一种耐低温冲击高透明高流动性聚碳酸酯复合材料及其制备方法与流程

本发明属于高分子复合材料加工，具体涉及一种耐低温冲击高透明高流动性聚碳酸酯复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚碳酸酯是一种综合性能优异的非结晶型热塑性工程塑料，兼具突出的抗冲击韧性、高透光性、尺寸稳定性和电绝缘性，已广泛用于汽车工业、电子电气、医疗器械及光学组件等领域。近年来，随着汽车轻量化、智能传感和户外显示设备的发展，对聚碳酸酯材料提出了更高的要求：不仅需在高寒环境（-40℃～-20℃）下保持优异的抗冲击性能和光学透明度，还必须具备良好的薄壁注塑成型能力，以满足透镜、导光条、薄壁壳体等制件对轻薄化、高精度和复杂流道结构的加工需求。

2、然而，常规双酚a型聚碳酸酯的分子链呈无规疏松堆砌结构，当温度降低时，分子链段热运动受阻，自由体积减少，当环境温度低于其玻璃化转变温度时，材料呈现明显的低温脆性，无法满足户外低温环境下的长期使用要求。针对低温增韧改性，现有技术主要分为两类：第一类是弹性体共混改性，通过将通用弹性体与聚碳酸酯基体熔融共混，诱导基体剪切屈服以吸收冲击能量，但弹性体与聚碳酸酯折射率差异较大，导致光学性能严重劣化；第二类是有机硅共聚聚碳酸酯复配，利用聚硅氧烷链段较低的玻璃化转变温度改善低温韧性，但在高添加量下增韧效率低、流变行为不匹配且成本高昂。

3、深入分析现有技术可知，其根本缺陷在于改性理念的局限性，即均停留在“组分物理共混”层面，缺乏对微观多级结构的主动设计与调控。具体而言，有机硅共聚聚碳酸酯中的聚硅氧烷链段在基体中呈无序松散分布，无法形成高效的应力耗散网络；增韧组分与基体之间界面张力大，被迫依赖高添加量换取有限的性能提升。由此导致“低温韧性-高透明-注塑流动性”三元性能此消彼长，形成难以破解的“三元互制”瓶颈，严重制约了其在低温透明薄壁制件领域的工程化应用。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中改性理念落后、微观结构无序、三元性能难以协同的痛点，本发明提供一种耐低温冲击高透明聚碳酸酯复合材料及其制备方法。本发明摒弃传统的简单共混思路，转而基于“刚性锚定诱导受限组装”原理，主动构筑“分子-纳米-微米”三级梯度应力耗散拓扑结构，实现三种有机硅系组分在空间尺度和能量耗散时序上的协同增效。

2、本发明通过在高流动高透明聚碳酸酯基体中引入有机硅共聚聚碳酸酯、苯基有机硅微粉和笼型聚倍半硅氧烷，利用笼型聚倍半硅氧烷纳米粒子的刚性笼状结构作为“锚定点”，诱导有机硅共聚聚碳酸酯分子链中柔性的聚二甲基硅氧烷链段在其周围发生择优选位与受限组装，原位形成以笼型聚倍半硅氧烷为刚性核、富集聚二甲基硅氧烷弹性层为壳的“核-壳弹性应力响应单元”。该结构设计使得冲击能量在刚性核处诱发纳米银纹形核，随后在柔性壳层中通过链段的大幅度伸展与滑移高效耗散，继而被微米级苯基有机硅微球通过裂纹钉扎与偏转机制终止，构成一条相互协同的“诱发-传导-耗散-终止”能量定向疏导链条。上述三种组分在空间尺度上完全互补，在能量耗散机制上递进接力，且均为有机硅同源体系，界面相容性优异，从而在较低总添加量下实现了超低温高韧性与高透明的统一。同时，球形苯基有机硅微粉的“滚珠”润滑效应与纳米笼型聚倍半硅氧烷的分子间润滑作用产生协同，使复合材料兼具优异的注塑流动性。

3、一种耐低温冲击高透明聚碳酸酯复合材料，其特征在于，以质量份计，其原料组成包括：

4、双酚a型聚碳酸酯：40-80份

5、有机硅共聚聚碳酸酯：5-20份

6、有机硅微粉：1-10份；

7、笼型聚倍半硅氧烷：0.1-0.5份

8、抗氧剂：0.1-1份。

9、所述双酚a型聚碳酸酯为粒料形态，且其在300℃/1.2kg测试条件下的熔体流动速率为10-30g/10min，根据gb/t 2410标准在2mm厚度下测定色板透光率≥90%，雾度≤1.0%。

10、所述有机硅共聚聚碳酸酯中所含的有机硅链段为聚二甲基硅氧烷链段，该链段的数均链段长度为20-35个硅氧烷重复单元，有机硅链段在有机硅共聚聚碳酸酯中的质量含量为5-10%。

11、所述有机硅微粉为球形或近球形颗粒，为具有羟基基团的苯基有机硅微粉，其粒径为3-5μm，且其表面经硅烷偶联剂预处理，所用硅烷偶联剂为kh550、kh560和kh570中的一种。

12、所述笼型聚倍半硅氧烷为具有si8o12笼状核结构的有机-无机杂化纳米粒子，粒径为1-5nm，其外部连接的有机基团为环氧基、苯基或甲基丙烯酰氧基中的一种。

13、所述抗氧剂选自1010、1076、168和626中的一种或几种。

14、此外，本发明还提供了耐低温冲击高透明聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将双酚a型聚碳酸酯、有机硅共聚聚碳酸酯、苯基有机硅微粉、笼型聚倍半硅氧烷和抗氧剂加入高速混合机中搅拌混合均匀，得到混合物料，将混合物料加入到双螺杆挤出机的喂料口，经熔融挤出造粒得到所述聚碳酸酯复合材料。其中，所述双螺杆挤出机的各段温度为240-270℃，螺杆转速为300-400rpm，螺杆长径比为40：1。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、本发明摒弃了传统“被动共混”模式，利用笼型聚倍半硅氧烷的刚性笼作为锚定点，诱导有机硅共聚聚碳酸酯链段受限组装，原位构筑“刚性核-柔性壳”弹性应力响应单元，形成了“诱发-传导-耗散-终止”的能量定向疏导链条，实现了增韧效率的显著提升。

17、本发明引入带有羟基基团的苯基有机硅微粉，其折射率与聚碳酸酯高度匹配，有效避免了粉体添加对透明度的不良影响，使其成为三级梯度应力耗散拓扑结构中不可替代的微米级裂纹终止单元。

18、本发明通过“锚定组装”实现核心增韧结构，而非依赖昂贵有机硅共聚聚碳酸酯的高比例添加，不仅降低了对光学性能和熔体流动性的负面影响，同时球形微粉的“滚珠”润滑效应与纳米笼型聚倍半硅氧烷的分子间润滑作用协同降低熔体粘度，使复合材料兼具优异的注塑成型流动性，具备较高的产业化推广价值和商业竞争力。

1.一种耐低温冲击高透明聚碳酸酯复合材料，其特征在于，以质量份计，其原料组成包括：

2.根据权利要求1所述的耐低温冲击高透明聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述双酚a型聚碳酸酯为粒料形态，且其在300℃/1.2kg测试条件下的熔体流动速率为10-30g/10min，根据gb/t 2410标准在2mm厚度下测定透光率≥90%，雾度≤1.0%。

3.根据权利要求1所述的耐低温冲击高透明聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述有机硅共聚聚碳酸酯中所含的有机硅链段为聚二甲基硅氧烷链段，该链段的数均链段长度为20-35个硅氧烷重复单元，所述有机硅链段在有机硅共聚聚碳酸酯中的质量含量为5-10%。

4.根据权利要求1所述的耐低温冲击高透明聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述有机硅微粉为球形或近球形颗粒，且为具有羟基基团的苯基有机硅微粉，其粒径为3-5μm。

5.根据权利要求4所述的苯基有机硅微粉，其特征在于，所述苯基有机硅微粉的表面经硅烷偶联剂预处理，所用硅烷偶联剂为kh550、kh560和kh570中的一种。

6.根据权利要求1所述的耐低温冲击高透明聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述笼型聚倍半硅氧烷为具有si8o12笼状核结构的有机-无机杂化纳米粒子，粒径为1-5nm，其外部连接的有机基团为环氧基、苯基或甲基丙烯酰氧基中的一种。

7.根据权利要求1所述的耐低温冲击高透明聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂选自1010、1076、168和626中的一种或几种。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的耐低温冲击高透明聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将双酚a型聚碳酸酯、有机硅共聚聚碳酸酯、苯基有机硅微粉、笼型聚倍半硅氧烷和抗氧剂加入高速混合机中搅拌混合均匀，得到混合物料，将混合物料加入到双螺杆挤出机的喂料口，经熔融挤出造粒得到所述聚碳酸酯复合材料。其中，所述双螺杆挤出机的各段温度为240-270℃，螺杆转速为300-400rpm，螺杆长径比为40：1。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的耐低温冲击高透明聚碳酸酯复合材料应用于高寒环境下使用的光学结构件、户外薄壁壳体及精密可视注塑件。