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CN103044843A - 一种连续长纤维增强abs复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种连续长纤维增强abs复合材料及其制备方法 Download PDF

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CN103044843A CN2011103148083A CN201110314808A CN103044843A CN 103044843 A CN103044843 A CN 103044843A CN 2011103148083 A CN2011103148083 A CN 2011103148083A CN 201110314808 A CN201110314808 A CN 201110314808A CN 103044843 A CN103044843 A CN 103044843A
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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种连续长纤维增强ABS复合材料及其制备方法。该复合材料由包含以下重量份的组分制成：500～700份ABS、300～500份的连续长纤维增强剂、40～50份相容剂、10～20份抗氧剂。该复合材料是将ABS原料、相容剂、抗氧剂按照一定比例混合后加入到双螺杆挤出机，然后熔融挤出到浸渍槽中，连续纤维在浸渍槽中分散浸渍，然后牵引切粒。与现有技术相比，本发明设计合理、操作简单、实用性强，克服了现有技术存在的缺陷，提高了该材料的刚性和强度，降低了材料的吸水率和材料成本。

Description

一种连续长纤维增强ABS复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种连续长纤维增强ABS复合材料的制备方法。
背景技术
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)是一种具有较好的耐冲击性、耐化学性、优良的电性能、良好的加工性以及较高的性价比的热塑性工程塑料，广泛应用于汽车、电子电器、轻工、建筑等行业。但ABS的强度、硬度、尺寸稳定性以及热变形温度等性能尚不能满足工程制件的性能要求。玻纤增强ABS不仅保持了ABS原有的优异性能，而且能有效提高其拉伸强度、弹性模量、热变形温度以及尺寸稳定性，扩大了ABS的应用领域。
但是传统的玻纤增强ABS树脂复合材料也有一些缺点，如抗冲击强度比较低、易发黄变色、玻纤含量较高(40％以上)时易出现玻纤外露等。
为解决玻纤增强ABS树脂复合材料的以上问题，以前国内外都提出了一些解决方案。如美国专利(US 4547533，公开时间：1985-10-15)提出用苯乙烯-丙烯晴-甲基丙烯酸乙甘醇酯共聚物和环氧树脂、氨基硅烷、脂肪酰胺等组成上浆剂处理玻璃纤维后制备的玻璃纤维增强ABS树脂复合材料有好的加工性能和较好的颜色。日本专利特开平7-173367公开的20％玻纤增强ABS复合材料的无缺口冲击强度和缺口冲击强度分别为24.9kJ/m2和8.7kJ/m2。
中国专利(CN101638504A)提出一种高性能玻璃纤维增强ABS树脂组合物，主要解决以往玻璃纤维增强ABS树脂组合物抗冲击强度差、弯曲强度低的问题。该发明通过熔融共混连续本体法生产的ABS树脂、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物、加工助剂和无碱玻璃纤维制备玻璃纤维增强ABS树脂组合物的技术方案，较好地解决了该问题，可用于高性能玻璃纤维增强ABS树脂组合物的工业生产中。但是该方法的缺陷是，玻璃纤维直接加到双螺杆挤出机中，由于螺杆的剪切作用，纤维长度一般在1mm以下，使得材料的冲击强度比较低。
中国专利(CN1775512)提供一种原位聚合长玻璃纤维增强ABS复合材料的制备方法。系以玻璃纤维布浸渍低黏度的聚合物单体和低聚物后叠层放置于两块钢板的硅橡胶模具中，在平板硫化机上加热、加压，进行原位聚合制成复合材料板材。该方法的缺陷是过程比较繁琐，以丙烯晴、丁二烯、苯乙烯单体为原料合成低粘度的ABS树脂再进行玻纤浸渍，操作过程对人体和环境的影响比较大。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种连续长纤维增强ABS复合材料，该材料具有较高的刚性和强度，以及优异的抗冲击性能和耐热性能，而且该材料可以通过注塑直接成型，生产效率高，使用后的制件经粉碎后可以回收利用。
本发明的另一目的是提供上述一种连续长纤维增强ABS复合材料的制备方法，该方法工艺简单，操作过程对人体和环境基本没有影响。
本发明中，除非另有说明，否则所有百分数、份和比率均基于重量。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种连续长纤维增强ABS复合材料，该复合材料由包含以下重量份的组分制成：
ABS               500～700，
连续长纤维增强剂  300～500，
相容剂            40～50，
抗氧剂            10～20。
所述的ABS树脂为连续本体法生产，ABS中橡胶选自丁二烯橡胶、丁苯橡胶或者二者的混合物，其中橡胶含量为10～20％，与橡胶共聚的苯乙烯和丙烯晴组份的质量比为70～85∶15～30。
所述的连续长纤维增强剂选自连续玻璃纤维、碳纤维、金属纤维或合成树脂纤维中的一种或多种。
所述的相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g)、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物(SMA树脂)、有机酸铬络合物、有机偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或者多种。
所述的抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类或亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种，优选抗氧剂1010(四(β-(3，5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯)、抗氧剂1098(3，5-二叔丁基-4羟基苯丙酰-己二胺)、抗氧剂168(亚磷酸三-(2，4-二叔丁基苯酚酯)或抗氧剂PEPQ(四(2，4-二叔丁基酚)-4，4’-联苯基二亚磷酸酯)中的一种或多种。
一种连续长纤维增强ABS复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
将500～700重量份干燥的ABS、40～50重量份相容剂、10～20重量份抗氧剂，依次加入到高混机中，混料温度控制在40～60℃，混料时间3-5分钟后停止，然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用，挤出机料斗的干燥温度设定为80～85℃；
采用本申请人专利(CN1488674，公开日期：2004.04.14)中公开的连续纤维增强热塑性材料的专用浸渍设备，连续纤维在浸渍设备中的张力辊的作用下实现分散浸渍，通过选择定型口模的尺寸，同时调整挤出机转速和主机喂料，来调整连续长纤维增强ABS复合材料中连续长纤维增强剂的含量，纤维含量可以控制在30～50％重量；调整切粒机的切刀转速，使制备得到的连续长纤维增强ABS复合材料的切粒长度控制在11-13mm，粒径2.0～4.0mm。
所述的ABS置于干燥器中进行干燥，干燥温度：80～85℃；干燥时间：2～4h。
所述的挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径65mm，螺杆的长径比为40∶1，混合熔融温度设定为：第一段160～180℃，第二段210～220℃，第三段220～230℃，第四段230～240℃，第五段240～250℃，熔体温度230～425℃，机头温度235～245℃。
本发明由于采用了以上技术方案，即采用长玻璃纤维增强ABS复合材料，在该材料中玻璃纤维按同一方向取向，而且纤维的长度大于4mm，从而大幅度提高了材料的刚性和强度，以及抗水解性和耐热性能。
本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明采用长玻璃纤维增强ABS复合材料，通过浸渍设备对连续玻纤进行均匀分散，完全浸渍，提高了玻纤与复合树脂的界面作用，保证了玻纤的有效长度，从而大大提高了该材料的刚性和韧性，同时明显提高材料的抗水解性能和耐热性能。
2、采用本发明制备的连续纤维增强ABS复合材料，纤维分散均匀，制件重量稳定。
3、本发明设计合理、实用性强，产品为具有一定长度的粒料(粒长：11～13mm，直径：2.0～4.0mm)，干燥处理后可以直接注塑成型，生产效率高，且制件使用后经过粉碎处理还可以回收利用，不污染环境。
4、采用本发明原料及连续纤维增强专用浸渍设备，操作过程对人体和环境基本没有影响。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，试验测试按照以下标准进行：
1)拉伸强度，参照测试标准ASTM D638-2008，拉伸速度5mm/min；
2)弯曲强度/弯曲模量，参照测试标准ASTM D790-2003，弯曲速度1.25mm/min；
3)悬臂梁冲击强度，参照测试标准ASTM D256-2006，缺口类型为1A型模塑缺口；
4)热变形温度，参照测试标准ASTM D648，载荷1.82MPa；
5)灰分，参照测试标准ASTM D2584，测试温度650℃，时间30min。
实施例1
本实施例提供了一种连续长纤维增强ABS复合材料，该材料切粒长度11mm，粒径2.0mm，制备方法包括以下步骤：
(1)ABS干燥准备：干燥温度：80℃；干燥时间：4h；
(2)混料准备；将500份ABS、45份相容剂、12份抗氧剂，依次加入到高混机中，混料温度控制在45℃，混料时间4分钟后停止，然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用，挤出机料斗的干燥温度设定为85℃；
(3)连续长纤维增强ABS复合材料的制备：采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备，连续长纤维在张力辊的作用下分散浸渍树脂，通过选择定型口模的尺寸(2.5mm)，同时调整挤出机的主机转速和喂料喂料速度，纤维含量控制在50±2％，调整切粒机的切刀转速，使制备得到的连续长纤维增强ABS复合材料切粒长度控制在11mm，粒径2.5mm；
所述的挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径65mm，螺杆的长径比为40∶1，混合熔融温度设定为：第一段170℃，第二段220℃，第三段230℃，第四段240℃，第五段250℃，熔体温度245℃，机头温度240℃。
(4)注塑和样条测试：将上述得到的连续玻纤增强ABS复合材料在烘箱中80～85℃干燥2～4h后进行注塑，注塑样条为ASTM样条，注塑温度如下：
下料段：220℃；第二段：230℃第三段：240℃；喷嘴：245℃
模具温度：60℃。
实施例2
(1)ABS干燥准备：干燥温度：80℃；干燥时间：4h；
(2)混料准备；将600份ABS、45份相容剂、12份抗氧剂，依次加入到高混机中，混料温度控制在45℃，混料时间4分钟后停止，然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用，挤出机料斗的干燥温度设定为85℃；
(3)连续长纤维增强ABS复合材料的制备：采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备，连续长纤维在张力辊的作用下分散浸渍树脂，通过选择定型口模的尺寸(3.0mm)，同时调整挤出机的主机转速和喂料喂料速度，纤维含量控制在40±2％，调整切粒机的切刀转速，使制备得到的连续长纤维增强ABS复合材料切粒长度控制在11mm，粒径3.0mm；
所述的挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径65mm，螺杆的长径比为40∶1，混合熔融温度设定为：第一段170℃，第二段220℃，第三段230℃，第四段240℃，第五段250℃，熔体温度245℃，机头温度240℃。
(4)注塑和样条测试：将上述得到的连续玻纤增强ABS复合材料在烘箱中80～85℃干燥2～4h后进行注塑，注塑样条为ASTM样条，注塑温度如下：
下料段：220℃；第二段：230℃；第三段：240℃喷嘴：245℃
模具温度：60℃。
实施例3
(1)ABS干燥准备：干燥温度：80℃；干燥时间：4h；
(2)混料准备；将700份ABS、45份相容剂、12份抗氧剂，依次加入到高混机中，混料温度控制在45℃，混料时间4分钟后停止，然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用，挤出机料斗的干燥温度设定为85℃；
(3)连续长纤维增强ABS复合材料的制备：采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备，连续长纤维在张力辊的作用下分散浸渍树脂，通过选择定型口模的尺寸(3.5mm)，同时调整挤出机的主机转速和喂料喂料速度，纤维含量控制在30±2％，调整切粒机的切刀转速，使制备得到的连续长纤维增强ABS复合材料切粒长度控制在11mm，粒径3.5mm；
所述的挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径65mm，螺杆的长径比为40∶1，混合熔融温度设定为：第一段170℃，第二段220℃，第三段230℃，第四段240℃，第五段250℃，熔体温度245℃，机头温度240℃。
(4)注塑和样条测试：将上述得到的连续玻纤增强ABS复合材料在烘箱中80～85℃干燥2～4h后进行注塑，注塑样条为ASTM样条，注塑温度如下：
下料段：220℃；第二段：230℃；第三段：240℃；喷嘴：245℃
模具温度：60℃。
比较例1
为了与传统的玻纤增强ABS工艺进行比较，配方采用与实施例3完全相同，玻纤直接加入到双螺杆挤出机，控制玻纤含量在30±2％。
将上述得到的连续玻纤增强ABS复合材料在烘箱中80℃干燥4h后进行注塑，注塑样条为ASTM样条，注塑温度如下：
下料段：220℃；第二段：230℃；第三段：240℃；喷嘴：245℃
模具温度：60℃。
表1各实施例中测试数据对比
Figure BDA0000099468180000061
Figure BDA0000099468180000071
通过表1中的测试数据可以看出，与传统工艺玻纤增强ABS相比，本发明的长纤维增强ABS复合材料在拉伸强度、弯曲强度、冲击韧性和热变形温度方面，都远远高于单纯以双螺杆为改性设备制备的复合材料，根本的区别就是玻纤在双螺杆剪切作用下被剪砕而导致性能明显下降。
从实施例3到实施例1，随着纤维含量的增加，复合材料的强度、韧性也随之而增加，并且材料没有玻纤外露。
上述的对实施例的描述是为便于该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 (8)

1.一种连续长纤维增强ABS复合材料，该复合材料由包含以下重量份的组分制成：
ABS               500～700，
连续长纤维增强剂  300～500，
相容剂            40～50，
抗氧剂            10～20。
2.根据权利要求1所述的一种连续长纤维增强ABS复合材料，其特征在于：所述的ABS树脂为连续本体法生产，ABS中橡胶选自丁二烯橡胶、丁苯橡胶或者二者的混合物，其中橡胶重量为10～20％，与橡胶共聚的苯乙烯和丙烯晴组份的质量比为70～85∶15～30。
3.根据权利要求1所述的一种连续长纤维增强ABS复合材料，其特征在于：所述的连续长纤维增强剂选自连续玻璃纤维、碳纤维、金属纤维或合成树脂纤维中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种连续长纤维增强ABS复合材料，其特征在于：所述的相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g)、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物(SMA树脂)、有机酸铬络合物、有机偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或者多种。
5.根据权利要求1所述的一种连续长纤维增强ABS复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类或亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种，优选抗氧剂1010(四(β-(3，5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯)、抗氧剂1098(3，5-二叔丁基-4羟基苯丙酰-己二胺)、抗氧剂168(磷酸三-(2，4-二叔丁基苯酚酯)或抗氧剂PEPQ(四(2，4-二叔丁基酚)-4，4’-联苯基二亚磷酸酯)中的一种或多种。
6.一种连续长纤维增强ABS复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
将500～700重量份干燥的ABS、40～50重量份相容剂、10～20重量份抗氧剂，依次加入到高混机中，混料温度控制在40～60℃，混料时间3-5分钟后停止，然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用，挤出机料斗的干燥温度设定为80～85℃；
采用本申请人专利(CN1488674，公开日期：2004.04.14)中公开的连续纤维增强热塑性材料的专用浸渍设备，连续纤维在浸渍设备中的张力辊的作用下实现分散浸渍，通过选择定型口模的尺寸，同时调整挤出机转速和主机喂料，来调整连续长纤维增强ABS复合材料中连续长纤维增强剂的含量，纤维含量可以控制在30～50％重量；调整切粒机的切刀转速，使制备得到的连续长纤维增强ABS复合材料的切粒长度控制在11-13mm，粒径2.0～4.0mm。
7.根据权利要求6所述的一种连续长纤维增强ABS复合材料的制备方法，其特征在于：所述的ABS置于干燥器中进行干燥，干燥温度：80～85℃；干燥时间：2～4小时。
8.根据权利要求6所述的一种连续长纤维增强ABS复合材料的制备方法，其特征在于：所述的挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径65mm，螺杆的长径比为40∶1，混合熔融温度设定为：第一段160～180℃，第二段210～220℃，第三段220～230℃，第四段230～240℃，第五段240～250℃，熔体温度230～425℃，机头温度235～245℃。
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