一种聚碳酸酯/聚乙烯合金材料及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及高分子合金材料技术领域，具体涉及一种聚碳酸酯/聚乙烯合金材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(Polycarbonate简称PC)，是分子中羧基与芳香族或脂肪族基团交替排列的线型高分子化合物。聚碳酸酯透明度高达90％，被誉为透明金属。刚硬而有韧性，具有高抗冲击性，高度的尺寸稳定性和范围很宽的使用温度、良好的电绝缘性及耐热性和无毒性，但制品的耐开裂和耐药品性较差，高温易水解，与其它树脂相容性差，无自润滑性，尤其不适宜用来生产有金属嵌件的制品。
聚乙烯(Polyethylene简称PE)是乙烯的高分子聚合物，是一种热塑性塑料。聚乙烯是一种乳白色蜡状固体，比水轻，较柔软，抗水性好，耐低温(最低使用温度可达-70～-100℃)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)，常温下不溶于一般溶剂，电绝缘性能优良，无味、无毒。但是耐热性较差，薄膜气密性差，对紫外线敏感，易氧化、老化，热收缩变化较大，印刷性能较差。
目前，为了解决PC熔体粘度高、易产生应力开裂、不耐沸水等缺点，出现了PC与PE共混合金材料。虽然现有材料的抗冲击性能良好，耐应力开裂性好，改善了PC的流动性，改善PC的吸水性、加工性。但是机械强度和刚性急剧下降，热变形温度低，从而导致该合金材料在机械配件、电动工具、外壳、电子电器部件、壳体、接插件、连接器等方面的运用受到限制。
【发明内容】
本发明的目的是解决现有聚碳酸酯/聚乙烯合金材料机械强度、刚性差，热变形温度低的缺点。本发明提供了一种机械强度好、刚性好，不易热变性的聚碳酸酯/聚乙烯合金材料。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种聚碳酸酯/聚乙烯合金材料，按重量百分比其包括：
聚碳酸酯 40-75wt％
聚乙烯 5-30wt％
相容剂 1-15wt％
玻璃纤维 10-30wt％。
本发明还提供了一种制备上述聚碳酸酯/聚乙烯合金材料的方法，其包括以下步骤：
先将原料按照配比重量混合，然后将混合后的原料加入到挤出机中，经过挤出机熔融挤出并造粒。
本发明的有益效果是：本发明所提供的聚碳酸酯/聚乙烯合金材料的机械强度、热变形温度比现有的聚碳酸酯/聚乙烯合金材料有了大幅的提高，并且成本低、制备过程简单、工艺易控。本发明提供的聚碳酸酯/聚乙烯合金材料可广泛运用于机械配件、电动工具、外壳、电子电器部件、壳体、接插件、连接器等方面。
【具体实施方式】
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。
一种聚碳酸酯/聚乙烯合金材料，按重量百分比其包括：
聚碳酸酯 40-75wt％
聚乙烯 5-30wt％
相容剂 1-15wt％
玻璃纤维 10-30wt％。
所述聚碳酸酯与所述聚乙烯的重量比为2∶1-5∶1，优选为3∶1-4∶1。
还可以包括添加剂，添加剂可选自抗氧剂、光稳定剂、润滑剂中一种或几种。
以聚碳酸酯/聚乙烯合金材料的总质量为基准，抗氧剂的含量为0.1-1wt％，光稳定剂的含量为0.1-1wt％，润滑剂的含量为0.1-2wt％。
其中，聚碳酸酯(PC)为本领域技术人员所公知的聚碳酸酯，例如脂肪族聚碳酸酯、脂环族聚碳酸酯、芳香族聚碳酸酯和脂肪-芳香族聚碳酸酯等。本发明优选为芳香族聚碳酸酯。
所述聚乙烯(PE)亦为本领域技术人员所公知的聚乙烯，例如，高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)等。
本发明的PE优选高密度聚乙烯(HDPE)，HDPE与LDPE、LLDPE相比，HDPE的黏度高，与PC的黏度的接近，因此与PC的共混效果好。
以聚碳酸酯/聚乙烯合金材料的总质量为基准，聚乙烯的重量百分比为5-30wt％。当PE含量小于5％时，聚碳酸酯/聚乙烯合金材料的耐药品性能大大降低，并且高温易水解，材料使用范围会受到限制。当PE含量大于30％时，聚碳酸酯/聚乙烯合金材料的机械性能降低。
相容剂可以是低密度聚乙烯的接枝物，例如低密度聚乙烯接枝马来酸酐(LDPE-g-MAH)、LDPE接枝二烯丙基双酚A醚(LDPE-g-DBAE)、烯丙基双酚A醚接枝LDPE。还可以是SEBS或者SEEPS接枝高反应性噁唑啉基团，PP接枝马来酸酐或丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯的接枝物。
优选的相容剂为LDPE接枝二烯丙基双酚A醚LDPE-g-DBAE。二烯丙基双酚A醚(DBAE)的结构与PC相似，在共混过程中，相容剂LDPE-g-DBAE迁移到两相的界面处，由于相容剂LDPE-g-DBAE的化学结构与PC分子链结构单元极为相似。而相容剂LDPE-g-DBAE中含有的PE链段与共混组分中的PE相容，相比其他相容剂，使合金材料的相容性更好。相容剂LDPE-g-DBAE还能够有效降低体系的黏度，可以降低玻璃纤维在混合时的折断率，提高玻璃纤维在流动方向上的取向，从而提高整个合金材料的性能。
玻璃纤维可以是无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、有碱玻璃纤维和特种玻璃纤维，玻璃纤维的直径为3-20微米，可用长纤，也可用短纤。本发明优选平均长度为3-5mm的无碱玻璃纤维。采用该玻璃纤维的聚碳酸酯/聚乙烯合金材料机械强度好、加工温度易控制，不易局部过热，树脂链不易受破坏。
抗氧剂可以是受阻酚类、含氮杂环多酚类、亚磷酸酯、硫代酯类、及受阻酚与亚磷酸酯、硫代酯的复合物。
本发明优选受阻酚与亚磷酸酯按照重量比例1∶1的复合物。受阻酚与亚磷酸酯抗氧剂之间复配，不仅可以提高聚碳酸酯/聚乙烯合金材料性能，增强抗氧效果，还可降低成本。
光稳定剂可以是紫外线吸收剂，例如水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类等，还可以是自由基捕获剂，例如受阻胺类。
本发明优选受阻胺光稳定剂。受阻胺光稳定剂能有效地消除或削弱紫外光对聚合物的破坏作用，而对聚合物的其它性能没有影响；与聚合物有良好的相容性、不挥发、不迁移、不被水和溶剂抽出；对可见光的吸收低、不着色、不变色；与聚合物地颜色相近，添加后不改变聚合物的颜色。能俘获不同的自由基，从而防止或延缓光降解过程。
润滑剂可以是脂肪酸及其金属皂类，例如硬脂酸、硬脂酸皂类；还可以是酯类，例如硬脂改正丁酯、硬脂酸单甘油酯，三硬脂酸甘油酯；酰胺类，例如油酸酰胺、硬脂酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、乙撑双油酸酰胺；石蜡及烃类，例如石蜡、微晶石蜡、液体石蜡、聚乙烯蜡。
本发明优选乙撑双硬脂酸酰胺类(EBS)。添加EBS的聚碳酸酯/聚乙烯合金材料的热稳定性、外观色泽和透明度都有良好的表现。
一种上述聚碳酸酯/聚乙烯合金材料的制备方法：
先将原料按照配比重量均匀混合，然后将混合后的原料加入到挤出装置中，设定挤出温度，在挤出装置熔融挤出并造粒。
所述原料为聚碳酸酯、聚乙烯、相容剂、玻璃纤维，还可以包括添加剂，添加剂可选自抗氧剂、光稳定剂、润滑剂中一种或几种。
所述混合为本领域人员所公知的混合，例如机械混合，使用高混机混合，混合时间3-6分钟。
其中，挤出装置亦为本领域人员所公知的挤出装置，可以是单杆螺旋挤出机或者双杆挤出机。一般双螺杆挤出机设有多个推挤区，离挤出口由远到近分别为1-10区，1区离挤出口最远，10区离挤出口最近。可以在推挤区上设有进料口，将混合料通过不同的进料口送入挤出机中。
其中，对于长玻璃纤维优选为混合时不加入，在双螺杆5区的进料口加入。
下面通过结合实施例对本发明作详细的阐述。
实施例1：
称取原料：18KgHDPE(型号SH800U)，10KgLDPE-g-DBAE，18Kg平均长度为2mm的无碱玻璃纤维，54Kg聚碳酸酯。将上述原料放入高混机中混合5分钟，再将混合后的原料加入双螺杆挤出机经过熔融挤出，造粒。其中双螺杆挤出机一区和二区温度设定为225℃，三区和四区温度设定为240℃，五区和六区温度设定为250℃，七区和八区温度设定为255℃，九区和十区温度设定为260℃，机头温度设定为260℃。产品记作F1。
实施例2：
与实施例1所不同的是：5mm的无碱玻璃纤维代替2mm的无碱玻璃纤维，将玻璃纤维不与其它原料混合，直接在双螺杆5区的进料口加入。其产品记作F2。
实施例3：
与实施例2所不同的是：原料为18KgHDPE(型号SH800U)，10KgPP-g-MAH，18Kg平均长度为5mm的无碱玻璃纤维，54Kg聚碳酸酯。产品记作F3。
实施例4：
与实施例2所不同的是：原料为24KgHDPE(型号SH800U)，10KgLDPE-g-DBAE，18Kg平均长度为5mm的无碱玻璃纤维，48Kg聚碳酸酯。产品记作F4。
实施例5：
与实施例2所不同的是：原料为12KgHDPE(型号SH800U)，8KgLDPE-g-DBAE，10Kg平均长度为4mm的无碱玻璃纤维，70Kg聚碳酸酯。产品记作F5。
实施例6：
与实施例2所不同的是：原料为30KgHDPE(型号SH800U)，5KgLDPE-g-DBAE，25Kg平均长度为4mm的无碱玻璃纤维，40Kg聚碳酸酯。产品记作F6。
对比例1：
与实施例1所不同的是：原料为18KgHDPE(型号SH800U)，28KgPP-g-MAH，54Kg聚碳酸酯。产品记作G1。
对比例2
与实施例1所不同的是：原料为18KgHDPE(型号SH800U)，26KgPP-g-MAH，2Kg平均长度为2mm的无碱玻璃纤维，54Kg聚碳酸酯。产品记作G2。
性能测试：
将实施例1-6以及对比例1-2的合金材料产品，经85-95℃烘2-4小时，用注塑机注塑成ASTM D638、ASTM D790、ASTM D256、ASTMD648标准尺寸试片，放置24小时后，采用ASTM D638、ASTM D790、ASTM D256、ASTM D648标准测试其拉伸强度、弯曲强度及弯取模量、埃卓冲击强度(缺口)、热变形温度的性能参数。测试结果如表1所示。
表1
产品 拉伸强度 /Mpa 弯曲强度 /Mpa 弯曲模量 /Mpa 埃卓冲击强度 /J/m 热变形温度 /℃ F1 85 95 3651 150 134 F2 86.5 96 3765 175 135 F3 82 90 3405 80 135 F4 80 87 3308 164 133 F5 84 95 3562 145 129
产品 拉伸强度 /Mpa 弯曲强度 /Mpa 弯曲模量 /Mpa 埃卓冲击强度 /J/m 热变形温度 /℃ F6 37 45 2561 80 145 G1 27 35 1355 67 97 G2 27 34 1350 70 100
从上表可以看出：实施例的产品F1-F6与对比例的G1-G2比较发现，无论从强度和韧性还有热变形温度，实施例都有了大幅度的提高。
从而本发明提供的聚碳酸酯/聚乙烯合金材料可广泛运用于机械配件、电动工具、外壳、电子电器部件、壳体、接插件、连接器等方面。