一种PC复合材料以及制备方法与应用与流程

一种pc复合材料以及制备方法与应用
技术领域
1.本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种pc复合材料以及制备方法与应用。


背景技术：

2.目前，市售弦乐乐器如吉他等，通常先使用特定木材经过手工加工制备各种结构和功能部件，包括，背板、面板、侧板、琴颈、琴枕等，然后再用胶水将其粘接组合而成。这类吉他加工制造方法工序多、材质品种复杂、生产效率低、价格高而且品质一致性差。而且从长期使用性能来看，由于木制结构受环境的湿度影响较大，容易在潮湿和干燥的环境下产生影响音质的变形。由于塑料材料在产品形状设计自由度大、加工效率高、成本低、尺寸稳定等方面的优势，以塑代木的方案成为乐器行业的一大发展方向。
3.专利cn107958660 a公开了一种吉他、吉他型体及其制备方法，其实现了吉他背板、侧板和琴颈的一体化成型，其一体化成型的方法为注塑成型，其优选的材料是碳纤维增强abs，优选的碳纤维材料具有密度低，比强度高，成型制品表面光洁等优点，且有较高的音质音色。虽然利用碳纤维增强abs可以实现较好的音质效果，但在音色的独特性方面仍有局限性，如低音不够清晰，声音发闷等。专利cn112812530 a公开了一种pc/abs合金及其制备方法和应用，其技术特色是在原有的碳纤维增强abs组合物的基础上，额外加入了pc材料，提高了组合物的韧性，并可以提升吉他成品的音量，且低音效果有所改善，但改善程度有限。


技术实现要素：

4.本发明目的在于针对上述现有技术的不足之处而提供一种pc复合材料以及制备方法与应用。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种pc复合材料包括如下重量份的组分：70-85份硅氧烷共聚聚碳酸酯树脂，15-25份碳纤维，0-6份界面改性剂，1-5份增韧剂，0.1-2份硅烷偶联剂；所述硅烷偶联剂为含有氨基基团的硅烷偶联剂和含有环氧基团的硅烷偶联剂的混合物；所述增韧剂为含有硅橡胶的增韧剂。
6.本发明采用硅氧烷共聚聚碳酸酯树脂为基材，利用硅氧烷共聚聚碳酸酯树脂具有流动性好、韧性好的性能，提升pc复合材料的可加工性和尺寸稳定性。因此，将硅氧烷共聚聚碳酸酯树脂与增韧剂复配使得pc复合材料不仅具有较高的冲击强度，而且具有较好的加工性能；本发明选用含有氨基基团的硅烷偶联剂和含有环氧基团的硅烷偶联剂的混合物为硅烷偶联剂，少量的硅烷偶联剂不仅能够使pc复合材料具有动态力学内耗水平较低的优点，而且材料在室温和低温下仍然保持较好的抗冲击性能。同时，本发明选用含有硅橡胶的增韧剂，能够改善pc复合材料体系中，树脂、碳纤维、界面改性剂、增韧剂和硅烷偶联剂的相容性，进而改善pc复合材料的缺口冲击强度和低音的音质和音色水平。
7.因此，本发明将硅氧烷共聚聚碳酸酯树脂、碳纤维、界面改性剂、增韧剂和硅烷偶
联剂协同，不仅能够改善乐器的音质和音色，譬如低音更清晰，不发闷，有利于维持余音、音量大和在较宽的频率范围内响应性好等优点；而且可以保持pc复合材料良好的抗冲击性能。
8.作为本发明的优选实施方案，所述界面改性剂的重量份为3-5。作为本发明的优选实施方案，按照测试标准gbt 11998-1989测试，所述界面改性剂的玻璃转化温度为80-200℃。
9.界面改性剂通过对物体表面进行处理，改善或改变材料表面的物理和化学特性，因此本发明使用界面改性剂可以减弱材料内部多个界面对声音震动、声速和耗散的影响。并且，本发明申请人通过大量实验发现，当界面改性剂的玻璃化温度较高时，材料在常温下，较低频率的振动过程的内耗小，低音的音质和音色较好。因此，当界面改性剂的玻璃化温度为80-200℃时，本发明所述pc复合材料具有明显的内耗吸收效果，可将内耗水平降低至0.0066的低水平，并且保持较高的缺口冲击强度。
10.作为本发明的优选实施方案，含有氨基基团的硅烷偶联剂和含有环氧基团的硅烷偶联剂的质量比0.66-1.5：1。
11.作为本发明的优选实施方案，所述界面改性剂为马来酸酐接枝苯乙烯-丙烯腈、苯乙烯-马来酸酐-n-苯基马来酰亚胺中的至少一种。
12.作为本发明的优选实施方案，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯及有机硅组成核壳结构的增韧剂。
13.作为本发明的优选实施方案，所述碳纤维的平均直径为5～10μm。
14.本发明通过实验发现，碳纤维的平均直径影响pc复合材料的低音效果和抗冲击性能，碳纤维的平均直径过小，pc复合材料的低音效果和抗冲击性能明显降低；当碳纤维的平均直径过大时，pc复合材料力学性能下降。
15.作为本发明的优选实施方案，所述硅氧烷共聚聚碳酸酯树脂的重均分子量为10000-200000g/mol。为提高pc复合材料的加工性能，本发明选择重均分子量为10000-50000g/mol的硅氧烷共聚聚碳酸酯树脂。
16.作为本发明的优选实施方案，所述pc复合材料还包括0-3重量份加工助剂，所述加工助剂为抗氧剂、润滑剂中的至少一种。
17.作为本发明的优选实施方案，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、硫醚类抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂为硅酮类润滑剂、酯类润滑剂、酰胺类润滑剂、聚乙烯类润滑剂中的至少一种。
18.此外，本发明提供了所述的pc复合材料的制备方法，包括如下步骤：
19.(1)将硅氧烷共聚聚碳酸酯树脂、界面改性剂、增韧剂和加工助剂混合均匀，得到预混物；
20.(2)将碳纤维和硅烷偶联剂通过侧喂料口加入预混物中，熔融共混，挤出造粒，得到所述pc复合材料。
21.作为本发明的优选实施方案，所述熔融共混、挤出造粒的装置为双螺杆挤出机；所述双螺杆挤出机从喂料段到机头的温度依次为：t1区120-140℃、t2区210-230℃、t3区210-230℃、t4区220-240℃、t5区220-240℃、t6区220-240℃、t7区210-230℃、t8区210-230℃、t9区220-250℃、t10区220-250℃、t11区220-250℃、t12区220-250℃，机头区220-250℃，螺
杆长径比为(46-50)：1。
22.本发明所述的pc复合材料在乐器中的应用；所述乐器为弦乐乐器。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
24.(1)本发明选用含有氨基基团的硅烷偶联剂和含有环氧基团的硅烷偶联剂的混合物为硅烷偶联剂，少量的硅烷偶联剂不仅能够使pc复合材料具有动态力学内耗水平较低的优点，而且材料在室温和低温下仍然保持较好的抗冲击性能，有助于材料的成型加工和防止制件冲击破损。另外，本发明选用含有硅橡胶的增韧剂，能够改善pc复合材料体系中，树脂、碳纤维、界面改性剂、增韧剂和硅烷偶联剂的相容性，进而改善pc复合材料的缺口冲击强度和低音的音质和音色水平。
25.(2)本发明将硅氧烷共聚聚碳酸酯树脂、碳纤维、界面改性剂、增韧剂和硅烷偶联剂协同，不仅能够改善乐器的音质和音色，譬如低音更清晰，不发闷，有利于维持余音、音量大和在较宽的频率范围内响应性好等优点；而且可以保持pc复合材料良好的抗冲击性能。
具体实施方式
26.为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
27.以下实施例和对比例以下面来源的原料为例进行说明，实际生产中还可以采用其他来源的原料，原料如下：
28.硅氧烷共聚聚碳酸酯树脂a：双酚-a型聚碳酸酯，由双酚-a、光气和聚硅氧烷共聚合成，重均分子量53000，型号lexan exl1330，厂家ge；
29.硅氧烷共聚聚碳酸酯树脂b：双酚-a型聚碳酸酯，由双酚-a、光气和聚硅氧烷共聚合成，重均分子量46000，型号lexan exl1112t，厂家ge；
30.碳纤维a：平均直径为5μm；型号im p303，由东邦帝人提供；
31.碳纤维b：平均直径为7μm；型号493，由东邦帝人提供；
32.界面改性剂a：马来酸酐接枝苯乙烯-丙烯腈，玻璃化温度为100℃；型号sam-010，由佳易容提供；
33.界面改性剂b：苯乙烯-马来酸酐-n-苯基马来酰亚胺，玻璃化温度为193℃；型号ms-nb，由日本电气化学提供；
34.界面改性剂c：乙烯-丙烯酸酯-丙烯酸缩水甘油酯，玻璃化温度为-50℃；型号ptw，由杜邦提供；
35.界面改性剂d：pipa(聚丙烯酸异丙基酯)-co-mah，玻璃化温度为5℃；型号pipa-co-mah，由佳易容提供；
36.增韧剂a：丙烯酸酯及有机硅共聚物橡胶作为核，甲基丙烯酸甲酯作为壳的接枝共聚物，橡胶含量大于50％；具体牌号：s2001，由日本三菱丽阳提供；
37.增韧剂b：丙烯酸酯及有机硅共聚物作为核，甲基丙烯酸甲酯作为壳的接枝共聚物，橡胶含量大于65％；具体牌号：s2030，由日本三菱丽阳提供；
38.增韧剂c：mbs，甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物，具体牌号：m711，由日本钟渊公司提供；
39.硅烷偶联剂a：含有氨基基团的硅烷偶联剂和含有环氧基团的硅烷偶联剂按照质
250℃、t11区220-250℃、t12区220-250℃，机头区220-250℃，螺杆长径比为(46-50)：1。
59.表1
[0060][0061][0062]
对比例
[0063]
本发明对比例1～11所述pc复合材料的组成组分如表2和3所示。
[0064]
本发明对比例1～9所述pc复合材料的制备方法与本发明实施例相同。
[0065]
本发明对比例10～11所述pc复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0066]
(1)将abs树脂、pc树脂、as树脂和加工助剂混合均匀后，得到预混物；
[0067]
(2)将碳纤维通过双螺杆挤出机侧喂料口加入预混物中，熔融共混，挤出造粒，得到所述pc复合材料；所述双螺杆挤出机的温度为120～250℃，其中t1区120-140℃。
[0068]
表2
[0069][0070]
表3
[0071][0072]
效果例
[0073]
性能测试：
[0074]
实施例和对比例的产品按照下列标准进行测试，相关测试方法和标准如下：
[0075]
(1)储能模量：根据《高分子聚合物热分析之动态热机械分析法》测试；
[0076]
(2)耗能模量：根据《高分子聚合物热分析之动态热机械分析法》测试；
[0077]
(3)tanδ为耗能模量与储能模量的比值；
[0078]
(4)缺口冲击强度：采用iso180-20016标准执行检测。
[0079]
本发明实施例1～13和对比例1～11所述pc复合材料性能测试结果如表4所示。
[0080]
表4
[0081]
[0082]
[0083][0084]
根据表4中的数据可知，实施例1-13相比于对比例1-11来说，所制备的pc复合材料的tanδ≤0.0084，且室温缺口冲击强度≥10.0kj/m2，0℃缺口冲击强度≥9.0kj/m2，具有很好的低音效果，且在室温和低温下保持较高的抗冲击性能。
[0085]
根据实施例1、对比例1-3的数据可知，硅烷偶联剂的种类对pc复合材料的tanδ和抗冲击性能影响较大；含有氨基基团的硅烷偶联剂和含有环氧基团的硅烷偶联剂的混合物硅烷偶联剂所制备的材料的tanδ低于对比例1-3的材料，而且室温和低温抗冲击性能也优于对比例1-3的材料。
[0086]
由实施例1-5的数据可知，随着界面改性剂添加量的增加，材料的tanδ先减小再增大，而且室温和低温抗冲击性能逐渐增大；但根据对比例4的数据可知，当界面改性剂的添加量过高时，所制备的pc复合材料的tanδ较大，低音性能并没有更好的改善，且室温和低温抗冲击性能明显下降。
[0087]
由实施例1、6-8的数据可知，随着硅烷偶联剂添加量的增加，材料的tanδ先减小再增大，而且材料的室温和低温抗冲击性能较强；但根据对比例7-8的数据，硅烷偶联剂添加量过低或过高时，所制备的pc复合材料的tanδ较大，低音性能并没有更好的改善，且室温和低温抗冲击性能明显下降。
[0088]
由实施例1、12-15的数据可知，随着硅烷偶联剂中含氨基基团的硅烷偶联剂和含有环氧基团的硅烷偶联剂的质量比的增大，材料的tanδ先减小再增大，而材料的室温和低温抗冲击性能先增大再减小。
[0089]
由实施例1、9-11的数据可知，界面改性剂的玻璃转化温度为80-200℃时，材料的tanδ较小，具有良好的低音性能，而且材料的室温和低温抗冲击性能较强。
[0090]
由实施例1、16和对比例9的数据可知，增韧剂的种类对pc复合材料的tanδ和抗冲击性能影响较大；实施例1、16中含有硅橡胶的增韧剂所制备的材料的tanδ低于对比例9的材料，而且室温和低温抗冲击性能也优于对比例9的材料。
[0091]
对比例7-8为目前较为常见的以塑代木的方案，复合材料的tanδ为0.019，低音效果的改善与本技术有明显的差距，而且本发明所述pc复合材料同时还具有良好的室温和低温抗冲击性能。
[0092]
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质
和范围。