一種高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料及其制備方法
【專利摘要】一種高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料及其制備方法，該高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料按重量百分比由以下組分組成：PC樹脂95?99％、高硬度耐磨改性劑0.2?2％、偶聯(lián)劑0.1?0.3％、穩(wěn)定劑0.2?0.5％、抗氧劑0.2?0.5％、抗滴落劑0.1?0.3％、加工助劑0.2?1％。本發(fā)明聚碳酸酯材料以PC樹脂為主料，并通過高硬度耐磨改性劑、偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧劑、抗滴落劑及加工助劑發(fā)生協(xié)同作用，從而賦予了該聚碳酸酯材料具有高硬度、高耐磨、高透明的特點，從而改善了聚碳酸酯材料的表面硬度及耐磨性能，同時保持其透明度。
【專利說明】
一種高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于高分子材料物理改性技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高硬度耐磨透明聚碳酸 酯材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚碳酸酯的力學(xué)性能既有優(yōu)良的拉伸性能，又有很好的沖擊性能，耐熱雨寒性、耐 蠕變性、電絕緣性和耐大氣老化性優(yōu)良，廣泛用于防暴盾牌、坦克視鏡塊、防彈玻璃、防爆隔 板及激光防護PC材料等防護材料中，用于抵擋硬物、鈍器以及不明液體的襲擊，也可以抵擋 低速子彈。但是由于聚碳酸酯的剛性鏈結(jié)構(gòu)，使得它在加工過程中不結(jié)晶，易產(chǎn)生應(yīng)力開 裂，從而造成這種材料對缺口敏感，抗疲勞性和耐磨性差。國內(nèi)外生產(chǎn)廠家和研究機構(gòu)都在 PC改性上加大了開發(fā)力度，通過納米材料對PC進行改性已經(jīng)逐漸引起了研究人員的重視。
[0003] 高硬度納米微粉是已知實用材料中具有高硬度、最好化學(xué)穩(wěn)定性、最高導(dǎo)熱率和 寬頻譜透光性的珍貴功能材料。有許多優(yōu)異性能，如優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨性、良好的生 物相容性以及超強的機械性能和很高的表面自由能而被公認為最有前途的超強復(fù)合聚合 物材料的添加物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高硬度耐磨透明聚碳酸酯 材料及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有的聚碳酸酯由于其剛性鏈結(jié)構(gòu)，使得在加工過程中不結(jié) 晶，易產(chǎn)生應(yīng)力開裂，從而造成其對缺口敏感，抗疲勞性和耐磨性差的問題。
[0005] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一方面，提供了一種高硬度、高耐磨、高透明的聚碳酸酯材 料，按重量百分比由以下組分組成： PC 樹脂 95-99% ;
[0006] 高硬度耐磨改性劑 0.2-2% ; 偶聯(lián)劑 0.1-().3% ; 熱穩(wěn)定劑 0.2-0.5% ;
[0007]抗氧劑 0.2-0.5% ; 抗滴落劑 0.1-().3% ； 加工助劑 0.2-1%。
[0008] 進一步地，所述PC樹脂為熔融指數(shù)在300°C/1.2KG條件下為15-40g/min。
[0009] 進一步地，所述高硬度耐磨改性劑為納米金剛石粉、納米玉石粉，金剛砂、納米微 晶石、尖晶石微粉或者含有二氧化硅添加劑。
[0010] 進一步地，所述高硬度耐磨改性劑經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理，其中，所述用量占所述高硬 度耐磨改性劑總質(zhì)量的5-15%之間。
[0011] 進一步地，所述熱穩(wěn)定劑為含有活性基團環(huán)氧基的擴鏈劑、受阻酚類抗氧劑和磷 酸酯類抗氧劑按照1:1:1復(fù)配得到。
[0012] 進一步地，所述加工助劑為內(nèi)外潤滑劑、脫模劑和分散劑按照重量比1:2:2~4復(fù) 配得到。
[0013] 另一方面，提供了一種高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料制備方法，包括步驟：
[0014] (1)稱取配方組分
[0015] 按照權(quán)利要求1所述的硬度耐磨透明聚碳酸酯材料配方分別稱取PC樹脂、高硬度 耐磨改性劑、偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧劑、抗滴落劑及加工助劑；
[0016] (2)制備混合物
[0017] 將步驟（1)中稱取的所述PC樹脂、高硬度耐磨改性劑、偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧劑、 抗滴落劑及加工助劑加入高混機中高速混合2-10分鐘，得到混合物；
[0018] (3)熔融擠出
[0019] 將步驟(2)中得到的混合物由主喂料系統(tǒng)加入嚙合同向雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融 反應(yīng)、擠出、冷卻、切粒、干燥、獲得注塑原料成品。雙螺桿擠出機的工藝條件為:雙螺桿擠出 機加料段溫度為180-225°C，塑化段溫度為235°C_245°C，均化段溫度為230°C-240°C，機頭 溫度215°C_230°C，主機頻率設(shè)為20-45HZ，螺桿轉(zhuǎn)速400-600rpm，真空度為-0.04-0.lMPa。 注塑模具溫度應(yīng)控制在110-140 °C。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明聚碳酸酯材料以PC樹脂為主料，并通過高硬度耐磨 改性劑、偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧劑、抗滴落劑及加工助劑發(fā)生協(xié)同作用，從而賦予了該聚碳 酸酯材料具有高硬度、高耐磨、高透明的特點，從而改善了聚碳酸酯材料的表面硬度及耐磨 性能，同時保持其透明度，有效克服了現(xiàn)有的聚碳酸酯由于其剛性鏈結(jié)構(gòu)，使得在加工過程 中不結(jié)晶，易產(chǎn)生應(yīng)力開裂，從而造成其對缺口敏感，抗疲勞性和耐磨性差的問題。
【具體實施方式】
[0021] 下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
[0022] 本發(fā)明實施例提供一種高硬度、高耐磨、高透明的聚碳酸酯材料，按重量百分比由 以下組分組成： PC 樹脂 95-99% ; 高硬度耐磨改性劑 0.2-2% ; 偶聯(lián)劑 0.1-().3% ;
[0023] 熱穩(wěn)定劑 （).2-().5% ; 抗氧劑 0.2-().5% ; 抗滴落劑 （).1-0.3% ; 加工助劑 0.2-1%。
[0024]進一步地，所述PC樹脂為熔融指數(shù)在300°C/1.2KG條件下為15-40g/min，優(yōu)選15-25g/min〇
[0025] 進一步地，所述高硬度耐磨改性劑為納米金剛石粉、納米玉石粉，金剛砂、納米微 晶石、尖晶石微粉或者含有二氧化硅添加劑，其中，上述高硬度納米微粉的折光率接近PC。
[0026] 進一步地，所述高硬度耐磨改性劑經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理，其中，所述用量占所述高硬 度耐磨改性劑總質(zhì)量的5-15%之間。其中，具體的處理方法為:取7.5g(0.03M)KH-570偶聯(lián) 劑注入錐形瓶中，加入2.7g(0.3M)重蒸水，滴加4滴冰醋酸調(diào)節(jié)PH值，磁力攪拌約40min，以 乳狀液驟然清澈透明（pH值約為4.7)作為水解完成標(biāo)志。水解完成后的KH-570應(yīng)該立即作 為表面改性劑加入到高硬度耐磨改性劑微粉的懸液中；將2 g高硬度耐磨改性劑加入到 800ml無水乙醇中，超聲分散30min，然后按金剛石微粉質(zhì)量的10%加入水解后的KH-570,在 50°C攪拌反應(yīng)8h，接著離心烘干，然后以無水乙醇為溶劑將之洗滌離心3次，最后在80°C真 空干燥12h即得改性后高硬度耐磨改性劑。
[0027] 進一步地，所述熱穩(wěn)定劑為含有活性基團環(huán)氧基的擴鏈劑、受阻酚類抗氧劑和磷 酸酯類抗氧劑按照1:1:1復(fù)配得到，其中，熱穩(wěn)定劑在高溫和水解條件下能阻滯分子鏈挪動 蠕動造成的分子鏈破損，捕捉鏈接游離小分子，以及減少小分子助劑的分解、表面上浮，從 而改善PC制品表面，增加和延長材料使用壽命，該熱穩(wěn)定劑為含有活性基團環(huán)氧基的擴鏈 劑、受阻酚類抗氧劑和磷酸酯類抗氧劑按照1:1:1復(fù)配得到，其中，擴鏈劑可以恢復(fù)和改善 加工所降低的機械性能、熱性能、加工性能和光學(xué)的平衡，該擴鏈劑可購置于巴斯夫擴鏈劑 八01?-43703^01?-4380、401?-43703^01?-4368(：或該擴鏈劑可購置于日之升346-005、346-008 等，而受阻酚類抗氧劑，磷酸酯類抗氧劑的混合物可以選擇布呂格曼公司的H161，在具體實 施例中，該熱穩(wěn)定劑的質(zhì)量百分含量可以是0.2%、0.3%、0.4%、0.5%等具體組分。。
[0028] 進一步地，所述加工助劑為內(nèi)外潤滑劑、脫模劑和分散劑按照重量比1:2:2~4復(fù) 配得到，其中，加工助劑在加工和成型過程中能夠有效地改善各組分的分散性、減少有害摩 擦及增加材料的光澤度等，在具體實施例中，該加工助劑的質(zhì)量百分含量可以是0.2%、 0·4%、0·6%、0·8%、1%、1·2%、1·4%、1·5%、1·7%、2% 等具體組分。
[0029] 本發(fā)明聚碳酸酯材料以PC樹脂為主料，并通過高硬度耐磨改性劑、偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定 劑、抗氧劑、抗滴落劑及加工助劑發(fā)生協(xié)同作用，從而賦予了該聚碳酸酯材料具有高硬度、 高耐磨、高透明的特點，從而改善了聚碳酸酯材料的表面硬度及耐磨性能，同時保持其透明 度，有效克服了現(xiàn)有的聚碳酸酯由于其剛性鏈結(jié)構(gòu)，使得在加工過程中不結(jié)晶，易產(chǎn)生應(yīng)力 開裂，從而造成其對缺口敏感，抗疲勞性和耐磨性差的問題。
[0030] 相應(yīng)地，本發(fā)明實施例還提供一種高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料制備方法，包括 步驟：
[0031] (1)稱取配方組分
[0032] 按照權(quán)利要求1所述的硬度耐磨透明聚碳酸酯材料配方分別稱取PC樹脂、高硬度 耐磨改性劑、偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧劑、抗滴落劑及加工助劑；
[0033] (2)制備混合物
[0034]將步驟（1)中稱取的所述PC樹脂、高硬度耐磨改性劑、偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧劑、 抗滴落劑及加工助劑加入高混機中高速混合2-10分鐘，得到混合物；
[0035] (3)熔融擠出
[0036]將步驟(2)中得到的混合物由主喂料系統(tǒng)加入嚙合同向雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融 反應(yīng)、擠出、冷卻、切粒、干燥、獲得注塑原料成品。雙螺桿擠出機的工藝條件為:雙螺桿擠出 機加料段溫度為180-225°C，塑化段溫度為235°C_245°C，均化段溫度為230°C-240°C，機頭 溫度215°C-230°C，主機頻率設(shè)為20-45Hz，螺桿轉(zhuǎn)速400-600rpm，真空度為-0.04-0.lMPa。 注塑模具溫度應(yīng)控制在110-140 °C。
[0037] 上述高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料制備方法只需按配方將各組分混合并在適當(dāng) 的溫度下熔融擠出即可得到產(chǎn)品，在熔融擠出過程中只需控制熔融擠出的溫度和時間即 可，因此，其制備方法工藝簡單，條件易控，成本低廉，對設(shè)備要求低的特點，適于工業(yè)化生 產(chǎn)。
[0038] 下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做一詳細的闡述。
[0039] 實施例1
[0040]該實施例中的高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料，按重量百分比含量，由以下組分組 成:PC樹脂98.2份，納米金剛石粉1份，偶聯(lián)劑0.2份，熱穩(wěn)定劑0.2份，抗氧劑0.2份，加工助 劑0.2份。
[0041 ]其制備方法如下：
[0042] (1)按上述的重量份數(shù)稱取各個組分
[0043] (2)將步驟(1)中稱取的所述PC樹脂，納米金剛石粉，偶聯(lián)劑，熱穩(wěn)定劑，抗氧劑，加 工助劑加入高混機中高速混合2-10分鐘；
[0044] (3)將步驟(2)中得到的混合物由主喂料系統(tǒng)加入嚙合同向雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔 融反應(yīng)、擠出、冷卻、切粒、干燥、獲得注塑原料成品。雙螺桿擠出機的工藝條件為:雙螺桿擠 出機加料段溫度為180-225 °C，塑化段溫度為235°C-245 °C，均化段溫度為230°C-240°C，機 頭溫度215°C_230°C，主機頻率設(shè)為20-45HZ，螺桿轉(zhuǎn)速400-600rpm，真空度為-0.04-O.lMPa。注塑模具溫度應(yīng)控制在110-140 °C。
[0045] 實施例2
[0046] 該實施例中的高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料，按重量百分比含量，由以下組分組 成:PC樹脂98.2份，納米微晶石1份，偶聯(lián)劑0.2份，熱穩(wěn)定劑0.2份，抗氧劑0.2份，加工助劑 0.2份。
[0047]其制備方法如實施例1。
[0048] 實施例3
[0049] 該實施例中的高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料，按重量百分比含量，由以下組分組 成:PC樹脂98.2份，尖晶石微粉1份，偶聯(lián)劑0.2份，熱穩(wěn)定劑0.2份，抗氧劑0.2份，加工助劑 0.2份。
[0050]其制備方法如實施例1。
[0051 ] 實施例4
[0052]該實施例中的高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料，按重量百分比含量，由以下組分組 成:PC樹脂98.2份，金剛砂1份，偶聯(lián)劑0.2份，熱穩(wěn)定劑0.2份，抗氧劑0.2份，加工助劑0.2 份。
[0053]其制備方法如實施例1。
[0054] 對比例1
[0055] 該對比例中的高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料，按重量百分比含量，由以下組分組 成:PC樹脂99.2份，偶聯(lián)劑0.2份，熱穩(wěn)定劑0.2份，抗氧劑0.2份，加工助劑0.2份。
[0056] 性能測試及評價：
[0057]將上述實施例1-5及對比例1制備的粒子物料先在鼓風(fēng)烘箱中100-120°C的條件下 干燥4小時，然后將干燥好的粒子物料用注射成型機制成標(biāo)準(zhǔn)測試樣條測試。
[0058] 其中，拉伸強度按ASTM D-638標(biāo)準(zhǔn)進行檢驗。
[0059] 試樣類型為I型，樣條尺寸(mm):(176±2)(長）\(12.6±0.2)(端部寬度）\(3.05 ±0.2)(厚度），拉伸速度為50mm/min;
[0060] 缺口沖擊強度按ASTM D-256標(biāo)準(zhǔn)進行檢驗。
[0061 ]試樣類型為I型，試樣尺寸(111111):(63±2)\(12.45±0.2)\(3.1±0.2);缺口類型 為A類，缺口剩余厚度為1.9mm。
[0062] 性能測試結(jié)果表：
[0063]
[0064] 本發(fā)明聚碳酸酯材料以PC樹脂為主料，并通過高硬度耐磨改性劑、偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定 劑、抗氧劑、抗滴落劑及加工助劑發(fā)生協(xié)同作用，從而賦予了該聚碳酸酯材料具有高硬度、 高耐磨、高透明的特點，從而改善了聚碳酸酯材料的表面硬度及耐磨性能，同時保持其透明 度，有效克服了現(xiàn)有的聚碳酸酯由于其剛性鏈結(jié)構(gòu)，使得在加工過程中不結(jié)晶，易產(chǎn)生應(yīng)力 開裂，從而造成其對缺口敏感，抗疲勞性和耐磨性差的問題。
[0065]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為 本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料，其特征在于，按重量百分比由以下組分組成： PC 樹脂 95-99% ; 高硬度耐磨改性劑 0.2-2% ; 偶聯(lián)劑 0.1-0,3% ; 熱穩(wěn)定劑 0.2-0.5% ; 抗氧劑 0.2-().5% ; 抗滴落劑 0,1-0.3% ; 加工助劑 0.2-1%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料，其特征在于，所述PC樹脂為熔 融指數(shù)在300°C/1.2KG條件下為15-40g/min。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料，其特征在于，所述高硬度耐磨 改性劑為納米金剛石粉、納米玉石粉，金剛砂、納米微晶石、尖晶石微粉或者含有二氧化硅 添加劑。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料，其特征在于，所述高硬度耐磨 改性劑經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理，其中，所述用量占所述高硬度耐磨改性劑總質(zhì)量的5-15%之間。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高硬度耐磨透明聚碳酸酯材料，其特征在于，所述熱穩(wěn)定劑為含 有活性基團環(huán)氧基的擴鏈劑、受阻酚類抗氧劑和磷酸酯類抗氧劑按照1:1:1復(fù)配得到。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬度耐磨透明聚碳酸酯材料，其特征在于，所述加工助劑為內(nèi) 外潤滑劑、脫模劑和分散劑按照重量比1:2:2~4復(fù)配得到。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的硬度耐磨透明聚碳酸酯材料制備方法，其特征在于， 包括步驟： (1) 稱取配方組分 按照權(quán)利要求1所述的硬度耐磨透明聚碳酸酯材料配方分別稱取PC樹脂、高硬度耐磨 改性劑、偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧劑、抗滴落劑及加工助劑； (2) 制備混合物 將步驟（1)中稱取的所述PC樹脂、高硬度耐磨改性劑、偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧劑、抗滴 落劑及加工助劑加入高混機中高速混合2-10分鐘，得到混合物； (3) 熔融擠出 將步驟(2)中得到的混合物由主喂料系統(tǒng)加入嚙合同向雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融反應(yīng)、 擠出、冷卻、切粒、干燥、獲得注塑原料成品。雙螺桿擠出機的工藝條件為:雙螺桿擠出機加 料段溫度為180-225°C，塑化段溫度為235°C-245°C，均化段溫度為230°C_240°C，機頭溫度 215°C_230°C，主機頻率設(shè)為20-45HZ，螺桿轉(zhuǎn)速400-600rpm，真空度為-0.04-0.lMPa。注塑 模具溫度應(yīng)控制在110-140 °C。
【文檔編號】C08L69/00GK106009580SQ201610343613
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】徐東, 許江威
【申請人】深圳市亞太興實業(yè)有限公司