一种自增强异型材及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明公开了一种自增强异型材及其制备方法和应用，包括型材以及设置在型材型腔内的增强内衬，型材为ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材100份，增强内衬为增强苯乙烯基共聚物组合物材料5?120份，所述增强苯乙烯基共聚物组合物材料包括组分：苯乙烯基共聚物25?65份；增强剂30?65份。其制备方法是先制备增强苯乙烯基共聚物组合物材料，然后采用主机与该主机垂直设计的辅机进行共挤，主机用于挤出ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材型材，辅机用于挤出增强苯乙烯基共聚物组合物材料，主机、辅机同时挤出，成型后冷却定型得到自增强异型材。本发明的自增强异型材可避免在运输，安装和使用过程中增强内衬与型材的剥离问题，且可低温成型，具有良好的生产稳定性和成型稳定性。
【专利说明】
一种自増强异型材及其制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明涉及塑料型材技术领域，具体涉及一种自增强异型材及其制备方法和应 用。
【背景技术】
[0002] PVC异型材广泛应用在建筑门窗，木塑地板，家具板材等方面，然而PVC材料本身刚 度较低，抗变形能力差，在用作门窗材料时需加装钢衬。传统的金属钢衬虽能有效提高PVC 异型材的抗变形能力，但是钢衬存在生产能耗高，耐腐蚀效果差，保温隔热，隔音效果差，材 料密度大，焊角强度低的缺点，而且在型材安装时，工艺复杂，需要安装人员在施工现场将 钢衬和塑钢型材固定，增加了门窗安装的装配工序。基于此种情况，相关企业推出以塑代钢 的材料，取代传统钢材。塑料本身有着良好的隔热，耐腐蚀，轻量化的优点，然而未改性的塑 料刚度与钢材差距太大，不能满足异型材抗变形的要求。
[0003] 采用玻纤增强的手段，能大幅提高塑料的刚度，为此提供了一种解决方案，如CN 102817529 B，CN 203066745 U，CN 202227876 U，CN 103075071 B等专利公开了一种以玻 纤增强PBT，碳纤增强TOT，改性PBT中的任意一种为增强条，以PVC材料为基材的自增强型 材，以替代常规的钢衬增强型材。但是在这些方案中，存在以下不足之处：（1)基材PVC与增 强条PBT高温共挤容易造成PVC基材的分解发泡，碳化，从而产生型材变色，气味大；（2)增强 条PBT与基材PVC的界面结合力差，在型材运输，安装和使用的过程中，由于碰撞和弯曲容易 导致基材PVC和增强条PBT的剥离，这样就会大大降低增强条的增强作用，大大限制了其应 用。CN 103147664 B公开了一种异型材共挤模头，通过在模具内部设置隔热层和内筋卡槽 来解决PVC的糊料问题和相容性问题，虽然可以部分解决以上问题，但模具成本大大增加。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自增强异型材，该自 增强异型材可避免在运输，安装和使用过程中增强内衬与型材的剥离问题，且可低温成型， 具有良好的生产稳定性和成型稳定性。
[0005] 本发明的另一个目的是在于提供上述自增强异型材的制备方法。
[0006] 本发明通过下述技术方案来实现： 一种自增强异型材，包括型材以及设置在型材型腔内的增强内衬，所述型材为ASA、 SAS、ABS、AS和/或AES型材，所述增强内衬为增强苯乙烯基共聚物组合物材料，其重量份数 如下： ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材 100 份 增强苯乙烯基共聚物组合物材料 5份-120份 其中，所述增强苯乙烯基共聚物组合物材料按重量份数计，包括如下组分： 苯乙烯基共聚物25-65份； 增强剂 30-65份； 所述ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材与增强苯乙烯基共聚物组合物材料的粘结力为 700-1000 N，所述粘结力测试采用如下方法:将ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材注塑成2mmX 1 0mm X 100mm的样条，然后再把ASA、SAS、ABS、AS和/或AES样条放置在4mmX 1 0mm X 100mm的 模具中二次注塑增强苯乙烯基共聚物组合物材料，得到ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材与增 强苯乙烯基共聚物组合物材料的粘附体，最后通过Zwick公司的拉伸试验机来测试粘结力 的大小。
[0007]所述增强苯乙烯基共聚物组合物材料的挤出温度区间为160-215Γ。
[0008]所述苯乙烯基共聚物树脂在220°C，10kg载荷条件下的熔体流动速率为1 g/ 10min_80g/10min，为更易挤出成型，优选5 g/10min-20g/10min，更优选为 10 g/10min-15 g/10min〇
[0009] 所述苯乙烯基共聚物选自苯乙烯-丙烯腈共聚物AS、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚 物ABS、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物MABS、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共 聚物ASA、丙稀腈-三元乙丙橡胶-苯乙稀共聚物AES、丙稀腈-娃丙橡胶-苯乙稀共聚物SAS、 甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物MS中的一种或几种。
[0010] 所述增强剂选自玻璃纤维、碳纤维，玄武岩纤维、滑石粉、硅灰石、晶须、玻璃微珠 中的一种或几种，优选玻璃纤维，所述玻璃纤维的直径为6_20μπι。
[0011] 本发明所述增强苯乙烯基共聚物组合物材料，按重量份数计，还包括相容剂0.5-1 〇份、偶联剂〇. 1 -5.0份、加工助剂0.1 -5.0份。
[0012]所述相容剂选自苯乙烯-丁二烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯 腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、苯乙烯-丙烯腈-甲基 丙烯酸缩水甘油酯共聚物、丙烯酸酯树脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物树脂、苯乙烯-马 来酸酐共聚物中的一种或几种； 所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂中的一种或 几种； 所述加工助剂包括润滑剂或抗氧剂中的一种或几种。
[0013] 所述润滑剂选自脂肪酸盐、脂肪酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、固体石蜡、液体石蜡、 硬脂酸盐、硅酮、Ν，Ν'_乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种。
[0014] 所述抗氧剂为四[β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季茂四醇脂和三[2, 4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的混合物。
[0015] 本发明所述的自增强异型材的制备方法，包括以下步骤： (1) 增强苯乙烯基共聚物组合物材料的制备:除增强剂外，按配比将增强苯乙烯基共聚 物组合物材料的各原料加入高混机中混合均匀；将上述混合物料送入双螺杆挤出机中，其 中增强剂通过第一排气孔或侧喂系统加入，熔融挤出造粒，即得增强苯乙烯基共聚物组合 物材料； (2) 共挤成型：采用主机与该主机垂直设计的辅机进行共挤制备，主机用于挤出ASA、 SAS、ABS、AS和/或AES型材，辅机用于挤出增强苯乙烯基共聚物组合物材料，主机、辅机同时 挤出，成型后冷却定型得到自增强异型材。
[0016] 步骤（1)中，所述混合温度为20-50°C，转速为100-800转/分钟，混合时间为2-5分 钟;所述双螺杆挤出机各段温度为200-240°C，双螺杆挤出机的长径比为36-48,螺杆转速为 300-500转/分钟。
[0017] 步骤（2)中，所述主机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机各段温度为150-200°C;所 述辅机为单螺杆挤出机，单螺杆挤出机各段温度为160-215Γ。
[0018] 优选的，所述主机为双螺杆挤出机，机头温度为175-195Γ，机身一区温度为155-165°C，机身二区温度为165-175°C，机身三区温度为175-185°C，机身四区温度为175-185 °C，螺杆转速为18-22rpm;所述辅机为单螺杆挤出机，机头温度为175-195Γ，机身一区温度 为160-165°C，机身二区温度为160-175°C，机身三区温度为175-185Γ，机身四区温度为 175-185°C，螺杆转速为 18-22rpm。
[0019] 本发明还提供了上述自增强异型材在建筑门窗、木塑地板或家具板材中的应用。
[0020] 相对于现有技术，本发明具有如下优点： (1) 本发明采用的增强内衬为增强苯乙烯基共聚物组合物材料，其为无定形材料，型材 采用ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材，由于增强内衬材料与型材具有更好的相容性，避免了 自增强异型材在运输，安装和使用的过程中出现增强内衬材料与型材的剥离问题，可广泛 应用于建筑门窗、木塑地板或家具板材中； (2) 本发明采用的增强内衬材料能在160-215Γ温度范围内稳定的挤出，具有更宽的加 工窗口，同时较低的成型温度也会大大降低能耗，更加环保； (3) 本发明采用的增强内衬材料具有更高的熔体强度，具有更优异的加工成型性能，从 而大大提高成型的稳定性。
[0021] (4)在提供同样刚性的条件下，本发明的增强内衬材料密度更低，自增强共挤型材 重量更轻，符合国家提倡的轻量化，低碳环保趋势。
[0022]【附图说明】： 图1为粘结力测试时，ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材与增强内衬的粘附体照片。
【具体实施方式】
[0023]为更好地理解本发明，下面通过实施例对本发明作进一步的说明，需要说明的是 实施例并不构成对本发明保护范围的限制。
[0024]所用原材料如下： ASA型材，ASA PW-997,台湾奇美； AES型材，AES HW500E，韩国锦湖； AS型材，SAN PN-137H，台湾奇美； ABS型材，ABS AG10NP，台化； SAS型材，DIALAC E259B，日本UMG; AS苯乙烯-丙烯腈树脂，SAN PN-137H，台湾奇美，熔体流动速率12 g/10min; AS苯乙烯-丙烯腈树脂，SAN NF-5,台化定制;熔体流动速率5 g/10min; AS苯乙烯-丙烯腈树脂，SAN NF2200，台化，熔体流动速率35g/10min; ABS树脂，ABS AG10NP，台化;熔体流动速率6 g/10min; PBT树脂，PBT 1200-211M，台湾长春； ASA苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物，ASA PW-997，台湾奇美;熔体流动速率5g/10min; 玻璃纤维，ECS13-4.5-534A，桐乡巨石，直径为13μπι。
[0025] 马来酸酐苯乙烯共聚物，SMA-700,上海华雯公司； 偶联剂，KH560,沸点化工； 润滑剂，N，N 亚乙基双硬脂酰胺，上海宁成； 抗氧剂，168和1010,瑞士汽巴精化公司。
[0026]增强苯乙烯基共聚物组合物材料的制备： 除增强剂外，按表1配比将增强苯乙烯基共聚物组合物材料的各原料加入高混机中混 合均匀;将上述混合物料送入双螺杆挤出机中，其中增强剂通过第一排气孔或侧喂系统加 入，熔融挤出造粒，即得增强苯乙烯基共聚物组合物材料。其中，所述混合温度为20-50Γ， 转速为100-800转/分钟，混合时间为2-5分钟;所述双螺杆挤出机各段温度为200-240°C，双 螺杆挤出机的长径比为36-48，螺杆转速为300-500转/分钟。
[0027]将得到的增强苯乙烯基共聚物组合物材料在90°C的鼓风烘箱中干燥4小时后，用 宁波海天注射成型机BS650-m制样，注塑温度设定为230-240-240-250°C，所得增强苯乙烯 基共聚物组合物材料的物性测试结果性能见表1。
[0028] 拉伸强度按ISO 527标准进行测试，试样为I型试样，测试设备为德国Zwick公司的 拉伸试验机Z020。
[0029] 弯曲强度按ISO 178标准进行测试，试样尺寸为4mmX 10mmX80mm，测试设备为德 国Zwick Roell公司的弯曲试验机Z005。
[0030] IZ0D缺口冲击强度按照ISO 180标准进行测试，试样尺寸为4mmX10mmX80mm，缺 口深度为2mm。测试设备为德国Zwick Roell公司的冲击试验机HIT5.5P。
[0031] 密度按ISO 1183标准进行测试，测试设备为日本ALFA MIRAGE的数显液体密度计 MD-300S。
[0032] 粘结力测试：现将ASA、SAS、ABS、AS和/或AES树脂注塑成2mmX10mmX100mm的样 条，然后再把ASA、SAS、ABS、AS和/或AES样条放置在4mmX10mmX100mm的模具中二次注塑增 强内衬材料，得到ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材与增强内衬材料的粘附体，如图1所示。最 后通过Zwi ck公司的拉伸试验机来测试粘结力的大小，从而表征增强内衬与ASA、SAS、ABS、 AS和/或AES型材的粘结性能。
[0033] 表1增强内衬各组分配比（重量份)及物性
从表1可以看出同样玻纤含量的情况下，本发明的增强内衬材料具有更加优异的力学 性能，尤其是刚性更要优于增强PBT材料，在以塑代钢方面的优势更加明显。其次，在提供相 同刚性的条件下，本发明的增强内衬材料密度更低，所制备的自增强共挤型材重量更轻，符 合国家提倡的轻量化，低碳环保趋势。
[0034]自增强异型材的制备： 采用主机与该主机垂直设计的辅机进行共挤制备，按表2配比，主机用于挤出ASA、SAS、 ABS、AS和/或AES型材，辅机用于挤出增强内衬材料，主机、辅机同时挤出，成型后冷却定型 得到自增强异型材； 其中，所述主机为双螺杆挤出机，机头温度为175-195Γ，机身一区温度为155-165Γ， 机身二区温度为165-175Γ，机身三区温度为175-185Γ，机身四区温度为175-185Γ，螺杆 转速为18-22rpm;所述辅机为单螺杆挤出机，机头温度为175-195Γ，机身一区温度为160-165°C，机身二区温度为160-175°C，机身三区温度为175-185°C，机身四区温度为175-185 °C，螺杆转速为18-22rpm。
[0035]表2自增强异型材的各组分配比及性能结果(重量份）
从表2的数据可以看出，增强PBT材料与ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材的粘结力只有 150N左右，而采用本发明的增强内衬，其与ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材的粘结力提高到 700-1000N左右，是增强TOT材料的5-6倍，这说明本发明的增强内衬与ASA、SAS、ABS、ASS AES型材具有更好的相容性，在型材的运输，安装和使用过程中不会出现剥离现象。其次，增 强TOT材料在220-250°C的温度区间才可以塑化稳定挤出，加工窗口窄且加工温度高，而本 发明的增强内衬在160-215Γ较宽的范围之内塑化都很好，且可以稳定挤出，这说明本发明 的增强内衬具有更宽的加工窗口，同时较低的成型温度也会大大降低能耗，更加环保。
【主权项】
1. 一种自增强异型材，其特征在于，包括型材以及设置在型材型腔内的增强内衬，所述 型材为ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材，所述增强内衬为增强苯乙烯基共聚物组合物材料， 其重量份数如下： ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材 100 份 增强苯乙烯基共聚物组合物材料 5份-120份 其中，所述增强苯乙烯基共聚物组合物材料按重量份数计，包括如下组分： 苯乙烯基共聚物25-65份； 增强剂 30-65份。2. 根据权利要求1所述的自增强异型材，其特征在于，所述 或AES型材与增强苯乙烯基共聚物组合物材料的粘结力为700-1000 N，所述粘结力测 试采用如下方法:将ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材注塑成2mmX10mmX100mm的样条，然后 再把ASA、SAS、ABS、AS和/或AES样条放置在4mmX10mmX100mm的模具中二次注塑增强苯乙 烯基共聚物组合物材料，得到ASA、SAS、ABS、AS和/或AES型材与增强苯乙烯基共聚物组合物 材料的粘附体，最后通过Zwick公司的拉伸试验机来测试粘结力的大小。3. 根据权利要求1所述的自增强异型材，其特征在于，所述增强苯乙烯基共聚物组合物 材料的挤出温度区间为160-215 °C。4. 根据权利要求1所述的自增强异型材，其特征在于，所述苯乙烯基共聚物在220°C， 10kg 载荷条件下的恪体流动速率为1 g/l〇min-80g/10min，优选为5g/10min-20g/10min，更 优选为 10 g/l〇min -15 g/10min。5. 根据权利要求4所述的自增强异型材，其特征在于，所述苯乙烯基共聚物选自苯乙 烯- 丙烯腈共聚物AS、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二 烯-苯乙烯共聚物MABS、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物ASA、丙烯腈-三元乙丙橡胶-苯乙 烯共聚物AES、丙烯腈-硅丙橡胶-苯乙烯共聚物SAS、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物MS中的 一种或几种。6. 根据权利要求1所述的自增强异型材，其特征在于，所述增强剂选自玻璃纤维、碳纤 维、玄武岩纤维、滑石粉、硅灰石、晶须、玻璃微珠中的一种或几种，优选玻璃纤维。7. 根据权利要求6所述的自增强异型材，其特征在于，所述玻璃纤维的直径为6-20μπι。8. 根据权利要求1所述的自增强异型材，其特征在于，按重量份数计，所述增强苯乙烯 基共聚物组合物材料还包括相容剂0.5-10份、偶联剂0.1-5.0份、加工助剂0.1-5.0份。9. 根据权利要求8所述的自增强异型材，其特征在于，所述相容剂选自苯乙烯-丁二烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、丙烯酸酯树脂、 甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物中的一种或几种;所述偶联剂选 自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂中的一种或几种;所述加工助 剂包括润滑剂或抗氧剂中的一种或几种。10. 根据权利要求1-9任一项所述的自增强异型材的制备方法，其特征在于，包括以下 步骤： (1) 增强苯乙烯基共聚物组合物材料的制备:除增强剂外，按配比将增强苯乙烯基共聚 物组合物材料的各原料加入高混机中混合均匀；将上述混合物料送入双螺杆挤出机中，其 中增强剂通过第一排气孔或侧喂系统加入，熔融挤出造粒，即得增强苯乙烯基共聚物组合 物材料； (2) 共挤成型：采用主机与该主机垂直设计的辅机进行共挤制备，主机用于挤出ASA、 SAS、ABS、AS和/或AES型材，辅机用于挤出增强苯乙烯基共聚物组合物材料，主机、辅机同时 挤出，成型后冷却定型得到自增强异型材。11. 根据权利要求10所述的增强异型材的制备方法，其特征在于，步骤（1)中，所述混 合温度为20-50 °C，转速为100-800转/分钟，混合时间为2-5分钟;所述双螺杆挤出机各段温 度为200-240 °C，双螺杆挤出机的长径比为36-48,螺杆转速为300-500转/分钟。12. 根据权利要求10所述的自增强异型材的制备方法，其特征在于，步骤（2)中，所述 主机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机各段温度为150-200°C，所述辅机为单螺杆挤出机，单 螺杆挤出机各段温度为160-215Γ;优选的，所述主机为双螺杆挤出机，机头温度为175-195 °C，机身一区温度为155-165°C，机身二区温度为165-175°C，机身三区温度为175-185°C，机 身四区温度为175-185Γ，螺杆转速为18-22rpm;所述辅机为单螺杆挤出机，机头温度为 175-195Γ，机身一区温度为160-165°C，机身二区温度为160-175°C，机身三区温度为175-185°C，机身四区温度为175-185°C，螺杆转速为18-22rpm。13. 权利要求1-9任一项所述的自增强异型材在建筑门窗、木塑地板或家具板材中的应 用。
【文档编号】C08L51/04GK105968678SQ201610437733
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】李玉虎, 陈平绪, 叶南飚, 肖鹏, 官焕祥, 魏金刚, 陶四平, 刘建中, 何超雄
【申请人】金发科技股份有限公司, 广东金发科技有限公司, 天津金发新材料有限公司, 四川金发科技发展有限公司