本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及到一种低收缩率高流动性纤维增强PC和ABS合金材料及其制备方法。
背景技术：
PC/ABS合金是由聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)混合制成，结合了两种材料的优异特性，兼具ABS材料的成型性以及PC的良好机械性能、较高的冲击性能、较好的耐温性和抗紫外线等性能，可广泛应用在汽车内部零件、通信器材、家电用品以及照明设备。然而随着汽车、电子电器以及家电等主机厂商对以塑代钢的需求日益提升，对材料的机械性能及加工性能提出了更多更高的要求，同时某些特殊部件对材料的成形稳定性要求更加严苛。碳纤维具有轻质高强、模量高、耐温性能好、抗疲劳性优异、导电性好等多种优异性能，被广泛应用于军工领域及电子器械、建筑材料、体育器材、飞机汽车等领域。使用碳纤维对PC/ABS进行增强可以满足主机厂对塑料的若干特殊要求，因此国内外各个行业开始广泛关注碳纤维增强改性PC/ABS，尤其是家电行业和汽车行业。
技术实现要素：
为了克服现有的技术不足，本发明提供一种机械性能好，具有优异的成型稳定性，而且具有高流动性的低收缩率高流动性纤维增强PC和ABS合金材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种低收缩率高流动性纤维增强PC和ABS合金材料，由以下成分按重量比计的原料组成：PC树脂20～90份、ABS树脂0～50份、短切碳纤维0～40份、树枝状聚合物0～1份、抗氧剂0.1～1份。
所述的PC树脂由沙伯基础公司提供。
所述的ABS树脂由中国石化提供。
所述的短切碳纤维为表面经过多种酸混合溶液处理的短切PAN基碳纤维或沥青基碳纤维，长度为6mm。
所述的树枝状聚合物由荷兰DSM公司提供。
所述的抗氧剂由受阻酚抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168复配而成。
上述低收缩率高流动性纤维增强PC和ABS合金材料的制备方法，其步骤如下：
1)：碳纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、10wt％高锰酸钾和10wt％双氧水进行混合后加水调配到浓度为45％～65％的溶液，然后将调配好的溶液加热到50℃～90℃，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50℃～90℃的温度条件下，浸泡处理30～90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净，然后在80℃～110℃温度下烘干，即可得到经过表面处理的碳纤维；
2)：按照重量配比称取原料PC树脂、ABS树脂、树枝状聚合物及其它助剂，将称好的原材料投入到高速混合器中充分混合35分钟；
3)：将步骤(2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，并在双螺杆挤出机的侧喂料口中加入短切碳纤维，通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出工艺为：双螺杆挤出机温度区：一区温度210℃～260℃、二区温度210℃～260℃、三区温度210℃～260℃、四区温度210℃～260℃、五区温度210℃～260℃、六区温度210℃～260℃、七区温度210℃～260℃、八区温度210℃～260℃、九区温度210℃～260℃、机头温度210℃～260℃，螺杆转速300r/min～600r/min；
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
本发明的PC/ABS合金材料具有若干普通材料无法达到的优异性能，其主要特点是：优异的尺寸稳定性，较高的冲击强度，较好的热稳定性，优异的抗化学腐蚀性，优良的流动性能。本发明的PC/ABS合金材料兼备了PC和ABS的优点，克服了PC加工性能差以及对应力敏感的缺点，拓宽了PC的应用领域。
具体实施方式
下面结合具体实例来进行进一步说明本发明的技术方案。
一种低收缩率高流动性纤维增强PC和ABS合金材料，其由PC树脂、ABS树脂、短切碳纤维、树枝状聚合物及抗氧剂五种成分组成，其特征是由以下成分按重量比组成：PC树脂20～90份、ABS树脂0～50份、短切碳纤维0～40份、树枝状聚合物0～1份、抗氧剂0.1～1份。
本产品使用的PC树脂由沙伯基础公司提供；ABS树脂由中国石化提供；短切碳纤维为表面经过多种酸混合溶液处理的短切PAN基碳纤维或沥青基碳纤维，长度为6mm；树枝状聚合物由荷兰DSM公司提供；抗氧剂由受阻酚抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168复配而成。
纤维共混增强尼龙复合材料的制备方法：
1)：碳纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、10wt％高锰酸钾和10wt％双氧水进行混合后加水调配到浓度为45％～65％的溶液，然后将调配好的溶液加热到50℃～90℃，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50℃～90℃的温度条件下，浸泡处理30～90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净，然后在80℃～110℃温度下烘干，即可得到经过表面处理的碳纤维；
2)：按照重量配比称取原料PC树脂、ABS树脂、树枝状聚合物及其它助剂，将称好的原材料投入到高速混合器中充分混合35分钟；
3)：将步骤(2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，并在双螺杆挤出机的侧喂料口中加入短切碳纤维，通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出工艺为：双螺杆挤出机温度区：一区温度210℃～260℃、二区温度210℃～260℃、三区温度210℃～260℃、四区温度210℃～260℃、五区温度210℃～260℃、六区温度210℃～260℃、七区温度210℃～260℃、八区温度210℃～260℃、九区温度210℃～260℃、机头温度210℃～260℃，螺杆转速300r/min～600r/min；
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
为便于对本发明进一步理解，现结合具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：
1)：碳纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、10wt％高锰酸钾和10wt％双氧水进行混合后加水调配到浓度为45％～65％的溶液，然后将调配好的溶液加热到50℃～90℃，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50℃～90℃的温度条件下，浸泡处理30～90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净，然后在80℃～110℃温度下烘干，即可得到经过表面处理的碳纤维；
2)：按照重量配比称取原料PC树脂60份、ABS树脂29份，并经烘箱烘干；加入树枝状聚合物0.5份，抗氧剂0.5份在高速混合机中搅拌混合3～5分钟；
3)：将步骤(2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧喂料口中加入短切碳纤维，使得短切碳纤维重量分数为10份；通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出工艺为：双螺杆挤出机温度区：一区温度210℃～260℃、二区温度210℃～260℃、三区温度210℃～260℃、四区温度210℃～260℃、五区温度210℃～260℃、六区温度210℃～260℃、七区温度210℃～260℃、八区温度210℃～260℃、九区温度210℃～260℃、机头温度210℃～260℃，螺杆转速300r/min～600r/min；
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
实施例2：
1)：碳纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、10wt％高锰酸钾和10wt％双氧水进行混合后加水调配到浓度为45％～65％的溶液，然后将调配好的溶液加热到50℃～90℃，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50℃～90℃的温度条件下，浸泡处理30～90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净，然后在80℃～110℃温度下烘干，即可得到经过表面处理的碳纤维；
2)：按照重量配比称取原料PC树脂56份、ABS树脂27.9份，并经烘箱烘干；加入树枝状聚合物0.6份，抗氧剂0.5份在高速混合机中搅拌混合3～5分钟；
3)：将步骤(2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧喂料口中加入短切碳纤维，使得短切碳纤维重量分数为15份；通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出工艺为：双螺杆挤出机温度区：一区温度210℃～260℃、二区温度210℃～260℃、三区温度210℃～260℃、四区温度210℃～260℃、五区温度210℃～260℃、六区温度210℃～260℃、七区温度210℃～260℃、八区温度210℃～260℃、九区温度210℃～260℃、机头温度210℃～260℃，螺杆转速300r/min～600r/min；
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
实施例3：
1)：碳纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、10wt％高锰酸钾和10wt％双氧水进行混合后加水调配到浓度为45％～65％的溶液，然后将调配好的溶液加热到50℃～90℃，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50℃～90℃的温度条件下，浸泡处理30～90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净，然后在80℃～110℃温度下烘干，即可得到经过表面处理的碳纤维；
2)：按照重量配比称取原料PC树脂52.5份、ABS树脂26.3份，并经烘箱烘干；加入树枝状聚合物0.7份，抗氧剂0.5份在高速混合机中搅拌混合3～5分钟；
3)：将步骤(2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧喂料口中加入短切碳纤维，使得短切碳纤维重量分数为20份；通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出工艺为：双螺杆挤出机温度区：一区温度210℃～260℃、二区温度210℃～260℃、三区温度210℃～260℃、四区温度210℃～260℃、五区温度210℃～260℃、六区温度210℃～260℃、七区温度210℃～260℃、八区温度210℃～260℃、九区温度210℃～260℃、机头温度210℃～260℃，螺杆转速300r/min～600r/min；
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
实施例4：
1)：碳纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、10wt％高锰酸钾和10wt％双氧水进行混合后加水调配到浓度为45％～65％的溶液，然后将调配好的溶液加热到50℃～90℃，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50℃～90℃的温度条件下，浸泡处理30～90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净，然后在80℃～110℃温度下烘干，即可得到经过表面处理的碳纤维；
2)：按照重量配比称取原料PC树脂45.6份、ABS树脂22.9份，并经烘箱烘干；加入树枝状聚合物1份，抗氧剂0.5份在高速混合机中搅拌混合3～5分钟；
3)：将步骤(2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧喂料口中加入短切碳纤维，使得短切碳纤维重量分数为30份；通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出工艺为：双螺杆挤出机温度区：一区温度210℃～260℃、二区温度210℃～260℃、三区温度210℃～260℃、四区温度210℃～260℃、五区温度210℃～260℃、六区温度210℃～260℃、七区温度210℃～260℃、八区温度210℃～260℃、九区温度210℃～260℃、机头温度210℃～260℃，螺杆转速300r/min～600r/min；
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例1：
1)：碳纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、10wt％高锰酸钾和10wt％双氧水进行混合后加水调配到浓度为45％～65％的溶液，然后将调配好的溶液加热到50℃～90℃，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50℃～90℃的温度条件下，浸泡处理30～90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净，然后在80℃～110℃温度下烘干，即可得到经过表面处理的碳纤维；
2)：按照重量配比称取原料PC树脂89.5份，并经烘箱烘干；加入抗氧剂0.5份在高速混合机中搅拌混合3～5分钟；
3)：将步骤(2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧喂料口中加入短切碳纤维，使得短切碳纤维重量分数为10份；通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出工艺为：双螺杆挤出机温度区：一区温度210℃～260℃、二区温度210℃～260℃、三区温度210℃～260℃、四区温度210℃～260℃、五区温度210℃～260℃、六区温度210℃～260℃、七区温度210℃～260℃、八区温度210℃～260℃、九区温度210℃～260℃、机头温度210℃～260℃，螺杆转速300r/min～600r/min；
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例2：
1)：碳纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、10wt％高锰酸钾和10wt％双氧水进行混合后加水调配到浓度为45％～65％的溶液，然后将调配好的溶液加热到50℃～90℃，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50℃～90℃的温度条件下，浸泡处理30～90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净，然后在80℃～110℃温度下烘干，即可得到经过表面处理的碳纤维；
2)：按照重量配比称取原料PC树脂66.5份、ABS树脂33份，并经烘箱烘干；加入抗氧剂0.5份在高速混合机中搅拌混合3～5分钟；
3)：将步骤(2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m；通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出工艺为：双螺杆挤出机温度区：一区温度210℃～260℃、二区温度210℃～260℃、三区温度210℃～260℃、四区温度210℃～260℃、五区温度210℃～260℃、六区温度210℃～260℃、七区温度210℃～260℃、八区温度210℃～260℃、九区温度210℃～260℃、机头温度210℃～260℃，螺杆转速300r/min～600r/min；
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例3：
1)：碳纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、10wt％高锰酸钾和10wt％双氧水进行混合后加水调配到浓度为45％～65％的溶液，然后将调配好的溶液加热到50℃～90℃，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50℃～90℃的温度条件下，浸泡处理30～90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净，然后在80℃～110℃温度下烘干，即可得到经过表面处理的碳纤维；
2)：按照重量配比称取原料PC树脂59.7份、ABS树脂29.8份，并经烘箱烘干；加入抗氧剂0.5份在高速混合机中搅拌混合3～5分钟；
3)：将步骤(2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧喂料口中加入短切碳纤维，使得短切碳纤维重量分数为10份；通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出工艺为：双螺杆挤出机温度区：一区温度210℃～260℃、二区温度210℃～260℃、三区温度210℃～260℃、四区温度210℃～260℃、五区温度210℃～260℃、六区温度210℃～260℃、七区温度210℃～260℃、八区温度210℃～260℃、九区温度210℃～260℃、机头温度210℃～260℃，螺杆转速300r/min～600r/min；
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例4：
1)：碳纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、10wt％高锰酸钾和10wt％双氧水进行混合后加水调配到浓度为45％～65％的溶液，然后将调配好的溶液加热到50℃～90℃，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50℃～90℃的温度条件下，浸泡处理30～90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净，然后在80℃～110℃温度下烘干，即可得到经过表面处理的碳纤维；
2)：按照重量配比称取原料PC树脂53份、ABS树脂26.5份，并经烘箱烘干；加入抗氧剂0.5份在高速混合机中搅拌混合3～5分钟；
3)：将步骤(2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧喂料口中加入短切碳纤维，使得短切碳纤维重量分数为20份；通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出工艺为：双螺杆挤出机温度区：一区温度210℃～260℃、二区温度210℃～260℃、三区温度210℃～260℃、四区温度210℃～260℃、五区温度210℃～260℃、六区温度210℃～260℃、七区温度210℃～260℃、八区温度210℃～260℃、九区温度210℃～260℃、机头温度210℃～260℃，螺杆转速300r/min～600r/min；
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例5：
1)：碳纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、10wt％高锰酸钾和10wt％双氧水进行混合后加水调配到浓度为45％～65％的溶液，然后将调配好的溶液加热到50℃～90℃，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50℃～90℃的温度条件下，浸泡处理30～90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净，然后在80℃～110℃温度下烘干，即可得到经过表面处理的碳纤维；
2)：按照重量配比称取原料PC树脂52.6份、ABS树脂26.4份，并经烘箱烘干；加入树枝状聚合物0.5份，抗氧剂0.5份在高速混合机中搅拌混合3～5分钟；
3)：将步骤(2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧喂料口中加入短切碳纤维，使得短切碳纤维重量分数为20份；通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出工艺为：双螺杆挤出机温度区：一区温度210℃～260℃、二区温度210℃～260℃、三区温度210℃～260℃、四区温度210℃～260℃、五区温度210℃～260℃、六区温度210℃～260℃、七区温度210℃～260℃、八区温度210℃～260℃、九区温度210℃～260℃、机头温度210℃～260℃，螺杆转速300r/min～600r/min；
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例6：
1)：碳纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、10wt％高锰酸钾和10wt％双氧水进行混合后加水调配到浓度为45％～65％的溶液，然后将调配好的溶液加热到50℃～90℃，将碳纤维加入溶液中进行浸泡处理，在50℃～90℃的温度条件下，浸泡处理30～90分钟，然后将碳纤维取出，用水冲洗干净，然后在80℃～110℃温度下烘干，即可得到经过表面处理的碳纤维；
2)：按照重量配比称取原料PC树脂46份、ABS树脂23份，并经烘箱烘干；加入树枝状聚合物0.5份，抗氧剂0.5份在高速混合机中搅拌混合3～5分钟；
3)：将步骤(2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧喂料口中加入短切碳纤维，使得短切碳纤维重量分数为30份；通过双螺杆挤出机熔融挤出，挤出工艺为：双螺杆挤出机温度区：一区温度210℃～260℃、二区温度210℃～260℃、三区温度210℃～260℃、四区温度210℃～260℃、五区温度210℃～260℃、六区温度210℃～260℃、七区温度210℃～260℃、八区温度210℃～260℃、九区温度210℃～260℃、机头温度210℃～260℃，螺杆转速300r/min～600r/min；
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
性能测试：
拉伸强度和拉伸模量按照ASTM D638标准进行检测，拉伸速度为50mm/min；
弯曲强度和弯曲模量按照ASTM D790标准进行检测，弯曲速度为20mm/min；
冲击强度和缺口冲击强度按照ASTM D256标准进行检测；
熔融指数按照ASTM D1238.
实施例1-4的配方及材料性能见表1：
表1实施例配方及测试性能
表2对比例配方及测试性能
从以上实施例和比较例性能可以看出，本发明的纤维共混增强尼龙复合材料是一种机械性能较好、制品尺寸性能稳定优良且具有优良流动性能的复合材料，如按照实施例3，碳纤维为20％、树枝状聚合物为0.5％的增强PC/ABS，其熔融指数达到13.2，收缩率仅为0.1；实施例1和2的熔融指数分别为16.39和14.96，收缩率分别为0.21和0.16；实施例4的熔融指数为9.63，收缩率仅为0.05；其具备较好流动性能的同时收缩率极低，满足对流动性能和制品尺寸稳定性同时有要求的产品。本发明的制备方法操作简单，流动性和尺寸稳定性同时具备，适合工业化生产和应用。