一种耐水解PC/PBT合金材料及其制备方法与流程

一种耐水解pc/pbt合金材料及其制备方法
技术领域
1.本技术涉及工程塑料的技术领域，更具体地说，它涉及一种耐水解pc/pbt合金材料及其制备方法。


背景技术：

2.pc/pbt(聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯)合金材料集合了聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯两种材料的优点，其既具有pc材料优良的抗冲击性能、耐热性能，具有高强度和低的成型收缩率；同时也具有pbt材料优良的力学强度、耐化学性能、电绝缘性以及加工性。基于上述优点，pc/pbt合金材料被广泛应用于汽车、电机、电子、家用电器等领域。
3.pc/pbt合金材料在加工过程中pc与pbt之间易发生酯交换反应，由于pc大分链端具有-oh基团，而pbt链端具有-cooh和-oh基团，在熔融共混的过程中pc与pbt之间发生醇解和酸解等副反应。使得pc、pbt的相对分子质量下降，从而使得合金材料的力学性能和耐化学性能降低。此外，由于pbt树脂是一种聚酯材料，其分子内含有酯键，在一些高温且潮湿的环境中，当环境温度高于其玻璃化温度时，pbt树脂本身也极易发生水解，进而影响到pc/pbt合金材料产品的耐候性，使得长期使用或者在高温高湿环境下使用时合金材料的力学强度大幅度下降，上述缺陷极大地限制了pc/pbt合金材料的应用。


技术实现要素：

4.为了提升pc/pbt合金材料的力学强度和耐候性，本技术提供一种耐水解pc/pbt合金材料及其制备方法。
5.第一方面，本技术提供的一种耐水解pc/pbt合金材料，采用如下的技术方案：一种耐水解pc/pbt合金材料及其制备方法，包括以下重量百分比的组分：pc树脂35-50％；pbt树脂25-40％；玻璃纤维20-40％；耐水解剂0.5-2％；酯交换抑制剂0.2-0.8％；热稳定剂0.1-1％；其它助剂1-5％。
6.通过采用上述技术方案，本技术中，pc树脂和pbt树脂作为合金材料的基材，在合金材料中作为连续相的材料，起到主体连接作用，用于均衡并分散载荷；在pc与pbt熔融共混过程中加入酯交换抑制剂，可以抑制pc树脂与pbt树脂之间酯交换反应的进行，减轻pc与pbt材料的相对分子质量的下降，从而提升pc/pbt合金材料的耐水解性能。在此基础上，进一步添加玻璃纤维，玻璃纤维为合金材料的增强体，起到骨架作用，在混合料熔融共聚的过程中，pc树脂和pbt树脂及玻璃纤维为基础进行熔融共聚，玻璃纤维作为整个复合材料的支架，增强合金材料的强度，同时增强pc和pbt树脂之间的凝聚力，进一步增强pc/pbt合金材
料的稳定性和力学强度。
7.耐水解剂用于在较高的温度下消耗合金材料体系中的酸和水，进而避免合金材料中pbt树脂发生水解；热稳定剂用于抑制树脂材料的自动催化降解，阻止树脂材料在高温下氧化反应的进行。通过酯交换抑制剂、玻璃纤维、耐水解剂以及热稳定剂的合理复配，在添加酯交换抑制剂的基础上，利用玻璃纤维进一步增强合金材料的复合强度，并抑制树脂材料在高温高湿环境下的氧化降解与水解反应的进行，进而增强pc/pbt合金材料的耐水解能力。
8.进一步，由于玻璃纤维具有良好的耐高温、不燃以及抗腐蚀性能，将玻璃纤维添加至pc/pbt合金材料中后，玻璃纤维与pc树脂以及pbt树脂熔融混合以后，可以有效提升pc/pbt合金材料的阻燃性能。
9.可选的，所述玻璃纤维为c-玻璃纤维、ar玻璃纤维、a-玻璃纤维和e-cr玻璃纤维中的一种。进一步优选，所述玻璃纤维为c-玻璃纤维。
10.通过采用上述技术方案，c-玻璃纤维、ar玻璃纤维、d-玻璃纤维和e-cr玻璃纤维均具有良好的耐化学性和耐水性，并且具有较好的机械强度。经试验发现，c-玻璃纤维与pc以及pbt树脂的亲和性更好，能起到更好的增强合金材料力学强度的效果。
11.具体玻璃纤维的类型可根据pc/pbt合金材料的应用需求进行选择，以适配最好的功能性。
12.可选的，所述pc树脂的熔融指数为5-15g/10min；所述pc树脂的数均分子量为3-5万；所述pbt树脂的粘度25℃下为1-1.2dl/g。
13.通过采用上述技术方案，pc树脂的熔融指数会影响加工性和成型后材料的性能。经试验发现，pc树脂熔融指数越高，则流动性越大，成型加工方便，但同时，其抗冲击特性、耐化学性以及抗环境应力开裂特性会比较差；反之，当pc树脂的熔融指数越小，其断裂强度、硬度、韧性、耐老化稳定性等性能相对较高。综合考虑，本技术中pc树脂选择5-15g/10min范围制得的合金材料拥有较佳的性能和加工性。
14.可选的，所述耐水解剂为碳化二亚胺、苯基缩水甘油醚和双酚a双缩水甘油醚中的一种。进一步优选，所述耐水解剂为碳化二亚胺。
15.可选的，所述热稳定剂为亚磷酸双酚a酯和四(2,4-二叔丁基苯基-4,4'-联苯基)双亚磷酸酯中的至少一种。进一步优选，所述热稳定剂为亚磷酸双酚a酯。
16.可选的，所述酯交换抑制剂为磷酸二氢钠、亚磷酸三苯酯、正硅酸乙酯和硫酸二乙酯中的一种。进一步优选，所述酯交换抑制剂为磷酸二氢钠。
17.通过采用上述技术方案，经试验发现，碳化二亚胺、亚磷酸双酚a酯和磷酸二氢钠三者的配合可以起到更优的抑制水解、增强合金材料稳定性的作用，在进一步配合c-玻璃纤维，可以更加有效提升pc/pbt合金材料的力学性能和耐候性。
18.可选的，所述其它助剂包括增韧剂、抗氧剂和润滑剂中的一种或多种。
19.通过采用上述技术方案，其它助剂的添加可以增强pc/pbt合金材料的特定性能，增强其稳定性。通过添加增韧剂可以提高pc/pbt合金材料的抗冲击韧性，提高其机械性能；通过添加抗氧剂可以改善pc/pbt合金材料的氧化及黄变速度，抑制聚合物氧化过程的进行，进而阻止聚合物的老化并延长其使用寿命；通过添加润滑剂可以进一步改善加工过程中材料的流动性，提高制备过程中各组分的分散均匀性。
20.第二方面，本技术提供一种耐水解pc/pbt合金材料的制备方法，采用如下的技术方案：一种耐水解pc/pbt合金材料的制备方法，包括以下步骤：将pc树脂、pbt树脂以及玻璃纤维分别进行干燥；将干燥后的pc树脂、pbt树脂、酯交换抑制剂、耐水解剂、热稳定剂以及其它助剂混合均匀，得到混合原料；将上述混合原料与玻璃纤维熔融挤出后冷却、干燥、切粒得到pc/pbt合金材料。
21.可选的，熔融挤出温度为220-270℃，转速为250-350r/min。
22.通过采用上述技术方案，将pc树脂、pbt树脂以及玻璃纤维进行干燥以减少原材料中的水分。干燥后的pc树脂和pbt树脂与所有助剂混合均匀，以增强后续熔融挤出成型后各组分材料之间的均匀性。将树脂混合料从双螺杆挤出机主喂料口下料，玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口下料，玻璃纤维在挤出机中与混合原料混合均匀后一起经熔融挤出成型，挤出成型的pc/pbt混合料中玻璃纤维均匀分布，作为支撑主体结构来增强pc/pbt材料的强度。在高温高湿的环境中，pc/pbt合金材料中耐水解剂和热稳定剂的成分会抑制合金聚酯氧化分解和水解反应的进行，进而提升pc/pbt合金材料的耐水解性。
23.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术中，在pc/pbt合金材料中添加玻璃纤维、酯交换抑制剂、耐水解剂和热稳定剂，将各种原材料混合后通过双螺杆挤出机挤出成型得到pc/pbt合金材料，利用玻璃纤维增强连接pc树脂和pbt树脂，提升树脂基材之间的连接性，然后利用酯交换抑制剂、耐水解剂和热稳定剂三者的复配，可以有效抑制合金材料在高温高湿环境下的水解速率，在通过与玻璃纤维的配合，可以有效增强pc/pbt合金材料在高温高湿环境下的耐候性，进而保证pc/pbt合金材料长时间使用的力学性能2、本技术中，玻璃纤维均优选具有良好的耐化学性和耐水性、同时具有较好机械强度的玻璃纤维类型，可以进一步提升pc/pbt合金材料的耐水解性能和力学强度。
具体实施方式
24.以下结合实施例和对比例对本技术作进一步详细说明。
25.本技术实施例中，若无特殊说明，所使用的部分原料的来源见下表1：表1：本技术实施例和对比例中部分原料的来源添加剂来源型号耐水解剂巴斯夫/酯交换抑制剂无锡海泰化学/热稳定剂天门恒昌化工/增韧剂东莞美亿塑料mypbt抗氧剂巴斯夫irgastab pur润滑剂浙江佳华精华sg-200a实施例
26.实施例1本实施例公开一种耐水解pc/pbt合金材料，包括以下重量百分比的原材料组分：
pc树脂40.4％；pbt树脂35.3％；玻璃纤维20.7％；耐水解剂0.5％；酯交换抑制剂0.2％；热稳定剂0.1％；其它助剂3％。
27.制备方法如下：s1.将pc树脂、pbt树脂以及玻璃纤维在80-120℃环境下分别干燥20min；s2.将干燥后的pc树脂、pbt树脂与酯交换抑制剂、耐水解剂、热稳定剂以及其它助剂混合均匀，得到混合原料；s3.将上述混合原料从双螺杆挤出机主喂料口下料，玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口下料，然后经熔融挤出后冷却、干燥、切粒得到pc/pbt合金材料。
28.其中：玻璃纤维为c-玻璃纤维，耐水解剂为碳化二亚胺，热稳定剂为亚磷酸双酚a酯，酯交换抑制剂为亚磷酸三苯酯；其它助剂包括增韧剂1％、抗氧剂1％、润滑剂1％。
29.pc树脂的熔融指数为10g/10min，数均分子量为4万，pbt树脂的粘度25℃下为1dl/g。
30.双螺杆挤出机的工作温度为：一区温度220℃，二区温度240℃，三区温度255℃，四区温度255℃，五区温度255℃，六区温度250℃，七区温度240℃；螺杆转速为300r/min。
31.实施例2本实施例与实施例1的区别在于：pc树脂35.2％；pbt树脂30.1％；玻璃纤维30.2％；耐水解剂1％；酯交换抑制剂0.4％；热稳定剂0.5％；其它助剂3％。
32.实施例3pc树脂35.2％；pbt树脂30.1％；玻璃纤维30.2％；耐水解剂1％；酯交换抑制剂0.6％；热稳定剂0.5％；其它助剂3％。
33.其中，玻璃纤维为e-cr玻璃纤维；耐水解剂为苯基缩水甘油醚。
34.实施例4本实施例与实施例1的区别在于：pc树脂29.5％；pbt树脂24.5％；玻璃纤维40％；耐水解剂2％；酯交换抑制剂0.8％；热稳定剂1％；其它助剂3％。
35.实施例5本实施例与实施例1的区别在于：pc树脂30.1％；pbt树脂30.1％；玻璃纤维35.2％；耐水解剂1％；酯交换抑制剂0.5％；热稳定剂0.5％；其它助剂3％。
36.其中，玻璃纤维为ar-玻璃纤维。
37.实施例6本实施例与实施例1的区别在于：pc树脂25.2％；pbt树脂30.1％；玻璃纤维40.1％；耐水解剂1.5％；酯交换抑制剂0.5％；热稳定剂0.1％；其它助剂3％。
38.对比例对比例1本对比例与实施例1的区别在于：pc树脂52％；pbt树脂44.5％；酯交换抑制剂0.5％；其它助剂3％；且，不添加玻璃纤维、耐水解剂以及热稳定剂。
39.对比例2本对比例与实施例1的区别在于：pc树脂50％；
pbt树脂44.9％；耐水解剂1.5％；酯交换抑制剂0.5％；热稳定剂0.1％；其它助剂3％；且，不添加玻璃纤维。
40.对比例3本对比例与实施例1的区别在于：pc树脂26％；pbt树脂30.5％；玻璃纤维40.5％；其它助剂3％；且，不添加热稳定剂。
41.对比例4本对比例与实施例1的区别在于：pc树脂46％；pbt树脂40.7％；玻璃纤维10％；耐水解剂0.1％；酯交换抑制剂0.5％；热稳定剂0.1％；其它助剂3％。
42.性能检测试验将实施例1-6及对比例1-4中制备的耐水解pc/pbt合金材料在注塑机上进行注塑成型制样，将所得样品进行性能检测。
43.性能检测方法如下：依据astm d638进行拉伸强度检测；依据astm d790进行弯曲强度检测；依据astm d256进行缺口抗冲击强度检测。
44.依据ul 94标准进行阻燃性能的检测。
45.其中：每个实施例和对比例、针对每个检测项目均制备6组样品，取其中3组进行常规性能检测，另外3组经加速老化试验后进行性能检测，检测结果取3组样品检测数据的平均值。然后对比加速老化试验前后材料的性能变化并计算性能保持率，性能保持率计算公式如下：加速老化试验条件为：在温度100℃、湿度100％rh环境下保持120小时。
46.阻燃性能不进行老化试验后的检测。
47.性能检测数据见表2。
48.表2：实施例1-6及对比例1-3性能检测数据结合实施例1-6、对比例1-4以及表2中的数据，通过在pc/pbt合金材料中添加酯交换抑制剂的基础上再添加玻璃纤维、耐水解剂以及热稳定剂，可以有效提高pc/pbt合金材料的耐水解性能。总体来说，通过向pc/pbt合金材料中添加酯交换抑制剂、玻璃纤维、耐水解剂以及热稳定剂，并且当酯交换抑制剂的比例在0.2-0.8％、玻璃纤维的比例在20-40％、耐水解剂的比例在0.5-2％且热稳定剂的占比在0.1-1％的范围内时，制得的耐水解pc/pbt合金材料经过加速老化试验后，其力学性能保持率在90％以上。
49.结合实施例1-4以及表2中的数据，pc/pbt合金材料中玻璃纤维、耐水解剂热稳定剂的添加量两也会对耐水解pc/pbt合金材料的耐水解性能产生影响。具体来说，当玻璃纤维、耐水解剂以及热稳定剂的添加量增加时，pc/pbt合金材料的耐水解性能会同步提升。此外，相较于单独添加酯交换抑制剂，pc和pbt共聚熔融过程中，在添加酯交换抑制剂的基础上再添加玻璃纤维，可以进一步提升pc/pbt合金材料的耐水解性能和整体稳定性。
50.结合实施例1-6以及表2中的数据，玻璃纤维、耐水解以及热稳定剂三者的复配比例也会对pc/pbt合金材料的耐水解性能有一定影响。具体来说，当耐水解剂的占比增加时，pc/pbt合金材料的耐水解性能会有所提升。再结合对比例1-3可知，在不添加玻璃纤维的情况下直接添加耐水解也会提升pc/pbt合金材料的耐水解性能，但提升程度有限。
51.结合实施例1-6、对比例1-4以及表2中的数据，通过添加玻璃纤维还会影响pc/pbt合金材料的力学性能。具体而言，通过向pc/pbt合金材料中添加一定量的玻璃纤维可以提升材料的力学性能。但是，当玻璃纤维的添加量占比过多时，会影响pc树脂和pbt树脂的含量，反而使得合金材料的力学性能有所降低。综合考虑，当合金材料中玻璃纤维的含量在
20-40％范围内，pc/pbt合金材料的力学性能保持在较优的水平。
52.结合实施例1-6、对比例1-4以及表2中的数据，通过向pc/pbt合金材料中添加玻璃纤维还可以有效提升pc/pbt合金材料的阻燃性能。通过添加玻璃纤维，pc/pbt合金材料的阻燃性能可以从hb提升至v-1级别。
53.综上，通过向pc/pbt合金材料中添加玻璃纤维、耐水解以及热稳定剂，并使玻璃纤维、耐水解剂以及热稳定剂保持合理的复配范围，可以有效提高pc/pbt合金材料的耐水解性能和阻燃性能。同时，通过添加一定量的玻璃纤维，可以在一定程度上提升pc/pbt合金材料的力学性能。
54.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。