CN108047677A - 一种高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料及其制备方法，复合材料的原料组成组分主要包括双酚A聚碳酸酯，含氟聚合物微粉蜡，玻璃纤维，增溶剂和流动改性剂，通过先将除玻璃纤维以外的原料加入混合机中充分混合，再将混合料和玻璃纤维加入挤出机共混挤出造粒，最后将粒料加入到注塑机注塑成型。本发明所采用的氟微粉蜡粒径较小，为有机高分子化合物，易于分散于聚碳酸酯基体中，并与基体树脂保持较好的相容性和界面粘结性。同时，增溶剂的加入能够显著提高聚碳酸酯与玻璃纤维、氟微粉与玻璃纤维的相容性，从而使得制备得到的复合材料兼具良好的耐磨性能和力学性能，可广泛用于制作高耐磨性、高强度兼具较好韧性要求的制品。

Description

一种高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于特种高分子材料领域，具体涉及一种高耐磨高强度聚碳酸酯复合材及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC)是分子链中含有碳酸酯基(—OROCO—)的一类高分子聚合物总称。PC是一种很好的工程塑料，具有优异的冲击韧性、透明性、尺寸稳定性、电气绝缘性、耐蠕变性、耐候性、无毒性等优点，并且使用温度宽、适应性广。由于有以上优点，它被广泛应用于电子电气、交通运输、仪器仪表、建筑工程、机械设备、电气照明等领域。虽然PC具有良好的综合性能，但也存在易应力开裂、对缺口敏感、耐磨性差及熔融流动性较差等缺点。尤其是不良的熔融流动性，给制品的成型加工带来一定的局限。另外其价格也比较高，属塑料当中的“贵族”，因此对它的改性就显得尤为重要。为了使聚碳酸酯能够进一步在高强度、高负荷等苛刻条件下使用，就必须在其原有的优良物理性能基础上进一步的提高其力学强度，降低其摩擦系数和磨损率，增强其拉伸强度，这就需要对聚碳酸酯进行改性来实现。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的是提供一种高耐磨高强度聚碳酸酯复合材，以克服现有聚碳酸酯材料耐磨性能和力学性能不足的问题；本发明的第二个目的是提供一种工艺简单、生产成本较低的聚碳酸酯复合材料的制备方法。
针对本发明的第一个目的，本发明提供的高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料，其制备原料的组成组分以按质量份计包括：
在本发明的上述技术方案中，所述聚碳酸酯优先选用双酚A型聚碳酸酯。
在本发明的上述技术方案中，所述含氟聚合物微粉蜡优先选自但不限于：聚全氟乙丙烯微粉蜡、聚四氟乙烯微粉蜡、聚四氟乙烯与聚乙烯混合蜡、全氟乙烯与全氟乙丙烯的共聚物微粉蜡和聚偏氟乙烯微粉蜡；含氟聚合物微粉蜡的平均粒径优先控制在0.1-10μm的范围。
在本发明的上述技术方案中，所述玻璃纤维优先选自但不限于无捻粗纱、短切原丝和长玻纤；玻璃纤维的直径优先控制在1μm-50μm的范围。
在本发明的上述技术方案中，所述增溶剂优先选用乙撑双脂肪酸酰胺。
在本发明的上述技术方案中，所述流动改性剂优先选自但不限于：纳米云母、纳米二氧化硅和磷酸锆。
针对本发明的第二个目的，本发明提供的高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料的制备方法，其构成包括以下步骤：
(1)将配方量的原料聚碳酸酯、含氟聚合物微粉蜡、增溶剂和流动改性剂加入到混合机中进行充分混合；所述混合机最好是高速混合机；
(2)将步骤(1)得到的混合物和玻璃纤维加入双螺杆挤出机的料斗中进行共挤出造粒，将挤出的粒料返回到双螺杆挤出机的料斗中进行再一次共挤出造粒，挤出温度为250-300℃；或
将步骤(1)得到的混合物加入设计有玻纤入口的双螺杆挤出机的料斗中，将玻璃纤维经由玻纤入口加入挤出机，进行共挤出造粒，挤出温度为250-300℃；
(3)将步骤(2)所得的粒料加入在注塑机中进行注塑成型，成型温度为250-310℃。
在本发明的上述制备方法的技术方案中，所述双螺杆挤出机优先选用设计有6～9个温度控制区的挤出机，所述注塑机优先选用设计有3～6个温度控制区注塑机，挤出机和注塑机各温度控制区的温度均由前向后逐步升高，于中后部温度控制区升温至最高控制温度，温度控制区间的升温幅度不大于10℃。
本发明提供的高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料，由于所采用的含氟聚合物微粉蜡是有机高分子，加之其细微的尺寸，与聚碳酸酯基体树脂的相容性好。同时，增溶剂的加入显著改善了玻璃纤维与聚碳酸酯基体、含氟聚合物微粉蜡的相容性，大大提高了界面的黏结力，从而使制备得到的复合材料具有优异的物理机械性能，能够满足工程应用的要求。
本发明提供的聚碳酸酯复合材料，具有强度高、耐磨性好、自润滑、耐高温耐腐蚀和耐候性等优异性能，能够作为特种结构件的材料，可应用于机械、电子、工程等具有特殊要求的领域。
具体实施方式
下面给出本发明的实施例，通过实施例对本发明作进一步详细说明，以便于本领域的技术人员更好地理解本发明。
在下述实施例中，所涉及到的原料组成组分的份数和百分数，除特别说明之外，均为质量份数或质量百分数。
在下述实施例中，其中拉伸强度按GB/T 1040-1992方法测试，冲击强度按GB/T1843-1994方法测试,摩擦系数按照GB/T 10006方法测试，体积磨损率按照GB/T 3960方法测试。
实施例1：
本实施例的原料质量份配比为：聚碳酸酯80份，聚四氟乙烯微粉蜡10份(平均粒径5μm)，纳米二氧化硅2份,增溶剂3份,玻璃纤维无捻粗纱5份。
制备方法：
(1)将原料聚碳酸酯、聚四氟乙烯微粉蜡、纳米二氧化硅、增溶剂按上述比例进行称量，并加入到高速混合机中混合30左右分钟；
(2)将步骤(1)所得混合物加入挤出机料斗中，玻璃纤维由玻纤入口加入挤出机，进行共挤出造粒，挤出温度约为：一区260℃，二区275℃，三区280℃，四区290℃，五区290℃，六区290℃，七区280℃；
(3)将步骤(2)所得的粒料在注塑机中注塑成型，注射温度约为：一区270℃，二区2800℃，三区290℃，四区290℃，得到注塑样条。
通过上述步骤制备的塑料样条经过测试，其拉伸强度80MPa，弯曲强度121.0kJ*m-2，摩擦系数0.20，体积磨损率1.07。
实施例2：
本实施例的原料质量份配比为：聚碳酸酯65份，聚四氟乙烯微粉蜡15份(平均粒径5μm)，纳米云母3份,增溶剂5份,玻璃纤维无捻粗纱12份。
制备方法：
(1)将原料聚碳酸酯、聚四氟乙烯微粉蜡、纳米云母、增溶剂按上述比例进行称量，并加入到高速混合机中，混合30左右分钟；
(2)将步骤(1)所得混合物加入挤出机料斗中，玻璃纤维由玻纤入口加入挤出机，进行共挤出造粒，挤出温度约为：一区270℃，二区285℃，三区290℃，四区295℃，五区295℃，六区295℃，七区295℃；
(3)将步骤(2)所得的粒料在注塑机中注塑成型，注射温度约为：一区280℃，二区290℃，三区300℃，四区300℃，得到注塑样条。
通过上述步骤制备的塑料样条经过测试，其拉伸强度104MPa，弯曲强度135.0kJ*m-2，摩擦系数0.18，体积磨损率1.01。
实施例3：
本实施例的原料质量份配比为：聚碳酸酯58份，聚四氟乙烯微粉蜡20份(平均粒径5μm)，磷酸锆3份,增溶剂4份,玻璃纤维无捻粗纱15份。
制备方法：
(1)将原料聚碳酸酯、聚四氟乙烯微粉蜡、磷酸锆、增溶剂按上述比例进行称量，并加入到高速混合机中，混合30左右分钟；
(2)将步骤(1)所得混合物加入挤出机料斗中，玻璃纤维由玻纤入口加入挤出机，进行共挤出造粒，挤出温度约为：一区270℃，二区280℃，三区290℃，四区295℃，五区295℃，六区295℃，七区295℃；
(3)将步骤(2)所得的粒料在注塑机中注塑成型，注射温度约为一区280℃，二区290℃，三区295℃，四区295℃，得到注塑样条。
通过上述步骤制备的塑料样条经过测试，其拉伸强度119MPa，弯曲强度151.0kJ*m-2，摩擦系数0.17，体积磨损率0.98。
上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料，其特征在于，制备原料的组成组分以按质量份计包括：
2.根据权利要求1所述的高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯。
3.根据权利要求1所述的高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述含氟聚合物微粉蜡选自聚全氟乙丙烯微粉蜡、聚四氟乙烯微粉蜡、聚四氟乙烯与聚乙烯混合蜡、全氟乙烯与全氟乙丙烯的共聚物微粉蜡和聚偏氟乙烯微粉蜡。
4.根据权利要求3所述的高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述含氟聚合物微粉蜡的平均粒径为0.1-10μm。
5.根据权利要求1所述的高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维选自无捻粗纱、短切原丝和长玻纤。
6.根据权利要求5所述的高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维的直径为1μm-50μm。
7.根据权利要求1所述的高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述增溶剂为乙撑双脂肪酸酰胺。
8.根据权利要求1所述的高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述流动改性剂选自纳米云母、纳米二氧化硅和磷酸锆。
9.权利要求1至8之一所述的高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将配方比例量的原料聚碳酸酯、含氟聚合物微粉蜡、增溶剂和流动改性剂加入到混合机中进行充分混合；
(2)将步骤(1)得到的混合物和玻璃纤维加入双螺杆挤出机的料斗中进行共挤出造粒，将挤出的粒料返回到双螺杆挤出机的料斗中进行再一次共挤出造粒，挤出温度为250-300℃；或
将步骤(1)得到的混合物加入设计有玻纤入口的双螺杆挤出机的料斗中，将玻璃纤维经由玻纤入口加入挤出机，进行共挤出造粒，挤出温度为250-300℃；
(3)将步骤(2)所得的粒料加入在注塑机中进行注塑成型，成型温度为250-310℃。
10.根据权利要求9所述的高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机为设计有6～9个温度控制区的挤出机，所述注塑机为设计有3～6个温度控制区注塑机，挤出机和注塑机各温度控制区的温度均由前向后逐步升高，于中后部温度控制区升温至最高控制温度，温度控制区间的升温幅度不大于10℃。
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