一种高光泽低气味耐磨PC/ABS/PMMA合金材料及其制备方法与流程

一种高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于改性塑料技术领域，更具体地，涉及一种高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料及其制备方法。


背景技术：

2.pc/abs复合材料继承了pc的高耐热、高冲击和高尺寸稳定性以及abs的高流动和低内应力等特点，是一类综合性能优异的复合材料，这类材料在电子电器、汽车、机械和通信等领域都有广泛的应用。但pc/abs的表面硬度在2b以下，耐磨、耐刮花性能较差。聚甲基丙烯酸甲(pmma)是一类透明聚合物，其透光率在90％以上，表面硬度在2h以上，耐磨性能极其优异，但其冲击强度较低，是一类脆性材料。将一定比例pmma与pc、abs共混制得的pc/abs/pmma合金，在保留pc/abs材料高冲击强度情况下，pmma的引入可以有效提升体系的表面硬度，从而有效弥补pc/abs合金耐磨不足的缺陷。
3.但由于pmma和pc折光指数的差异，如果复配比例选择不当，同时不能有效解决二者界面相容性，复配之后在对应制件表面会随机出现珠光纹，影响外观的均一性。另外pc的塑化温度比pmma和abs的都要高出30℃以上，为了保证pc的有效塑化，pc/abs/pmma三元合金较高的加工温度会导致pmma和abs在一定程度上的降解，所以制备的三元合金中小分子挥发份含量偏高，材料气味偏大。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明为克服上述现有技术所述的至少一种不足，提供一种高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料，有效解决pc/abs/pmma合金材料的珠光纹、气味大问题。
5.为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：
6.一种高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料，包括如下重量份数的各原料组分：包括如下重量份数的各原料组分：其中，所述pc与abs的重量份数比满足pc:abs≤8:2；所述高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料由所述各原料组分熔融共混制备，所述发泡剂在熔融共混过程中受热分散产生二氧化碳。
7.本发明通过将pmma与pc/abs共混而制得pc/abs/pmma合金，可有效增强pc/abs材料的表面硬度，进而提高材料的耐磨性。但本发明并不是简单地将各组分进行熔融挤出造粒，因为简单地将pmma与pc/abs共混容易导致合金制品的光泽度性能不佳，而是通过发泡剂的应用引入超临界发泡技术。发泡剂在熔融共混过程中产生的二氧化碳充当一种超临界流体，其可以有效降低pc、abs、pmma、upe组分的熔体粘度，同时增强基体与基体的界面相互作用，提高树脂材料间的相容性，能够明显改善合金材料的表面光洁度及珠光纹缺陷。另外，发泡剂还与纳米矿晶协同作用，其可以有效吸附加工过程中产生的小分子挥发物，有效改善了pc/abs/pmma合金材料气味大的问题。
8.超高分子量聚乙烯(upe)的耐磨、耐冲击、耐腐蚀、自润滑和吸收冲击能的性能都极其优异，其耐磨性能是普通碳钢的8倍，冲击强度是abs的6倍，自润滑性能和聚四氟乙烯相当，本发明将少量upe和pc/abs/pmma复配，进一步提升体系的耐磨和耐刮伤性能。润滑剂具备高热稳定性、高透明性、优异的分散性能，其加入进一步解决了合金材料均一性的问题。本发明还通过熔融共混制备pc/abs/pmma合金材料，在充分混合的情况下，有效减少了高速剪切作用对发泡剂的损伤。
9.本发明通过有效地将这些技术点相结合，从而制备出高光泽、低气味且耐磨性好的pc/abs/pmma合金材料，该合金材料可广泛用于制备各类有耐磨和高力学性能等需求的塑胶外壳件。
10.进一步地，所述pc为双酚a型聚碳酸酯，是一种性能优异的工程塑料，无味、无嗅且透明度在85％以上，具备高热变形温度、高尺寸稳定性和高冲击强度等优势，在光学、电子电气和机械等领域都有广泛的应用。
11.进一步地，所述abs是指丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，其兼具硬、刚和韧性，是一种非结晶性综合性能优异的通用塑料，且无毒、无味，可通过多种加工方式成型，在家电、汽车和建材等领域都有广泛的应用。将其和pc共混制备的复合材料兼具两者优势，且互相弥补缺点，是一类综合性能极其优异、应用非常广泛的复合材料。
12.进一步地，pmma是聚甲基丙烯酸甲酯的简称，俗称有机玻璃，其融指≤3.5g/10min。
13.进一步地，所述纳米矿晶由海泡石、凹凸棒土、硅藻土、膨润土制备而成。其中海泡土和凹凸棒土的纳米晶格可以吸附空气中的甲醛、苯、氨等有毒有害的纳米级小分子极性物质；而硅藻土除了可以吸附微米级的大分子空气杂质，还为纳米矿晶提供吸附通道，提高纳米矿晶的吸附效果；硅藻土能明显增强产品的刚性和强度，沉降体积达95％，并可提高产品的耐热、耐磨、抗老化等性能，硅藻土来源广泛且价格低廉，具有比表面积大和多孔结构的特点，不仅启到填充材料增强的作用，还因为多孔结构吸附了树脂中存在的小分子还可减少树脂的用量，降低成本。
14.进一步地，所述upe作为材料的增韧剂，为超高分子量聚乙烯粉体，其密度为0.93～0.95g/cm3，粒径为50～300nm。
15.进一步地，所述发泡剂为吸热型闭孔式化学成核发泡剂，受热分散产生的气体为二氧化碳，二氧化碳含量为80～85ml/gram。
16.进一步地，所述润滑剂为纳米合成的镁铝滑石，为粉体结构，其镁铝比为2:1，平均粒径《80μm，白度为92，比重为2.1g/ml。
17.进一步地，所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂。优选地，所述主抗氧剂为1010、1076、245等受阻酚类抗氧剂；和/或所述辅抗氧剂为168、pep36等亚磷酸酯类抗氧剂，其可以抑制pc、abs和pmma树脂的降解。
18.另外，一种如上所述高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料的制备方法，包括如下步骤：s1.将pc、abs、pmma进行干燥处理，将纳米矿晶置于150～200℃烘箱中烘料；s2.按比例称取upe、发泡剂、润滑剂、抗氧剂和步骤s1烘料处理后的纳米矿晶，搅拌混合得到活化粉粉体树脂；s3.按比例称取步骤s1干燥处理后的pc、abs、pmma和步骤s2得到的活化粉粉体树脂，混合形成预混料；s4.将步骤s3得到的预混料加入双螺杆挤出机，熔融共混制得所述高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料。
19.进一步地，步骤s1中，干燥温度为80～100℃，干燥时间为3～6h；和/或烘料时间为1～2h。
20.进一步地，步骤s2中，用混合机搅拌混合3～10min。
21.进一步地，步骤s3中，用高速混合机混合3～6min。
22.进一步地，步骤s4中，加热温度为200～260℃，机头挤出温度为230～250℃；主机螺杆转速为200～400rpm，加料转速为25～35rpm。
23.此外，本发明提供的高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料对后续的成型加工方法没有特别地限定，可以采用常规的成型工艺，例如注塑成型等。
24.本发明与现有技术相比较有如下有益效果：
25.1、本发明提供的高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料，pmma与pc、abs共混而制得pc/abs/pmma合金，可有效增强pc/abs材料的表面硬度，进而提高材料的耐磨性，但是简单地将pmma与pc/abs共混容易导致合金制品的光泽度性能不佳，发泡剂的应用，增强了基体与基体的界面相互作用，提高了树脂材料间的相容性，能够明显改善合金材料的表面光洁度；
26.2、本发明所公布的高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料，发泡剂在挤出过程中与纳米矿晶协同作用，有效改善了pc/abs/pmma合金材料气味大的问题，使得材料更加环保健康；
27.3、本发明所公布的高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料，通过pmma、upe的加入，提高了pc/abs/pmma的耐磨性能，减少喷漆、电镀等二次加工，降低成本、节能环保；
28.4、加入的润滑剂，具备高热稳定性、高透明性、优异的分散性能及良好的耐候性，进一步解决了合金材料均一性的问题，制备出的高光泽，低气味且耐磨性好的pc/abs/pmma合金材料可广泛用于制备各类有耐磨需求的塑胶外壳件。
具体实施方式
29.为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。实施例1
30.本实施例提供一种高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料，包括以下重量份数的原料：43.4份pc、18.6份abs、20份pmma、10份纳米矿晶、6份upe、0.5份吸热型闭孔式化学成核发泡剂、1份润滑剂、0.2份主抗氧剂1010、0.2份辅抗氧剂168，其中pc:abs约为7:3。
31.该高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料的制备方法包括如下步骤：s1.将pc、abs、pmma进行干燥处理，pc在90℃条件下干燥4h，abs、pmma在80℃下干燥3h；将纳米矿晶置于150℃烘箱中烘料2h；s2.按比例称取upe、发泡剂、润滑剂、抗氧剂和步骤s1烘料处理后的纳米矿晶，在混合机中搅拌混合5分钟，得到活化粉粉体树脂，取出备用；s3.按比例称取步骤s1干燥处理后的pc、abs、pmma和步骤s2得到的活化粉粉体树脂，在高速混合机中混合4min，混合均匀后形成预混料；s4.将步骤s3得到的预混料加入双螺杆挤出机，各区温度为220、240、250、250、250、250、250、240、240℃，主机螺杆转速为300rpm，加料转速为30rpm，熔融共混制得所述高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料。
32.除了配方，实施例2～6中高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料的制备方法基本上同实施例1。实施例2
33.本实施例提供一种高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料，包括以下重量份数的原料：43.3份pc、10.8份abs、20份pmma、12份纳米矿晶、12份upe、0.5份吸热型闭孔式化学成核发泡剂、1份润滑剂、0.2份主抗氧剂1010、0.2份辅抗氧剂168，其中pc:abs约为8:2。该高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料与实施例1的区别在于：pc:abs约为8:2，并提高了upe、纳米矿晶等部分原料的添加量。实施例3
34.本实施例提供一种高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料，包括以下重量份数的原料：38.5份pc、9.6份abs、30份pmma、14份纳米矿晶、6份upe、0.5份吸热型闭孔式化学成核发泡剂、1份润滑剂、0.2份主抗氧剂1010、0.2份辅抗氧剂168，其中pc:abs约为8:2。该高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料与实施例1的区别在于：pc:abs约为8:2，并提高了pmma、纳米矿晶等部分原料的添加量。实施例4
35.本实施例提供一种高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料，包括以下重量份数的原料：29.7份pc、7.4份abs、40份pmma、15份纳米矿晶、6份upe、0.5份吸热型闭孔式化学成核发泡剂、1份润滑剂、0.2份主抗氧剂1010、0.2份辅抗氧剂168，其中pc:abs约为8:2。该高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料与实施例1的区别在于：pc:abs约为8:2，并提高了pmma、纳米矿晶等部分原料的添加量。实施例5
36.本实施例提供一种高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料，包括以下重量份数的原料：20份pc、5份abs、5份pmma、5份纳米矿晶、4份upe、0.5份吸热型闭孔式化学成核发泡剂、0.5份润滑剂、0.1份主抗氧剂1010、0.1份辅抗氧剂168，其中pc:abs约为4:1。实施例6
37.本实施例提供一种高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料，包括以下重量份数
的原料：50份pc、20份abs、40份pmma、15份纳米矿晶、20份upe、1份吸热型闭孔式化学成核发泡剂、2份润滑剂、0.2份主抗氧剂1010、0.2份辅抗氧剂168，其中pc:abs约为5:2。对比例1
38.与实施例1相比，本对比例未添加pmma，pc:abs比例及其它原料配比与实施例1一致，挤出加工工艺和实施例1相近。对比例2
39.与实施例1相比，本对比例未添加upe，pc:abs比例及其它原料配比与实施例1一致，挤出加工工艺和实施例1相近。对比例3
40.与实施例3相比，本对比例未加发泡剂，pc:abs比例及其它原料配比与实施例3一致，挤出加工工艺和实施例3相近。对比例4
41.与实施例3相比，本对比例中pc:abs比例增大至9:1，其它和实施例3一致，挤出加工工艺和实施例3相近。
42.实施例1～4以及对比例1～4的配方如下表所示。 实施例1实施例2实施例3实施例4对比例1对比例2对比例3对比例4pc43.443.338.529.757.547.738.942.3abs18.610.89.67.424.620.49.74.8pmma202030400203030纳米矿晶1012141510101414upe612666066发泡剂0.50.50.50.50.50.500.5润滑剂1111111110100.20.20.20.20.20.20.20.21680.20.20.20.20.20.20.20.2
43.对实施例1～4和对比例1～4制备得到的pc/abs/pmma合金材料进行取样检测，检测结果如下表所示。测结果如下表所示。注：耐磨性按照astm d4060-01标准进行测试，voc按照vda277标准进行测试，气味等级测试按照vda270标准进行测试。外观效果主要通过肉眼观察，
○
表示好，肉眼难以观察出珠光纹，
○→◎
表示一般，有少量珠光纹，
◎
表示外观效果差，有肉眼明显可见的珠光纹。
44.通过对比例1与实施例1的对比可以看到，pmma可有效增强pc/abs材料的表面硬度，进而提高材料的耐磨性；而且通过实施例1、3、4可以看出，在一定范围内，随着pmma含量的增加，材料的耐磨性逐渐提高。通过对比例2与实施例1相比较可以知道，upe的加入可以提高材料的耐磨性能。通过对比例3与实施例3进行对比，发泡剂的加入，增强了基体与基体的界面相互作用，提高了pc、abs、pmma塑胶材料的相容性，能够明显改善合金材料的表面光洁度及合金材料的珠光纹，此外发泡剂产生的气体可以与纳米矿晶协同作用，有效改善pc/abs/pmma合金材料气味大的问题。通过对比例4与实施例1、3可知，在pc/abs/pmma合金材料中，pc:abs≤8:2时，材料的表面效果较好，不会出现明显的珠光纹，当pc:abs的比值继续增大时，材料的外观效果会降低，表面会产生珠光纹。
45.由此可见，本发明通过发泡剂在熔融共混过程中产生充当超临界流体的二氧化碳、以及对各树脂复配比例的选择，使制备出来的pc/abs/pmma合金材料具有高光泽；并通过发泡剂与纳米矿晶的协同作用使制备出来的pc/abs/pmma合金材料气味低；还通过pmma、upe的加入使制备得到的pc/abs/pmma合金材料耐磨，这些技术点环环相扣、密切结合，从而制备出高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料。需要说明的是，本发明制备方法简单，无需结合超声波等其他处理手段。
46.此外，除了上述实施例具体选用的原料组分，本发明高光泽低气味耐磨pc/abs/pmma合金材料配方中，主抗氧剂还可以选自1076、245等受阻酚类抗氧剂，辅抗氧剂还可以选自pep36等亚磷酸酯类抗氧剂。
47.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。