一种特黑PC/ABS合金材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子共混、高分子成型加工领域，具体涉及一种特黑PC/ABS合金材料及其制备方法。

背景技术：

PC/ABS，即聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的共聚物和混合物，是由聚碳酸酯(Polycarbonate)和聚丙烯腈(ABS)合金而成的热可塑性塑胶，结合了两种材料的优异特性，ABS材料的成型性和PC的机械性、冲击强度和耐温、抗紫外线(UV)等性质，可广泛使用在汽车内部零件、商务机器、通信器材、家电用品及照明设备上。

炭黑分散的目的是为了满足客户对产品性能的要求，将炭黑分散到PC/ABS中，能够制备出黑色且具有优良性能的PC/ABS合金材料，以满足对市场的需求。然而，由于炭黑的分散和稳定性有时不能满足要求，会影响制品的性能，导致材料注塑成制品时出现大量麻点和白斑，制品的黑度下降，外观黯淡不具光泽。此外炭黑与树脂在混合时粉尘污染严重，污染环境的同时对人体造成一定危害，所以环保的生产工艺是工厂生产所追求的目标之一。

材料的流动性能够大幅提高其加工性能，一般的PC/ABS合金材料流动性较差，导致其不易加工成型，会给客户带来很大的资源浪费，因此，在不影响其他性能的前提下，如何有效的提高材料的流动性也是一个急需解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种特黑PC/ABS合金材料及其制备方法，提高了加工过程中炭黑的分散性以及合金材料的流动性，使其获得了优良的表面质量及加工性能，同时改善了制备工艺，降低了制备过程中粉尘对环境的污染，最终制备出颜色特黑，表面光泽度好且具有抗紫外光性的PC/ABS合金材料。

第一方面，本发明提供一种特黑PC/ABS合金材料，所述合金材料按质量份含有以下原料组分：

本发明中颜色表征值为L，L值越小，说明颜色越深(黑)，当L≤3时，该颜色可以称为特黑。

在本发明中，矿物油和PE蜡之间能产生协同作用，大幅提高材料的流动性，使其熔体流动速率达到了27g/10min，获得了良好的加工性能；矿物油、PE蜡和偶联剂之间产生协同作用，大幅提高炭黑的分散性，使其颜色表征值L值降到了2，表面无麻点和白斑现象；进而制备出表面分散良好，颜色特黑，光泽度好兼具抗紫外光性的特黑PC/ABS合金材料。

根据本发明，所述PC树脂的含量为40-70份，例如可以是40份、45份、50份、55份、60份、65份或70份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，所述ABS树脂的含量为30-60份，例如可以是30份、35份、40份、45份、50份、55份或60份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，所述炭黑的含量为1.5-2份，例如可以是1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份或2份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，所述矿物油的含量为2-6份，例如可以是2份、3份、4份、5份或6份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

矿物油也称白油，矿物油的加入能够使树脂处于表面润湿状态，再添加炭黑进行混合，此时炭黑就会均匀沾附在树脂表面，降低了混料工艺中粉尘的污染。

在本发明中，矿物油和PE蜡之间能产生协同作用，大幅提高材料的流动性，矿物油、PE蜡和偶联剂之间产生协同作用，大幅提高炭黑的分散性，获得了表面完美且易于加工成型的合金树脂。

根据本发明，所述PE蜡的含量为2-4份，例如可以是2份、2.5份、3份、3.5份或4份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

PE蜡，也称聚乙烯蜡，因其优良的耐寒性、耐热性、耐化学性和耐磨性而得到广泛的应用。PE蜡作为一种添加剂可以增加产品的光泽和加工性能，改善材料的流动性，同时能起到内部润滑以及着色剂分散的作用。在本发明中，PE蜡和矿物油一起能产生协同作用，大幅提高合金材料的流动性，使其获得良好的加工性能。

根据本发明，所述偶联剂的含量为0.5-2份，例如可以是0.5份、0.7份、0.9份、1份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份或2份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

在本发明中，偶联剂与矿物油和PE蜡产生协同作用，大幅提高了炭黑的分散性，使制得的PC/ABS合金材料表面分散性良好，无麻点和白斑现象，颜色特黑，表面光泽度好。

根据本发明，所述特黑PC/ABS合金材料中含有1-2份抗氧剂，所述抗氧剂的含量可以是1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份或2份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，所述抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂1076、6-书丁基-3-甲基苯酚或硫代二丙酸双月桂酯中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂1076、6-书丁基-3-甲基苯酚或硫代二丙酸双月桂酯中的任意一种，示例但非限定性的组合为抗氧剂168和抗氧剂1010，抗氧剂1076和6-书丁基-3-甲基苯酚，抗氧剂168和抗氧剂1076，6-书丁基-3-甲基苯酚和硫代二丙酸双月桂酯，抗氧剂168、抗氧剂1010和抗氧剂1076，抗氧剂168、抗氧剂1076、6-书丁基-3-甲基苯酚和硫代二丙酸双月桂酯等。

本发明中，所述抗氧剂优选为抗氧剂168与抗氧剂1010的组合。

根据本发明，所述抗氧剂168与抗氧剂1010的质量比为(1-3):1，例如可以是1:1、1.5:1、2:1、2.5:1或3:1，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

本发明中所述抗氧剂168与抗氧剂1010的质量比优选为1:1。

对于大多数塑料品种来说，在其制造、加工、贮存及应用过程中，对氧化降解都有一定的敏感性，氧渗入塑料中几乎与大多数聚合物都能发生反应而导致降解或交联，从而改变材料的性能。少量的氧就能使这些高分子材料的强度、外观和性能发生剧烈的变化，抗氧剂的加入可以阻止因氧渗入而导致的材料性能的老化，同时具有抗紫外光照的效果。

根据本发明，所述所述特黑PC/ABS合金材料中含有1-2份润滑剂，所述润滑剂的含量可以是1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份或2份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

本发明中，所述润滑剂为乙撑基双硬脂酰胺(EBS)、硬脂酸单甘油酯(GMS)或三硬脂酸甘油酯(HTG)中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是EBS、GMS或HTG中的任意一种；典型但非限定的组合为EBS和GMS，EBS和HTG，GMS和HTG，EBS、GMS和HTG。

本发明中，所述润滑剂优选为乙撑基双硬脂酰胺(EBS)。

示例性的，所述特黑PC/ABS合金材料按质量份由以下原料组分组成，但非仅限于此：

示例性的，所述特黑PC/ABS合金材料按质量份由以下原料组分组成，但非仅限于此：

根据本发明，所述炭黑的粒径为10-14nm，例如可以是10nm、11nm、12nm、13nm或14nm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，所述炭黑的着色力为160-170，例如可以是160、161、162、163、164、165、166、167、168、169或170，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，所述炭黑的吸油值为310-350m²/g，例如可以是310m²/g、315m²/g、320m²/g、325m²/g、330m²/g、335m²/g、340m²/g、345m²/g或350m²/g，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

本发明选择的炭黑是一种具有特殊结构高质量的极纯炭黑，具有粒度小，分散性好，高着色力，耐紫外光和抗静电的特点，该炭黑的耐光性和耐侯性较强，同时也是一种高效低廉的光屏蔽剂，所以本发明制备的特黑PC/ABS合金具有抗紫外耐光照抗的特性。高质量的炭黑的加入有助于提高其在合金材料中的分散性。

本发明中，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

本发明中，所述偶联剂优选为硅烷偶联剂KH570。

第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的特黑PC/ABS合金材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将配方量的原料PC树脂、ABS树脂、PE蜡、矿物油及偶联剂混合，得到混合料A；

(2)向步骤(1)得到的混合料A中加入炭黑进行混合，得到混合料B；

(3)将步骤(2)得到的混合料B加入到挤出机，依次经过九个热区进行熔融共混；

(4)将步骤(3)熔融共混后的混合料挤出，经冷却、干燥、切粒，得到特黑PC/ABS合金材料。

根据本发明，步骤(1)所述配方量的原料中还含有抗氧剂和/或润滑剂。

根据本发明，步骤(1)和步骤(2)所述混合是在高速混合机中进行的。

根据本发明，步骤(1)所述混合时混合机的转速为750-800r/min，例如可以是750r/min、760r/min、770r/min、780r/min、790r/min或800r/min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，步骤(1)所述混合的时间为2-3min，例如可以是2min、2.2min、2.4min、2.6min、2.8min或3min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，步骤(2)所述混合时混合机的转速为1500-1600r/min，例如可以是1500r/min、1510r/min、1520r/min、1530r/min、1540r/min、1550r/min、1560r/min、1570r/min、1580r/min、1590r/min或1600r/min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

本发明中，通过选择先将PC树脂、ABS树脂、PE蜡、矿物油、抗氧剂、润滑剂及偶联剂在较低混合速度下进行混合，然后再加入炭黑进行高速混合的方式，以及选择特定的分散速度及分散时间使炭黑与树脂进行了更高效的分散，提高了炭黑的分散性，有助于获得表面分散良好，外观良好的PC/ABS合金材料。

根据本发明，步骤(2)所述混合的时间为3-5min，例如可以是3min、3.5min、4min、4.5min或5min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，步骤(3)所述挤出机为双螺杆挤出机。

根据本发明，所述双螺杆挤出机中螺杆转速为250-350r/min，例如可以是250r/min、260r/min、270r/min、280r/min、290r/min、300r/min、310r/min、320r/min、330r/min、340r/min或350r/min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，步骤(3)所述熔融共混的温度为210-275℃，例如可以是210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、255℃、260℃、265℃、270℃或275℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

本发明中，所述依次经过九个热区进行熔融共混意指：混合料加入到挤出机后，经过第一个热区、第一个热区、第二个热区、第三个热区、第四个热区、第五个热区、第六个热区、第七个热区、第八个热区和第九个热区，每个热区设定不同的温度，依次对混合料进行加热，使其熔融共混。

根据本发明，步骤(3)所述九个热区中第一个热区的温度为210-230℃，例如可以是210℃、215℃、220℃、225℃或230℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，步骤(3)所述九个热区中第二个热区的温度为230-245℃，例如可以是230℃、235℃、240℃或245℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，步骤(3)所述九个热区中第三个热区的温度为245-255℃，例如可以是245℃、248℃、250℃、253℃或255℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，步骤(3)所述九个热区中第四个热区的温度为255-265℃，例如可以是255℃、258℃、260℃、263℃或265℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，步骤(3)所述九个热区中第五个热区的温度为265-270℃，例如可以是265℃、266℃、267℃、268℃、269℃或270℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，步骤(3)所述九个热区中第六个热区的温度为270-275℃，例如可以是270℃、271℃、272℃、273℃、274℃或275℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，步骤(3)所述九个热区中第七个热区的温度为265-270℃，例如可以是265℃、266℃、267℃、268℃、269℃或270℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，步骤(3)所述九个热区中第八个热区的温度为250-265℃，例如可以是250℃、253℃、255℃、258℃、260℃、263℃或265℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，步骤(3)所述九个热区中第九个热区的温度为245-260℃，例如可以是245℃、248℃、250℃、253℃、255℃、258℃或260℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，步骤(3)所述熔融共挤的时间为1-3min，例如可以是1min、1.5min、2min、2.5min或3min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

在本发明中，将混合料依次经过九个热区进行熔融共挤，通过设定每个热区特定的温度，使其在向前流动共挤的过程中获得了良好的流动性，有助于提高材料的加工性能。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)提高了炭黑在PC/ABS合金材料中的分散性，使其颜色表征值L值降到了2，表面无麻点和白斑现象，制备出表面分散良好，颜色特黑，光泽度好兼具抗紫外光性的特黑PC/ABS合金材料。

(2)提高了PC/ABS合金材料的流动性，使其熔体流动速率达到了27g/10min，进而获得了优良的加工性能。

(3)制备工艺环保，在生产过程中降低了粉尘对环境和人体的危害。

附图说明

图1为本发明实施例3中制备得到的特黑PC/ABS合金材料的外观图。

图2为本发明实施例3中制备得到的特黑PC/ABS合金材料进一步加工成制品的外观图。

具体实施方式

为便于理解，本发明列举实施例如下。本领域技术人员将会理解，以下实施例仅为本发明的优选实施例，仅用于帮助理解本发明，因而不应视为限定本发明的范围。

实施例1

按原料配比(见表1)，将PC树脂、ABS树脂、PE蜡、矿物油、抗氧剂、润滑剂及偶联剂混合于高速混合机中，在750r/min的转速下共混2min；向其中加入炭黑，在1500r/min的转速下继续共混3min；将得到的混合料加入到双螺杆挤出机中挤出，依次经过九个热区进行熔融共挤，设定双螺杆挤出机的转速为250r/min，一区温度为210℃，二区温度为230℃，三区温度为245℃，四区温度为255℃，五区温度为265℃，六区温度为270℃，七区温度为265℃，八区温度为250℃，九区温度为245℃，共挤1min；将熔融共挤后的混合料挤出，经冷却、干燥、切粒，得到特黑PC/ABS合金材料。

实施例2

按原料配比(见表1)，将PC树脂、ABS树脂、PE蜡、矿物油、抗氧剂、润滑剂及偶联剂混合于高速混合机中，在800r/min的转速下共混3min；向其中加入炭黑，在1600r/min的转速下继续共混5min；将得到的混合料加入到双螺杆挤出机中，依次经过九个热区进行熔融共挤，设定双螺杆挤出机的转速为350r/min，一区温度为230℃，二区温度为245℃，三区温度为255℃，四区温度为265℃，五区温度为270℃，六区温度为275℃，七区温度为270℃，八区温度为265℃，九区温度为260℃，共挤3min；将熔融共混后的混合料挤出，经冷却、干燥、切粒，得到特黑PC/ABS合金材料。

实施例3

按原料配比(见表1)，将PC树脂、ABS树脂、PE蜡、矿物油、抗氧剂、润滑剂及偶联剂混合于高速混合机中，在780r/min的转速下共混2.5min；向其中加入炭黑，在1550r/min的转速下继续共混4min；将得到的混合料加入到双螺杆挤出机中，依次经过九个热区进行熔融共挤，设定双螺杆挤出机的转速为300r/min，一区温度为220℃，二区温度为240℃，三区温度为250℃，四区温度为260℃，五区温度为265℃，六区温度为270℃，七区温度为275℃，八区温度为260℃，九区温度为255℃，共混3min；将熔融共混后的混合料挤出，经冷却、干燥、切粒，得到特黑PC/ABS合金材料。

图1为本实施例制备得到的特黑PC/ABS合金材料的外观图，由图可见，该树脂合金材料表面完美，颜色特黑，一般同类型黑色材料的颜色表征值L为5-6，但是其L值达到了2，给人一种美的享受。

图2为本发明实施例3中制备得到的特黑PC/ABS合金材料进一步加工成制品的外观图。由图可见，所成型的制品外观特黑，表面光滑且具有金属一样光泽，极具美学价值。

按照实施例3的制备方法，制备实施例4和5以及对比例1-7中的PC/ABS合金材料，各实施例和对比例的原料组分(质量份)如表1所示。

表1

性能测试：

颜色表征值的测定：在测色仪上进行测定，颜色表征值为L，L值越小，说明颜色越深(黑)，炭黑的分散性越好。

流动性测试：按GB3682的试验方法使用熔体流动速率测试仪对其熔体流动速率进行测定，熔体流动速率越大，材料流动性越好。

表面质量的评定：根据表2中的标准对其进行表面质量等级进行评定，表面质量越好，说明炭黑的分散性越好。

表2

测定结果如表3所示。

表3

经过对比可知：

实施例3中得到的PC/ABS合金材料的熔体流动速率达到了27g/10min，颜色表征值L为2，表面质量等级为1级，其流动性很好，颜色特黑。实施例1和2与之相比，虽然组分一样，但其制备工艺略有不同，其制备得到的PC/ABS合金材料性能比实施例3差一些。同样，实施例4和5与实施例3相比，制备工艺虽然相同，但组分配比不同，其得到的PC/ABS合金材料的性能也不如实施例3，故实施例3为本发明最优的组分配比及制备工艺。

与实施例3相比，对比例1中去掉了矿物油、PE蜡和偶联剂，其熔体流动速率为14g/10min，颜色表征值L为6，表面质量等级为4级，各项性能下降明显。

与对比例1相比，对比例2加入了矿物油，其熔体流动速率增加了7g/10min，颜色表征值L降低了2，表面质量等级提高了1级，说明只加入矿物油能够很好的提高材料的流动性和炭黑的分散性，但不能达到实施例3的效果。

与对比例1相比，对比例3加入了PE蜡，其熔体流动速率增加了2g/10min，颜色表征值L降低了1，表面质量等级提高了1级，说明只加入PE蜡能够略微提高材料的流动性，但提高的有限，同时能够提高炭黑的分散性，但不能达到实施例3的效果。

与对比例1相比，对比例4中加入了偶联剂，其熔体流动速率、颜色表征值以及表面质量等级均未改变，说明只加入偶联剂对材料的流动性和炭黑的分散性并无影响。

与对比例1相比，对比例5中加入了矿物油和PE蜡，其熔体流动速率为27g/10min，与实施例3中相同，结合对比例2和对比例3可知，矿物油和PE蜡产生协同作用，大幅提高了材料的流动性。与对比例2和对比例3相比，其颜色表征值L为3，表面质量等级提高至2级，说明二者之间存在协同作用，能够提高炭黑的分散性，但不能达到实施例3的效果。

与对比例1相比，对比例6中加入了矿物油和偶联剂，此时材料的各项性能与对比例2中均相同，说明二者之间不存在协同作用。

与对比例1相比，对比例7中加入了PE蜡和偶联剂，与对比例3相比，其各项数值均未变化，说明二者之间不存在协同作用。

与对比例5相比，实施例3中加入了偶联剂，其颜色表征值L降低了1，表面质量等级提高了1级，结合对比例6和对比例7可知，偶联剂的加入能够和矿物油以及PE蜡之间产生协同作用，提高了炭黑的分散性，而其单独和矿物油及PE蜡之间并无协同作用，三者共同作用改善炭黑的分散性，缺一不可。

综上所述，矿物油和PE蜡之间能产生协同作用，大幅提高材料的流动性，使其熔体流动速率达到了27g/10min；此外矿物油、PE蜡和偶联剂三者之间产生协同作用，大幅提高炭黑的分散性，使其颜色表征值L降到了2，表面质量等级达到了1级；进而制备出表面分散良好，颜色特黑，光泽度好兼具抗紫外光性的特黑PC/ABS合金材料。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。