粒製備PBT封端增強母粒；雙螺杆擠出機的工藝設置為：輸送段溫度180-200℃，塑化段溫度為210-230℃，均化段溫度為210-220℃；螺杆轉速為280～550r/min；
3)然後將PBT封端增強母粒與其他組分經預混(5-10分鐘)、熔融共混、造粒得到PC/PBT合金。雙螺杆擠出機的工藝設置為：輸送段溫度180-210℃，塑化段溫度為230-260℃，均化段溫度為220-240℃；螺杆轉速為280～550r/min；
所述的PC樹脂相對分子質量為24000g/mol；增韌劑為粒徑為200～300nm的MBS；抗氧劑為四(β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇酯(抗氧劑1010)；潤滑劑為N,N-乙撐雙硬脂醯胺；
實施例2
1)稱取以下重量份的原料組分：PC樹脂：75份；PBT樹脂：12份；含活性官能團的封端劑：5份；抗氧劑：0.5份；增韌劑：2份；潤滑劑：0.5份；滑石粉：5份；
2)首先將PBT(粘度1.0)樹脂、含活性官能團的E-MA-GMA(粒徑為200～300nm，其中接枝的GMA含量為8％)封端劑和硅藻土(粒徑10微米)經雙螺杆擠出機熔融共混、擠出造粒製備PBT封端增強母粒；雙螺杆擠出機的工藝設置為：輸送段溫度180-200℃，塑化段溫度為210-230℃，均化段溫度為210-220℃；螺杆轉速為280～550r/min；
3)然後將PBT封端增強母粒與其他組分經預混(5-10分鐘)、熔融共混、造粒得到PC/PBT合金。雙螺杆擠出機的工藝設置為：輸送段溫度180-210℃，塑化段溫度為230-260℃，均化段溫度為220-240℃；螺杆轉速為280～550r/min；
所述的PC樹脂相對分子質量為20000g/mol；增韌劑為粒徑為200～300nm的MBS；抗氧劑為三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯；潤滑劑為硬脂酸醯胺；
對比例1
1)稱取以下重量份的原料組分：PC樹脂：65份；PBT樹脂：16份；抗氧劑：0.5份；增韌劑：6份；潤滑劑：0.5份；滑石粉：12份；
2)首先將PBT(粘度1.0)樹脂、MBS(3份)和滑石粉(粒徑1.5微米)經雙螺杆擠出機熔融共混、擠出造粒製備PBT增強母粒；雙螺杆擠出機的工藝設置為：輸送段溫度180-200℃，塑化段溫度為210-230℃，均化段溫度為210-220℃；螺杆轉速為280～550r/min；
3)然後將PBT增強母粒與其他組分經預混(5-10分鐘)、熔融共混、造粒得到PC/PBT合金。雙螺杆擠出機的工藝設置為：輸送段溫度180-210℃，塑化段溫度為230-260℃，均化段溫度為220-240℃；螺杆轉速為280～550r/min；
所述的PC樹脂相對分子質量為24000g/mol；增韌劑為粒徑為200～300nm的MBS；抗氧劑為四(β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇酯(抗氧劑1010)；潤滑劑為N,N-乙撐雙硬脂醯胺；
對比例2
1)稱取以下重量份的原料組分：PC樹脂：65份；PBT樹脂：16份；含活性官能團的封端劑：3份；抗氧劑：0.5份；增韌劑：3份；潤滑劑：0.5份；滑石粉：12份；
2)首先將PBT(粘度1.0)樹脂、含活性官能團的MBS(粒徑為200～300nm，其中接枝的GMA含量為10％)封端劑經雙螺杆擠出機熔融共混、擠出造粒製備PBT封端母粒；雙螺杆擠出機的工藝設置為：輸送段溫度180-200℃，塑化段溫度為210-230℃，均化段溫度為210-220℃；螺杆轉速為280～550r/min
3)然後將PBT封端母粒與其他組分經預混(5-10分鐘)、熔融共混、造粒得到PC/PBT合金。雙螺杆擠出機的工藝設置為：輸送段溫度180-210℃，塑化段溫度為230-260℃，均化段溫度為220-240℃；螺杆轉速為280～550r/min；
所述的PC樹脂相對分子質量為24000g/mol；增韌劑為粒徑為200～300nm的MBS；抗氧劑為四(β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇酯(抗氧劑1010)；潤滑劑為N,N-乙撐雙硬脂醯胺；滑石粉粒徑為1.5微米；
性能測試
將實施例和對比例進行ASTM(ASTM D256，1/8樣條和ASTM D790)懸臂梁衝擊和彎曲模量測試。測試結果和原料重量分數配比如附圖表所示。
雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的修改和完善，因此本發明的保護範圍當以權利要求書所界定的為準。