本发明的目的在于克服
现有技术的不足,提供一种即能降低成本、又能 同时满足其外观与内在性能要求的ABS/6000目无机粉体填充改性PVC合金 材料及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的:
一种ABS/6000目无机粉体填充改性PVC合金材料,其特征在于:其组 分及重量份数分别为:
ABS树脂 90~110份;
PVC/微纳粉体复合材料 8~60份。
而且,所述的PVC/微纳粉体复合材料的组分及重量份数分别为:
PVC 90~110份;
无机材料粉体 5~20份;
稳定剂 1.5~7份;
加工改性剂 0.5~4份;
增塑剂 1~5份;
表面处理剂 0.5~1.2份;
石蜡 0.5~1.2份。
而且,所述的构成PVC/微纳粉体复合材料中还可添加颜料。
而且,所述的无机材料粉体为6000目的重质
碳酸
钙或轻质碳酸钙或高岭 土或滑石粉或
二氧化
硅或氢氧化镁或氢氧化
铝或硅灰石,以及上述物质的任 意组合混合物,其90%的粒径≤2μm。
而且,所述的稳定剂为有机
锡类或无尘复合铅稳定剂。
而且,所述的加工改性剂为ACR-401或聚
丙烯酸酯类物质。
而且,所述的增塑剂为邻苯二
甲酸二辛酯或环氧
大豆油。
而且,所述的表面处理剂为硅烷或
钛酸酯或铝酸酯
偶联剂或
硬脂酸,以 及上述物质的任意组合混合物。
而且,所述的颜料为钛白粉和/或增白剂,其中钛白粉的重量份数为1~4 份,增白剂的重量份数为0.01~0.2份。
一种ABS/6000目无机粉体填充改性PVC合金材料的制备方法包括以下 步骤:
(1)制备改性的6000目无机材料粉体:
将6000目无机材料粉体放入高混机中高速搅拌混合,
温度达到80℃至90 ℃时开始抽湿,温度达到110℃至160℃后,加入表面处理剂混合搅拌5至 10min,然后将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却,冷却到30℃至50 ℃后出料得到改性的6000目无机材料粉体;
(2)制备PVC/微纳粉体复合材料粉料:
将PVC、稳定剂、增塑剂放入高混机中,混合搅拌,温度达到80℃至90 ℃时开始抽湿,抽湿的同时将改性后的6000目无机材料粉体、石蜡、颜料放 入高混机中并继续混合搅拌,当温度升至105℃至135℃时,将高混机中的混 合料放进冷混机中进行冷却,冷却到70℃至80℃时加入加工改性剂,继续冷 却到30℃至50℃后出料,放出的物料即为PVC/微纳粉体复合材料的粉料;
(3)制备PVC/微纳粉体复合材料:
将PVC/微纳粉体复合材料的粉料在双螺杆
挤出机上挤出
造粒,从
喂料口到 模头一区温度100~120℃,二区温度105~125℃,三区温度120~140℃,四 区温度130~150℃,五区温度130~150℃,六区温度120~140℃,七区温度 105~125℃,驻留时间为0.5~2min,主机转速为200r/min,压
力为10~15Mpa, 出料、挤出后冷却、干燥,切粒,即成PVC/微纳粉体复合材料成品;
(4)制备ABS/6000目无机粉体填充改性PVC合金材料:
将ABS树脂与PVC/微纳粉体复合材料成品混合,经注射成型机注射成型 即成ABS/PVC合金材料,其制备工艺为:料桶的温度分四段控制,第一段为 150~170℃,第二段为150~170℃,第三段为160~180℃,第四段为170~ 190℃,
喷嘴为180~200℃,时间为5~12s,压力为20~25Mpa。
本发明的有益效果和优点是:
1.该ABS/6000目无机粉体填充改性PVC合金材料是在PVC/微纳粉体复 合材料内科学合理地添加粒径为6000目无机材料粉体,并改进了微纳粉体复 合材料的制备工艺,在制备过程中采用除湿和改性的工序,改性后由表面亲
水疏油性能改变为亲油疏水性能,成功地解决了6000目无机材料粉体添加时 粒子团聚和分散性差的问题,使得PVC(聚氯乙烯)材料加工体系提高了分 散性和兼容性,改善体系流动性能及加工性能,而且可赋予ABS/PVC合金材 料制品较好的物理机械性能,提高了韧性和抗冲性能。
2.本发明应用的6000目无机材料粉体,其90%的粒径≤2μm(可表示为 D90≤2μm),既具有部分
纳米粉体的优点,又基本解决了纳米粉体“易团聚、 难分散”的缺点。
3.本发明可根据实际情况,在不降低性能
指针的前提下,选用不同添加量 的6000目无机材料粉体来达到降低生产成本的目的,根据不同的添加量与相 应的普通填料的产品比较可节省5%~15%的成本,提高了产品的市场竞争能 力,尤其适用于ABS/PVC合金汽车内饰及外用制品以及ABS合金头盔的制造。
本发明通过以下
实施例进一步详述,下述实施例是说明性的,不是限定 性的,不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
实施例1
1. PVC/微纳粉体复合材料原料配方
PVC 100kg
稳定剂(市售无尘复合铅稳定剂) 6kg
加工改性剂(市售ACR-401或聚丙烯酸酯类物质) 4kg
增塑剂(DOP或ESO) 2kg
硬脂酸(HSt) 0.6kg
石蜡(WAX) 0.6kg
钛白粉(TiO2) 2kg
增白剂(市售) 0.05kg
6000目无机材料粉体(重质碳酸钙) 20kg
将20kg的6000目无机材料粉体放入高混机中高速搅拌混合,温度达到 80℃时开始抽湿,温度达到110℃后加入硬脂酸混合10min,将混合料放进冷 混机,冷却到40℃后出料得到改性的6000目无机材料粉体;将PVC、稳定 剂、增塑剂(DOP)放入高混机中,混合搅拌,温度达到80℃时开始抽湿, 抽湿的同时将改性后的6000目无机材料粉体、石蜡、钛白粉、增白剂放入高 混机中并继续加温,当温度升至105℃时,将高混机中的混合料放进冷混机中 进行冷却,冷却到80℃以下时加入加工改性剂(ACR-401),继续冷却到30 ℃后出料,放出的物料为ABS合金用PVC/微纳粉体复合材料的粉料。
此配方中的6000目无机材料粉体采用重质碳酸钙,亦可采用轻质碳酸钙、
高岭土、滑石粉、
二氧化硅、氢氧化镁、氢氧化铝、硅灰石或它们的混合物。 按此配方生产的ABS合金用PVC/微纳粉体复合材料的粉料经挤出成型机挤 出造粒,即可制成ABS合金用PVC/微纳粉体复合材料。其ABS合金用PVC/ 微纳粉体复合材料的制造工艺为:
按以下工艺条件在双
螺杆挤出机(KY50/100同向双螺杆配混挤出机组) 上挤出造粒,其挤出造粒工艺(温度℃)参数如下:
一区 二区 三区 四区 五区 六区 七区 温度,℃ 100~120 105~125 120~140 130~150 130~150 120~140 105~125
驻留时间为0.5~2min,主机转速为200r/min,压力为10~15Mpa,出料、 挤出后冷却、干燥,切粒,即成PVC/微纳粉体复合材料成品。
2. ABS/6000目无机粉体填充改性PVC合金材料的原料配方:
ABS树脂 90kg;
PVC/微纳粉体复合材料 10kg;
将90kg的ABS树脂与10kgPVC/微纳粉体复合材料成品混合,经注射成型 机注射成型即成ABS/PVC合金材料,其制备工艺为:料桶的温度分四段控制, 第一段为150~170℃,第二段为150~170℃,第三段为160~180℃,第四段 为170~190℃,喷嘴为180~200℃;时间为5~12s,压力为20~25Mpa。
实施例2
1. PVC/微纳粉体复合材料原料配方
PVC 100kg
稳定剂(市售无尘复合铅稳定剂) 6kg
加工改性剂(市售ACR-401或聚丙烯酸酯类物质) 4kg
增塑剂(DOP或ESO) 1kg
硬脂酸(HSt) 0.6kg
石蜡(WAX) 0.6kg
钛白粉(TiO2) 2kg
增白剂(市售) 0.05kg
6000目无机材料粉体(重质碳酸钙) 20kg
将20kg的6000目无机材料粉体放入高混机中高速搅拌混合,温度达到 85℃时开始抽湿,温度达到120℃后加入铝酸酯偶联剂混合5min,将混合料 放进冷混机,冷却到50℃后出料得到改性的6000目无机材料粉体;将PVC、 稳定剂、增塑剂(DOP)放入高混机中,混合搅拌,温度达到90℃时开始抽 湿,抽湿的同时将改性后的6000目无机材料粉体、石蜡、钛白粉、增白剂放 入高混机中并继续加温,当温度升至135℃时,将高混机中的混合料放进冷混 机中进行冷却,冷却到80℃以下时加入加工改性剂(ACR-401),继续冷却到 50℃后出料,放出的物料为ABS合金用PVC/微纳粉体复合材料的粉料。
将上述配制的ABS合金用PVC/微纳粉体复合材料的粉料,在双螺杆挤出 机(KY50/100同向双螺杆配混挤出机组)上挤出造粒,挤出造粒工艺(温度 ℃)参数和注射成型工艺(温度℃)参数与实施例1相同。
2. ABS/6000目无机粉体填充改性PVC合金材料的原料配方:
ABS树脂 80kg;
PVC/微纳粉体复合材料 20kg;
将80kg的ABS树脂与20kgPVC/微纳粉体复合材料成品混合,,经注射成 型机注射成型即成ABS/PVC合金材料,其制备工艺为:料桶的温度分四段控 制,第一段为150~170℃,第二段为150~170℃,第三段为160~180℃,第 四段为170~190℃,喷嘴为180~200℃;时间为5~12s,压力为20~25Mpa。
实施例3
1. PVC/微纳粉体复合材料原料配方
PVC 100kg
稳定剂(市售无尘复合铅稳定剂) 3kg
加工改性剂(市售ACR-401或聚丙烯酸酯类物质) 1kg
增塑剂(DOP或ESO) 3kg
钛酸酯 0.4kg
石蜡(WAX) 0.4kg
钛白粉(TiO2) 1.5kg
增白剂(市售) 0.02kg
6000目无机材料粉体(重质碳酸钙) 15kg
将15kg的6000目无机材料粉体放入高混机中高速搅拌混合,温度达到 90℃时开始抽湿,温度达到160℃后加入钛酸酯混合8min,将混合料放进冷 混机,冷却到45℃后出料得到改性的6000目无机材料粉体;将PVC、稳定 剂、增塑剂(DOP)放入高混机中,混合搅拌,温度达到85℃时开始抽湿, 抽湿的同时将改性后的6000目无机材料粉体、石蜡、钛白粉、增白剂放入高 混机中并继续加温,当温度升至125℃时,将高混机中的混合料放进冷混机中 进行冷却,冷却到80℃以下时加入加工改性剂(ACR401),继续冷却到40℃ 后出料,放出的物料为ABS合金用PVC/微纳粉体复合材料的粉料。
此配方中的6000目无机材料粉体采用重质碳酸钙,亦可采用轻质碳酸钙、 高岭土、滑石粉、二氧化硅、氢氧化镁、氢氧化铝、硅灰石或它们的混合物。
将上述配制的ABS合金用PVC/微纳粉体复合材料的粉料,在双螺杆挤出 机(KY50/100同向双螺杆配混挤出机组)上挤出造粒,挤出造粒工艺(温度 ℃)参数和注射成型工艺(温度℃)参数与实施例1相同。
2. ABS/6000目无机粉体填充改性PVC合金材料的原料配方:
ABS树脂 70kg;
PVC/微纳粉体复合材料 30kg;
将70kg的ABS树脂与30kgPVC/微纳粉体复合材料成品混合,,经注射成 型机注射成型即成ABS/PVC合金材料,其制备工艺为:料桶的温度分四段控 制,第一段为150~170℃,第二段为150~170℃,第三段为160~180℃,第 四段为170~190℃,喷嘴为180~200℃;时间为5~12s,压力为20~25Mpa。
实施例4
1. PVC/微纳粉体复合材料原料配方
PVC(聚氯乙烯) 100kg
稳定剂(市售无尘复合铅稳定剂) 6.5kg
加工改性剂(市售ACR-401或聚丙烯酸酯类物质) 5kg
增塑剂(DOP或ESO) 4kg
铝酸酯/硬脂酸(HSt) 1.0kg
石蜡(WAX) 1.0kg
钛白粉(TiO2) 2kg
增白剂(市售) 0.05kg
6000目无机材料粉体(重质碳酸钙) 15kg
将15kg的6000目无机材料粉体放入高混机中高速搅拌混合,温度达到 90℃时开始抽湿,温度达到160℃后加入铝酸酯/硬脂酸混合10min,将混合料 放进冷混机,冷却到50℃后出料得到改性的6000目无机材料粉体;将PVC、 稳定剂、增塑剂(DOP)放入高混机中,混合搅拌,温度达到90℃时开始抽 湿,抽湿的同时将改性后的6000目无机材料粉体、石蜡、钛白粉、增白剂放 入高混机中并继续加温,当温度升至135℃时,将高混机中的混合料放进冷混 机中进行冷却,冷却到80℃以下时加入加工改性剂(ACR401),继续冷却到 50℃后出料,放出的物料为ABS合金用PVC/微纳粉体复合材料的粉料。
此配方中的6000目无机材料粉体采用重质碳酸钙,亦可采用轻质碳酸钙、 高岭土、滑石粉、二氧化硅、氢氧化镁、氢氧化铝、硅灰石或它们的混合物。
将上述配制的ABS合金用PVC/微纳粉体复合材料的粉料,在双螺杆挤出 机(KY50/100同向双螺杆配混挤出机组)上挤出造粒,挤出造粒工艺(温度 ℃)参数和注射成型工艺(温度℃)参数与实施例1相同。
2. ABS/6000目无机粉体填充改性PVC合金材料的原料配方:
ABS树脂 60kg;
PVC/微纳粉体复合材料 40kg;
将60kg的ABS树脂与40kgPVC/微纳粉体复合材料成品混合,经注射成型 机注射成型即成ABS/PVC合金材料,其制备工艺为:料桶的温度分四段控制, 第一段为150~170℃,第二段为150~170℃,第三段为160~180℃,第四段 为170~190℃,喷嘴为180~200℃;时间为5~12s,压力为20~25Mpa。
该ABS/6000目无机粉体填充改性PVC合金材料可作为汽车内饰及外用制 品以及ABS合金头盔的最佳材料。
以上的实施例子可根据实际情况,在不降低性能指针的前提下,选用不 同添加量的6000目无机材料粉体来达到降低生产成本的目的,根据不同的添 加量与相应的普通填料的产品比较可节省5%~15%的成本。
实施例所制成的产品已经由天津市
质量监督检验站第五站检测,完全达 到相应的国家标准。
选用6000目无机材料粉体是以无机刚性粒子增强、增韧理论作为研究理 论依据的。
在PVC的物理改性中,改性剂按刚性大小区分有弹性体和非弹性体两类。 用弹性体的方法虽然可取得较为理想的韧性,增加廉价改性剂的填充量,却 降低了材料的强度、刚性、耐热性以及加工流动性,是以牺牲某种力学性能 为代价达到降低成本的目的。而非弹性体增韧则是一种较新的方法,尤其是 近年发展起来的“无机刚性粒子增强、增韧的理论”,不但可以提高PVC的 韧性、刚性、增加尺寸的稳定性,而且还可使强度、模量、热
变形温度、加 工流动性得到适当的改善。
该理论一般解释为:无机粒子均匀分散在基体树脂中,当受外力冲击时, 由于无机粒子的存在产生了
应力集中效应,引发周围树脂产生微开裂。同时, 粒子之间的基体也产生了塑性变形,吸收冲击能,从而达到增韧效果;无机 粒子的存在使基体裂纹扩展受阻和
钝化,最终阻止微裂纹不致发展为破坏性 开裂;随着粒子细度变细,粒子的
比表面积增大,粒子与基体
接触面积增大, 材料在受冲击时会产生更多的微开裂纹和塑性变形,从而吸收
能量。另一种 机理认为基体与粒子的作用在两极为拉应力,在赤道
位置为压应力。由于力 的作用,粒子的赤道附近会受压力作用,有利于屈服出现,此外,由于两极 受到拉应力作用,当
接口粘接性较弱时,会在两极首先发生界面脱粘,相当 于使粒子周围形成一个空穴,依据对于空穴的应力分析,在空穴赤道面上的 应力为本体应力的3倍。因此,在本体应力尚未达到基体屈服应力时,局部 点已开始产生屈服,即同样也促使基体屈服,综合效应使高聚物的韧性提高。
通过对不同粒径CaCO3与PVC
复合体系性能的研究发现:在无机刚性粒 子不团聚的情况下,粒径越小所得到的复合材料性能越好,尤其是当共混体 系中加入适量的纳米CaCO3粒子时,其冲击强度、拉伸强度及断裂伸长率均 会同时得到提高。化学方法改性纳米CaCO3,能使其在PVC基体中均匀分散 并且接口间的相互作用增强,从而导致其冲击强度、断裂伸长率、拉伸模量 均大幅度增加,而拉伸强度几乎保持不变;但是,当CaCO3用量超过15%时,
纳米级CaCO3改性的复合材料在拉伸强度和缺口冲击强度上均低于由微米级 CaCO3改性的复合材料体系。经分析,粒径越细,粉体发生二次团聚的现象越 严重,虽然理论上添加料的粒径越细,添加到
聚合物中得到的增强、增韧力 学性能越突出,但实际上,由于纳米粉体极容易产生二次团聚,应用时纳米 粉体的真实粒径往往远大于理论粒径。在实验室环境下尚可控制,一旦放大 到中间试验,产品的质量不但不能提高反而出现下降的现象。因此,本发明 应用的6000目无机材料粉体,其90%的粒径≤2μm(可表示为D90≤2μm), 既具有部分纳米粉体的优点,又基本解决了纳米粉体“易团聚、难分散”的 缺点。