CN104710765B - 由废旧电器外壳制备的高性能导热绝缘pc/abs合金及其制备方法 - Google Patents

由废旧电器外壳制备的高性能导热绝缘pc/abs合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种由废旧电器外壳制备的高性能导热绝缘PC/ABS合金，其原料配方是由以下重量份数的物质制成：废旧电器外壳PC破碎料50-70份、废旧电器外壳ABS破碎料30-50份、改性导热绝缘填料25-100份、玻璃纤维15-25份、相容剂10-25份、引发剂1-5份、抗氧剂1-10份、润滑剂1-10份。本发明的高性能导热绝缘PC/ABS合金，采用的废旧电器外壳PC和ABS材料代替PC和ABS新料，并针对废旧PC和ABS的特点，使用了合适的相容剂和其他助剂，制备出了性能较高的PC/ABS合金，节约了大量废旧电器外壳，并为节能环保作出贡献。

Description

由废旧电器外壳制备的高性能导热绝缘PC/ABS合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及废旧电器外壳回收再生技术领域，具体涉及一种由废旧电器外壳制备的高性能导热绝缘PC/ABS合金及其应用。
背景技术
废旧电器是指电子电器产品生产过程中的废弃物以及消费使用中的产品更新或达到使用寿命后废弃的电子电器设备。从2003年起，我国每年至少有500万台电视机，400万台电冰箱和300万台洗衣机报废。此外，近年来我国电脑和手机的消费量激增。目前，全社会电脑保有量近5000万台，移动电话约3.2亿部，而电脑和移动电话的更新换代速度远快于家电产品。对于电子电器外壳，使用最多的材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚碳酸酯(PC)。因此也产生了大量的ABS和PC废旧材料。PC是一种综合性能优异的工程塑料，具有优良的电绝缘性、耐热性、阻燃性、尺寸稳定性和良好的机械性能，但加工流动性差、低温脆性和抗冲的缺口敏感性。ABS也是一种应用广泛的工程塑料，具有良好的抗冲强度、拉伸强度和加工流动性，但热变形温度较低。PC/ABS合金可以提高ABS和PC的综合性能。
目前，对于废旧电器外壳材料的处理方式有以下两种：(1)掩埋或焚烧，如选择掩埋方式，由于ABS和PC均为难降解塑料，会占用大量的土地资源，且废旧外壳里很多小分子有毒渗滤液会进入土壤和地下水而产生污染。如选择焚烧方式，焚烧过程中产生的大量二氧化碳和有毒气体便被直接排放到大气中，造成温室效应和环境污染。(2)简单的回收，不做任何改性处理直接降为普通塑料使用，这样会造成材料的浪费和大量的劣质产品。上述的回收处理方法不仅严重污染环境，而且浪费宝贵的资源，不符合可持续发展战略和循环经济的发展模式。因此，回收并高效再生利用该类废旧电器外壳成为了新型经济模式下符合产业发展内在规律要求的必然途径。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了以废旧电器外壳PC和ABS为原材料，制备一种高性能导热绝缘PC/ABS合金。其特点是在PC/ABS合金的制备过程中添加了乙烯基硅烷偶联剂改性的导热无机填料及玻纤等增强材料，提高了废旧PC/ABS合金的热导率和力学性能。该合金材料可用于需要散热的变压器外壳、笔记本外壳、电源外壳、LED照明灯杯等电子电器设备。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种由废旧电器外壳制备的高性能导热绝缘PC/ABS合金，其原料配方是由以下重量份数的物质制成：
所述废旧电器外壳PC破碎料是将废旧电器外壳PC材料经破碎机破碎后得到的粒径小于等于8mm的破碎料；
所述废旧电器外壳ABS破碎料是将废旧电器外壳ABS材料经破碎机破碎后得到的粒径小于等于8mm的破碎料；
所述导热绝缘填料为粒径1-40μm的Al2O3、1-20μmMgO和1-10μmZnO的任一种与1-10μmAlN、1-10μmSi3N4和1-10μmSiC任一种按比例制备的复配填料，导热绝缘填料均被硅烷偶联剂改性处理；
所述玻璃纤维为玻璃纤维短切原丝，短切长度3-5mm，纤维直径9-13μm；
所述相容剂为ABS马来酸酐接枝(ABS-g-MAH)、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物(SMA)或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)；
所述引发剂为过氧化二异丙苯(DCP)或2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷(DBPH)；
所述抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168按重量比1:1的混合物；
所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺(EBS)；
所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的一种。
一种如上述所述的由废旧电器外壳制备的高性能导热绝缘PC/ABS合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)废旧电器外壳PC破碎料的制备
收集废旧电器外壳PC的废旧料，使用裁剪机将长度超过300mm的PC废旧料进行裁剪，再将裁剪过的PC废旧料加到破碎机里进行破碎，破碎后得到的粒径小于等于8mm的PC破碎料；
(2)废旧电器外壳ABS破碎料的制备
收集废旧电器外壳ABS的废旧料，使用裁剪机将长度超过300mm的ABS废旧料进行裁剪，再将裁剪过的ABS废旧料加到破碎机里进行破碎，破碎后得到的粒径小于等于8mm的ABS破碎料；
(3)导热绝缘填料的表面改性处理
将导热绝缘填料加入到高速混合机中，高速混合机温度设置为100℃，再称取导热填料质量0.5-2％的硅烷偶联剂，用水醇混合液溶解后制成混合溶液水解30分钟，将混合溶液一次性喷洒在高速混合机中的填料上，并加热混合搅拌10-30分钟，改性后的导热绝缘填料于80℃烘干至恒重除去多余的溶剂；
(4)高性能导热绝缘PC/ABS合金的制备
按上述重量份数称取各组分并放入高速混合机中均匀混合10分钟，然后投入双螺杆挤出机挤出造粒，各段挤出温度分别为180-220℃、220-240℃、230-240℃、235-245℃、240-250℃、235-245℃、230-240℃，制得高性能导热绝缘PC/ABS合金。
由于无机表面存在羟基，使其在基体中难以润湿和分散，表面能较大并倾向于团聚，目前普遍使用偶联剂对导热填料进行表面改性处理。本发明所用的乙烯基硅烷偶联剂在表面处理导热填料过程中，硅烷偶联剂分子上所含的甲氧基或者乙氧基会水解成羟基，与导热填料表面发生化学键合或者物理吸附作用；同时在反应挤出过程中，由于ABS中与双键相连的－CH2－上的氢的活泼性很强，在引发剂的作用下，首先生成自由基，该自由基可以引发乙烯基硅烷偶联剂上的双键并与其结合。该类乙烯基硅烷偶联剂用于导热绝缘PC/ABS合金中，一方面，导热填料表面被改性后，其表面由亲水性变成疏水性，提高了与基体的相容性；另一方面，当导热绝缘填料被处理后，若其表面被两个或多个乙烯基硅烷偶联剂连接，在反应挤出过程中和引发剂的作用下，每个乙烯基硅烷偶联剂上的乙烯基都可以与ABS发生化学反应，从而将两条或者多条聚合物分子链连接起来，提高基体的分子量，起到扩链的作用。因此，废旧PC/ABS合金的力学性能得到改善。
对上述方法制备的PC/ABS合金进行性能测试，发现该PC/ABS合金具有优良的热导率和力学性能，可用于需要散热的变压器外壳、笔记本外壳、电源外壳、LED照明灯杯等电子电器设备。
本发明的有益效果是：
1、本发明的高性能导热绝缘PC/ABS合金，采用的废旧电器外壳PC和ABS材料代替PC和ABS新料，并针对废旧PC和ABS的特点，使用了合适的相容剂和其他助剂，制备出了性能较高的PC/ABS合金，节约了大量废旧电器外壳，并为节能环保作出贡献。
2、本发明的高性能导热绝缘PC/ABS合金，采用的硅烷偶联剂均为乙烯基偶联剂，该类偶联剂处理填料后，不仅有效地改善了导热绝缘填料在基体中的分散效果，而且在反应挤出过程中在引发剂的作用下与ABS发生反应，起到扩链的作用。改善废旧PC/ABS合金的力学性能。
3、本发明的高性能导热绝缘PC/ABS合金具有优良的性能，可用于需要散热的变压器外壳、笔记本外壳、电源外壳、LED照明灯杯等电子电器设备，为国家的电子电子和家电行业提供技术支持。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
收集废旧电器外壳PC的废旧料，使用裁剪机将长度超过300mm的PC废旧料进行裁剪，再将裁剪过的PC废旧料加到破碎机里进行破碎，破碎后得到的粒径小于等于8mm的PC破碎料。收集废旧电器外壳ABS的废旧料，使用裁剪机将长度超过300mm的ABS废旧料进行裁剪，再将裁剪过的ABS废旧料加到破碎机里进行破碎，破碎后得到的粒径小于等于8mm的ABS破碎料。
称取1000gAl2O3(40μm)加入到高速混合机中，高速混合机温度设置为100℃。再称取导热填料质量的1％的乙烯基三甲氧基硅烷，用水醇混合液溶解后制成混合溶液水解30分钟。将混合溶液一次性喷洒在高速混合机中的填料上，并加热混合搅拌10-30分钟。改性后的导热绝缘填料于80℃烘干，得到改性Al2O3。再称取1000gSiC(10μm)，采用乙烯基三乙氧基硅烷按上述处理方法处理得到改性SiC。
将废旧PC破碎料和ABS破碎料在干燥箱中80℃干燥5h，将70份上述干燥的PC破碎料、30份上述干燥的ABS破碎料、50份上述制得的改性Al2O3、50份上述制得的SiC、20份玻璃纤维、15份ABS-g-MAH、0.05份DCP、3份抗氧剂和1份润滑剂在高速混合机中共混10分钟，然后投入挤出机挤出、造粒。其中，挤出机的各段温度依次为：一区温度180℃、二区温度230℃、三区温度235℃、四区温度240、五区温度245℃、六区温度240℃、机头温度235℃。制得高性能导热绝缘PC/ABS合金。
所得高性能导热绝缘PC/ABS合金粒子于70℃干燥，放置12小时，注塑成标准样条，测试其导热性能为：导热系数为0.8335W/(m·K)。力学性能为：拉伸强度为48.24MPa，缺口冲击强度为20.5kJ/m2，弯曲强度为100.84MPa，热变形温度为120℃，体积电阻率为1.11×1015Ω·cm。可以用于需要散热的变压器外壳、笔记本外壳、电源外壳、LED照明灯杯等电子电器设备。
实施例2
收集废旧电器外壳PC的废旧料，使用裁剪机将长度超过300mm的PC废旧料进行裁剪，再将裁剪过的PC废旧料加到破碎机里进行破碎，破碎后得到的粒径小于等于8mm的PC破碎料。收集废旧电器外壳ABS的废旧料，使用裁剪机将长度超过300mm的ABS废旧料进行裁剪，再将裁剪过的ABS废旧料加到破碎机里进行破碎，破碎后得到的粒径小于等于8mm的ABS破碎料。
称取600gZnO(1μm)加入到高速混合机中，高速混合机温度设置为100℃。再称取导热填料质量的1.5％的乙烯基三乙酰氧基硅烷偶联剂，用水醇混合液溶解后制成混合溶液水解30分钟。将混合溶液一次性喷洒在高速混合机中的填料上，并加热混合搅拌10-30分钟。改性后的导热绝缘填料于80℃烘干，得到改性ZnO。再称取1400gAlN(10μm)，采用乙烯基三叔丁氧基硅烷按上述处理方法相同处理得到改性AlN。
将废旧PC破碎料和ABS破碎料在干燥箱中80℃干燥5h，将50份上述干燥的PC破碎料、50份上述干燥的ABS破碎料、25份上述制得的改性ZnO、50份上述制得的AlN、15份玻璃纤维、10份SMA、0.03份DCP、2份抗氧剂和1份润滑剂在高速混合机中共混10分钟，然后投入挤出机挤出、造粒。其中，挤出机的各段温度依次为：190℃、220℃、230℃、235℃、240℃、245℃、240℃，制得高性能导热绝缘PC/ABS合金。
所得高性能导热绝缘PC/ABS合金粒子于70℃干燥，放置12小时，注塑成标准样条，测试其导热性能为：导热系数为0.7576W/(m·K)。力学性能为：拉伸强度为42.56MPa，缺口冲击强度为35.2kJ/m2，弯曲强度为88.52MPa，热变形温度为110℃，体积电阻率为3.19×1015Ω·cm。可以用于需要散热的变压器外壳、笔记本外壳、电源外壳、LED照明灯杯等电子电器设备。
实施例3
收集废旧电器外壳PC的废旧料，使用裁剪机将长度超过300mm的PC废旧料进行裁剪，再将裁剪过的PC废旧料加到破碎机里进行破碎，破碎后得到的粒径小于等于8mm的PC破碎料。收集废旧电器外壳ABS的废旧料，使用裁剪机将长度超过300mm的ABS废旧料进行裁剪，再将裁剪过的ABS废旧料加到破碎机里进行破碎，破碎后得到的粒径小于等于8mm的ABS破碎料。
称取1000gMgO(20μm)加入到高速混合机中，高速混合机温度设置为100℃。再称取导热填料质量的2％的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，用水醇混合液溶解后制成混合溶液水解30分钟。将混合溶液一次性喷洒在高速混合机中的填料上，并加热混合搅拌10-30分钟。改性后的导热绝缘填料于80℃烘干，得到改性MgO。再称取2000gSi3N4(1μm)，按上述处理方法相同处理得到改性Si3N4。
将废旧PC破碎料和ABS破碎料在干燥箱中80℃干燥5h，将60份上述干燥的PC破碎料、40份上述干燥的ABS破碎料、15份上述制得的改性MgO、50份上述制得的Si3N4、20份玻璃纤维、15份MSB、0.05份DBPH、2份抗氧剂和2份润滑剂在高速混合机中共混10分钟，然后投入挤出机挤出、造粒。其中，挤出机的各段温度依次为：一区温度180℃、二区温度220℃、三区温度235℃、四区温度240、五区温度245℃、六区温度240℃、机头温度230℃。制得高性能导热绝缘PC/ABS合金。
所得高性能导热绝缘PC/ABS合金粒子于70℃干燥，放置12小时，注塑成标准样条，测试其导热性能为：导热系数为0.6228W/(m·K)。力学性能为：拉伸强度为46.48MPa，缺口冲击强度为25.6kJ/m2，弯曲强度为95.35MPa，热变形温度为105℃，体积电阻率为6.19×1015Ω·cm。可以用于需要散热的变压器外壳、笔记本外壳、电源外壳、LED照明灯杯等电子电器设备。
本发明涉及了以废旧电器外壳PC和ABS为原材料，制备的一种高性能导热绝缘PC/ABS合金及其应用。该高性能导热绝缘PC/ABS合金包括重量份数下列物质：废旧电器外壳PC破碎料50-70份，废旧电器外壳ABS破碎料30-50份，改性导热绝缘填料25-100份，玻璃纤维15-25份，引发剂0.01-1份，相容剂5-25份，抗氧剂1-10份，润滑剂1-10份；将上述物质加入高速混合机中混合，然后投入挤出机，制得高性能导热绝缘PC/ABS合金。本发明采用乙烯基硅烷偶联剂对导热填料进行表面处理，该类偶联剂不仅能够明显改善填料在合金中分散性；同时起到扩链作用。因此，本发明PC/ABS合金具有优良的热导率、力学性能和绝缘性。可用于需要散热的变压器外壳、笔记本外壳、电源外壳、LED照明灯杯等电子电器设备。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种由废旧电器外壳制备的高性能导热绝缘PC/ABS合金，其特征在于，其原料配方是由以下重量份数的物质制成：
所述导热绝缘填料为粒径1-40μm的Al2O3、1-20μmMgO和1-10μmZnO的任一种与1-10μmAlN、1-10μmSi3N4和1-10μmSiC任一种按比例制备的复配填料，导热绝缘填料均被硅烷偶联剂改性处理；
所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的一种。
2.根据权利要求1所述的高性能导热绝缘PC/ABS合金，其特征在于所述废旧电器外壳PC破碎料是将废旧电器外壳PC材料经破碎机破碎后得到的粒径小于等于8mm的破碎料；所述废旧电器外壳ABS破碎料是将废旧电器外壳ABS材料经破碎机破碎后得到的粒径小于等于8mm的破碎料。
3.根据权利要求1所述的高性能导热绝缘PC/ABS合金，其特征在于玻璃纤维为玻璃纤维短切原丝，短切长度3-5mm，纤维直径9-13μm。
4.根据权利要求1所述的高性能导热绝缘PC/ABS合金，其特征在于所述引发剂为过氧化二异丙苯或2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷。
5.根据权利要求1所述的高性能导热绝缘PC/ABS合金，其特征在于所述相容剂为苯乙烯-马来酸酐无规共聚物或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
6.根据权利要求1所述的高性能导热绝缘PC/ABS合金，其特征在于所述抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168按重量比1:1的混合物。
7.根据权利要求1所述的高性能导热绝缘PC/ABS合金，其特征在于所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺。
8.如权利要求1-7任一项所述的高性能导热绝缘PC/ABS合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)废旧电器外壳PC破碎料的制备
收集废旧电器外壳PC的废旧料，使用裁剪机将长度超过300mm的PC废旧料进行裁剪，再将裁剪过的PC废旧料加到破碎机里进行破碎，破碎后得到的粒径小于等于8mm的PC破碎料；
(2)废旧电器外壳ABS破碎料的制备
收集废旧电器外壳ABS的废旧料，使用裁剪机将长度超过300mm的ABS废旧料进行裁剪，再将裁剪过的ABS废旧料加到破碎机里进行破碎，破碎后得到的粒径小于等于8mm的ABS破碎料；
(3)导热绝缘填料的表面改性处理
将导热绝缘填料加入到高速混合机中，高速混合机温度设置为100℃，再称取导热填料质量的0.5-2％的硅烷偶联剂，用水醇混合液溶解后制成混合溶液水解30分钟，将混合溶液一次性喷洒在高速混合机中的填料上，并加热混合搅拌10-30分钟，改性后的导热绝缘填料于80℃烘干至恒重除去多余的溶剂；
(4)高性能导热绝缘PC/ABS合金的制备
按上述重量份数称取各组分并放入高速混合机中均匀混合10分钟，然后投入双螺杆挤出机挤出造粒，各段挤出温度分别为180-220℃、220-240℃、230-240℃、235-245℃、240-250℃、235-245℃、230-240℃，制得高性能导热绝缘PC/ABS合金。
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