本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚碳酸酯复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚碳酸酯(PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。聚碳酸酯的刚性链结构，使得它在加工过程中不结晶，容易产生应力而开裂，从而造成材料对缺口敏感，抗疲劳性和耐磨性差。国内外生产厂家和研究机构都在PC改性上加大了开发力度，通过纳米材料对PC进行改性已经逐渐引起了研究人员的重视。
高硬度纳米微粉是已知实用材料中具有高硬度、最好化学稳定性、最高导热率和宽频谱透光性的珍贵功能材料。其良好的生物相容性以及超强的机械性能和很高的表面自由能，而被公认为是最有前途的超强复合聚合物材料的添加物。目前各类应用领域，急需高硬度、高强度、高透明的材料，如汽车、照明、视镜等等，而市场上很少有这种优质材料，对其需求很强的迫切性。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种高硬度、高强度、高透明的聚碳酸酯复合材料及其制备方法，旨在解决现有聚碳酸酯材料性能差、难以满足市场需求等问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供一种聚碳酸酯复合材料。该聚碳酸酯复合材料包括如下重量份数的组分：
本发明提供的聚碳酸酯复合材料，不仅保持了聚碳酸酯的高度透明，使复合材料具有很好光学性能，同时，因含有特有的玻璃纤维及相关助剂组成的体系，可实现多组分体系中不同组分的充分塑化和改善其共混性能，显著提高其机械性能，各特有含量的成分之间通过协同作用，最终使聚碳酸酯复合材料具有高硬度、高强度、高透明性的特点，其效果显著优于现有技术。
本发明另一方面提供一种聚碳酸酯复合材料的制备方法。该方法包括如下步骤：
按照上述聚碳酸酯复合材料的配方分别称取各成分原料；
将所述PC树脂、所述耐磨改性剂、所述玻璃纤维浸润剂、所述热稳定剂、所述抗氧剂和所述加工助剂混合2-10分钟的混合物料；
将所述混合物料投入双螺杆挤出机中，同时将所述偶联剂预处理的玻璃纤维通过侧喂料加入，最后经熔融、挤出、冷却、切粒、干燥，得所述聚碳酸酯复合材料。
本发明提供的聚碳酸酯复合材料制备方法，工艺简单，条件易于控制，效率高；同时，用该方法制成的聚碳酸酯复合材具有高硬度、高强度、高透明性等特点。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一方面，本发明实施例提供了一种聚碳酸酯复合材料。该聚碳酸酯复合材料包括如下重量份数的组分：
上述聚碳酸酯复合材料，各特有含量的成分之间通过协同作用，最终使聚碳酸酯复合材料具有高硬度、高强度、高透明性的特点，其效果显著优于现有技术。
具体地，本发明实施例的聚碳酸酯复合材料中，PC树脂的熔融指数在300℃/1.2KG条件下为15-40g/min，优选15-25g/min。该该优选的熔融指数下，该复合材料的的加工流动性最佳。同时，本发明实施例中PC树脂的重量份数可为60份、65份、70份、75份、80份或88份。在发明本实施例优选的PC树脂的重量份数范围内，可使该聚碳酸酯复合材料的透明性和易加工性达到最优。
具体地，本发明实施例的聚碳酸酯复合材料中玻璃纤维包括连续长玻璃纤维、短切玻璃纤维和异形玻璃纤维中的至少一种，且玻璃纤维直径为6-20mm。在该直径范围内，可使聚碳酸酯复合材料的机械性能达到最优。
具体地，本发明实施例的聚碳酸酯复合材料中玻璃纤维用偶联剂湿法预处理，且偶联剂用量为玻璃纤维质量的0.3-2％。本实施例中，采用硅烷偶联剂湿法预处理玻璃纤维。用该优选的偶联剂用量湿法处理玻璃纤维，可显著改善该聚碳酸酯复合材料的界面粘结性，提高其在各种环境中的力学性能。
本发明实施例的聚碳酸酯复合材料中，偶联剂的重量份数可为0.1份、0.2份或0.3份；玻璃纤维的重量份数可为10份、15份、20份、25份或30份。在本发明实施例优选的玻璃纤维和偶联剂的重量份数范围内，可使该聚碳酸酯复合材料机械强度达到最优。
具体地，本发明实施例的聚碳酸酯复合材料中耐磨改性剂为纳米金刚石、纳米玉石粉、金刚砂、纳米微晶石和尖晶石中的至少一种。耐磨改性剂可改善聚碳酸酯复合材料性能，提高其耐磨性。本发明实施例中耐磨改性剂的重量份数可为0.2份、0.5份、1份、1.5份或2份。在本发明实施例优选的耐磨改性剂的重量份数范围内，可使该聚碳酸酯复合材料耐磨性达到最优。
具体地，本发明实施例的聚碳酸酯复合材料中玻璃纤维浸润剂为双酚A双(二苯基磷酸酯)(即BDP)、丙三醇和硅烷偶联剂中的至少一种。为提高聚碳酸酯复合材料中的玻璃纤维的强度，更好发挥玻璃纤维性能，可用浸润剂对玻璃纤维进行浸润。本发明实施例中玻璃纤维浸润剂的重量份数可为1份、2份、3份、4份或5份。在本发明实施例优选的玻璃纤维浸润剂的重量份数范围内，可使该聚碳酸酯复合材料中的玻璃纤维质量达到最优，最终提高聚碳酸酯复合材料机械强度。
具体地，本发明实施例的聚碳酸酯复合材料中热稳定剂为环氧类扩链剂、受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物。由该三种物质混合而成的热稳定剂可有效防止或延缓聚碳酸酯复合材料的热老化。本发明实施例中热稳定剂的重量份数可为0.2份、0.3份、0.4份或0.5份。在本发明实施例优选的热稳定剂的重量份数范围内，可使该聚碳酸酯复合材料抗热老化的性能达到最优。
具体地，本发明实施例的聚碳酸酯复合材料中抗氧剂的重量份数可为0.2份、0.3份、0.4份或0.5份。在复合材料在加工过程中，抗氧剂可以防止部分成分氧化降解，进而能顺利出高质量材料。在本发明实施例优选的抗氧剂的重量份数范围内，可使该聚碳酸酯复合材料的抗氧化降解性能达到最优。
具体地，本发明实施例的聚碳酸酯复合材料中加工助剂包括润滑剂、脱模剂和分散剂。润滑剂可为内外润滑剂，且润滑剂、脱模剂和分散剂复配得到的加工助剂，能够有效地改善各组分的分散性、减少有害摩擦及增加材料的光泽度。本发明实施例中加工助剂的重量份数可为0.2份、0.5份、0.7份或1份。在本发明实施例优选的加工助剂的重量份数范围内，可使该聚碳酸酯复合材料的分散性和光泽度达到最优。
相应地另一方面，本发明实施例还提供了一种聚碳酸酯复合材料的制备方法。该方法包括如下步骤：
S01：按照上述聚碳酸酯复合材料的配方分别称取各成分原料；
S02：将上述原料中的PC树脂、耐磨改性剂、玻璃纤维浸润剂、热稳定剂、抗氧剂和加工助剂混合2-10分钟，得混合物料；
S03：将上述混合物料投入双螺杆挤出机中，同时用偶联剂处理过的玻璃纤维从侧喂料加入，最后经熔融、挤出、冷却、切粒、干燥，得聚碳酸酯复合材料。
本发明提供的聚碳酸酯复合材料制备方法，工艺简单，条件易于控制，效率高；同时，用该方法制成的聚碳酸酯复合材具有高硬度、高强度、高透明性等特点。
具体地，在上述步骤S03中，双螺杆挤出机的运行参数为：加料段温度为180-225℃，塑化段温度为235℃-245℃，均化段温度为230℃-240℃，机头温度215℃-230℃，主机频率为20-45Hz，螺杆转速400-600rpm，真空度为-0.04-0.1MPa。注塑模具温度为110-140℃。在该优选的参数范围内，用该方法制成的聚碳酸酯复合材质量达到最优。
本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。
实施例1
一种高硬度、高强度、高透明性的聚碳酸酯复合材料，其包括的重量份数的组分为：PC树脂88份，纳米金刚石1份，玻璃纤维10份，BDP浸润剂3份，偶联剂0.2份，热稳定剂0.2份，抗氧剂0.2份，加工助剂0.2份。。
上述聚碳酸酯复合材料的制备方法如下：
S11：按照上述聚碳酸酯复合材料的配方分别称取各成分原料；
S12：将上述原料中的PC树脂、纳米金刚石、BDP浸润剂、热稳定剂、抗氧剂和加工助剂混合2-10分钟，得混合物料；
S13：将上述混合物料投入双螺杆挤出机中，同时用偶联剂处理过的玻璃纤维从侧喂料加入，最后经熔融、挤出、冷却、切粒、干燥，得聚碳酸酯复合材料。
其中，步骤S13中：双螺杆挤出机的运行参数为：加料段温度为180-225℃，塑化段温度为235℃-245℃，均化段温度为230℃-240℃，机头温度215℃-230℃，主机频率为20-45Hz，螺杆转速400-600rpm，真空度为-0.04-0.1MPa。注塑模具温度为110-140℃。
实施例2
一种高硬度、高强度、高透明性的聚碳酸酯复合材料，其包括的重量份数的组分为：PC树脂80份，纳米微晶石2份，玻璃纤维30份，BDP浸润剂5份，偶联剂0.1份，热稳定剂0.5份，抗氧剂0.5份，加工助剂1份。
上述聚碳酸酯复合材料的制备方法如下：
S21：按照上述聚碳酸酯复合材料的配方分别称取各成分原料；
S22：将上述原料中的PC树脂、纳米微晶石、BDP浸润剂、热稳定剂、抗氧剂和加工助剂混合2-10分钟，得混合物料；
S23：将上述混合物料投入双螺杆挤出机中，同时用偶联剂处理过的玻璃纤维从侧喂料加入，最后经熔融、挤出、冷却、切粒、干燥，得聚碳酸酯复合材料。
其中，步骤S23中：双螺杆挤出机的运行参数为：加料段温度为180-225℃，塑化段温度为235℃-245℃，均化段温度为230℃-240℃，机头温度215℃-230℃，主机频率为20-45Hz，螺杆转速400-600rpm，真空度为-0.04-0.1MPa。注塑模具温度为110-140℃。
实施例3
一种高硬度、高强度、高透明性的聚碳酸酯复合材料，其包括的重量份数的组分为：PC树脂70份，尖晶石0.2份，玻璃纤维20份，BDP浸润剂2份，偶联剂0.3份，热稳定剂0.3份，抗氧剂0.3份，加工助剂0.5份。
上述聚碳酸酯复合材料的制备方法如下：
S31：按照上述聚碳酸酯复合材料的配方分别称取各成分原料；
S32：将上述原料中的PC树脂、尖晶石、BDP浸润剂、热稳定剂、抗氧剂和加工助剂混合2-10分钟，得混合物料；
S33：将上述混合物料投入双螺杆挤出机中，同时用偶联剂处理过的玻璃纤维从侧喂料加入，最后经熔融、挤出、冷却、切粒、干燥，得聚碳酸酯复合材料。
其中，步骤S33中：双螺杆挤出机的运行参数为：加料段温度为180-225℃，塑化段温度为235℃-245℃，均化段温度为230℃-240℃，机头温度215℃-230℃，主机频率为20-45Hz，螺杆转速400-600rpm，真空度为-0.04-0.1MPa。注塑模具温度为110-140℃。
实施例4
一种高硬度、高强度、高透明性的聚碳酸酯复合材料，其包括的重量份数的组分为：PC树脂60份，金刚砂0.5份，玻璃纤维25份，BDP浸润剂1份，偶联剂0.2份，热稳定剂0.2份，抗氧剂0.2份，加工助剂0.2份。
上述聚碳酸酯复合材料的制备方法如下：
S41：按照上述聚碳酸酯复合材料的配方分别称取各成分原料；
S42：将上述原料中的PC树脂、金刚砂、BDP浸润剂、热稳定剂、抗氧剂和加工助剂混合2-10分钟，得混合物料；
S43：将上述混合物料投入双螺杆挤出机中，同时用偶联剂处理过的玻璃纤维从侧喂料加入，最后经熔融、挤出、冷却、切粒、干燥，得聚碳酸酯复合材料。
其中，步骤S43中：双螺杆挤出机的运行参数为：加料段温度为180-225℃，塑化段温度为235℃-245℃，均化段温度为230℃-240℃，机头温度215℃-230℃，主机频率为20-45Hz，螺杆转速400-600rpm，真空度为-0.04-0.1MPa。注塑模具温度为110-140℃。
实施例5
一种高硬度、高强度、高透明性的聚碳酸酯复合材料，其包括的重量份数的组分为：PC树脂75份，纳米金刚石1份，玻璃纤维20份，BDP浸润剂3份，偶联剂0.2份，热稳定剂0.3份，抗氧剂0.4份，加工助剂0.8份。
上述聚碳酸酯复合材料的制备方法如下：
S51：按照上述聚碳酸酯复合材料的配方分别称取各成分原料；
S52：将上述原料中的PC树脂、纳米金刚石、BDP浸润剂、热稳定剂、抗氧剂和加工助剂混合2-10分钟，得混合物料；
S53：将上述混合物料投入双螺杆挤出机中，同时用偶联剂处理过的玻璃纤维从侧喂料加入，最后经熔融、挤出、冷却、切粒、干燥，得聚碳酸酯复合材料。
其中，步骤S53中：双螺杆挤出机的运行参数为：加料段温度为180-225℃，塑化段温度为235℃-245℃，均化段温度为230℃-240℃，机头温度215℃-230℃，主机频率为20-45Hz，螺杆转速400-600rpm，真空度为-0.04-0.1MPa。注塑模具温度为110-140℃。
对比例
一种聚碳酸酯复合材料，其包括的重量份数的组分为：PC树脂99份，偶联剂0.2份，热稳定剂0.2份，抗氧剂0.2份，加工助剂0.2份。
上述聚碳酸酯复合材料的制备方法为：按照上述聚碳酸酯复合材料的配方分别称取各成分原料；将上述原料各成分混合2-10分钟，得混合物料；混合物料投入双螺杆挤出机中得聚碳酸酯复合材料。其中，双螺杆挤出机的运行参数和实施例相同。
将上述实施例1-5及对比例制备的粒子物料先在鼓风烘箱中100-120℃的条件下干燥4小时，然后将干燥好的粒子物料用注射成型机制成标准测试样条测试。其中，拉伸强度按ASTM D-638标准进行检验；试样类型为I型，样条尺寸(mm)：(176±2)(长)×(12.6±0.2)(端部宽度)×(3.05±0.2)(厚度)，拉伸速度为50mm/min；缺口冲击强度按ASTM D-256标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸(mm)：(63±2)×(12.45±0.2)×(3.1±0.2)；缺口类型为A类，缺口剩余厚度为1.9mm。
实施例1-5及对比例的测试数据结果如下表1所示。从表1中数据可知，本实施例的聚碳酸酯复合材料，具有高硬度、高强度、高透明性等特点，其效果显著优于现有技术。
表1
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。