本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料及制备方法。
背景技术：
电器设备的质量直接影响用电的安全性，其中，电器设备的制作材质是决定电器设备的质量的关键因素，以墙壁开关为例，固定架是墙壁开关的主要承力部件，在墙壁开关的安装过程中如果出现固定架翘曲变形将造成墙壁开关安装困难，严重时甚至会引起安全事故，因此制备固定架的材料需具备良好的强度和刚性。
目前，墙壁开关固定架使用的材料主要有聚碳酸酯和玻璃纤维增强聚酰胺两种，聚碳酸酯具有良好的强度和低翘曲的优点，但是其刚性较差，采用聚碳酸酯制作墙壁开关固定架后，用其固定螺钉时会引起固定架的变形，严重时将导致墙壁开关失效；而玻璃纤维增强聚酰胺的刚性优异，但是由于聚酰胺属于半结晶性材料，成型后会出现较大的收缩，并且，玻璃纤维的添加会导致聚酰胺的冲击强度和韧性的降低，用其制得的固定架在固定时容易出现开裂现象；除此之外，填充的玻璃纤维在制品注塑成型过程中沿着熔体流动方向呈同向分布，导致制品在沿熔体的流动方向与沿垂直熔体流动方向的收缩不一致，因此，在采用玻璃纤维增强聚酰胺制作墙壁开关固定架时，容易导致制得的固定架的翘曲变形，并导致在通过螺钉固定该固定架时容易引起固定架的开裂。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料及制备方法，用于提高用该材料制得的电器设备的强度和韧性。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，以质量分数计，包括以下组分：60份～80份的聚碳酸酯和10份～20份的玻璃纤维。
与现有技术相比，本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料具有如下有益效果：
本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，通过将聚碳酸酯和玻璃纤维混合，利用玻璃纤维与聚碳酸酯的协同配合，实现聚碳酸酯的改性，使利用聚碳酸酯和玻璃纤维混合制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的强度和韧性得到提高，从而使得使用该材料制得的电器设备的强度和韧性得到提高。
本发明还提供一种玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括：
将聚碳酸酯和玻璃纤维混合，得到玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料。
与现有技术相比，本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法的有益效果与上述技术方案提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的有益效果相同，在此不再赘述。
具体实施方式
下面结合本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料及制备方法进行详细说明。
本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，以质量份数计，包括以下组分：60份～80份的聚碳酸酯和10份～20份的玻璃纤维。
具体实施时，将聚碳酸酯和玻璃纤维混合，以得到玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料。
通过上述具体实施过程可知，本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，通过将聚碳酸酯和玻璃纤维混合，利用玻璃纤维与聚碳酸酯的协同配合，实现聚碳酸酯的改性，使利用聚碳酸酯和玻璃纤维混合制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的强度和韧性得到提高，从而使得使用该材料制得的电器设备的强度和韧性得到提高。
示例性的，上述聚碳酸酯为中粘度聚碳酸酯树脂；本发明选用聚碳酸酯作本发明玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的基料，能够使得制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料具有良好的强度、韧性及阻燃性，具体的，当聚碳酸酯的份数小于60份时，由于聚碳酸酯的含量过少，将导致制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的强度和韧性较低，当聚碳酸酯的份数大于80份时，由于聚碳酸酯属于高韧性低刚性材料，容易导致制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的刚性不足，当使用该玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料制得的固定架固定螺钉时，容易出现固定架的变形现象。
值得注意的是，上述玻璃纤维为片状无定型无碱玻璃纤维，该片状无定型无碱玻璃纤维的加入可以与聚碳酸酯相配合，使得制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的强度、刚性和硬度得到较好的提升，具体的，该片状无定型无碱玻璃纤维宽度为17μm-22μm，长径比为10-15，相比于线束性较高的线性玻璃纤维，本发明所采用的片状无定型无碱玻璃纤维在聚碳酸酯中的分布同向性明显降低，这样就消除了制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的各向同性，进而降低了使用本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料制备得到的固定架的翘曲现象。并且，将该玻璃纤维与聚碳酸酯混合后，能够使制得的电器设备的电气绝缘性和机械性能得到提升，这是因为玻璃纤维属于硼硅酸盐玻璃，具有较好的电气绝缘性和机械性能。
而且，以质量份数计，当该片状无定型无碱玻璃纤维的组分小于10份时，小份数的片状无定型无碱玻璃纤维的加入使得制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的刚性增强不足，将导致使用玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料制得的电器设备在使用时会产生较大的变形量，但是，当该片状无定型无碱玻璃纤维的组分大于20份时，会导致制得的电器设备的韧性有较大的下降，导致在使用该玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料制得的电器设备时，会出现电器设备的断裂现象，另外，当片状无定型无碱玻璃纤维的含量过高时，将其与聚碳酸酯混合形成混合物后，过多的片状无定型无碱玻璃纤维将会影响混合物的流动性，导致后续采用注塑成型制备电器设备时有较大的困难。
可以理解的是，上述玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，以质量份数计，还包括以下组分：2份～5份的增韧剂，5份～10份的陶瓷粉，1份～2份的色粉，2份～5份的阻燃剂，0.2份～0.5份的润滑剂，0.1份～0.3份的抗紫外助剂，0.1份～0.3份的抗氧剂。
具体的，上述将聚碳酸酯和玻璃纤维混合，包括：将聚碳酸酯和陶瓷粉、色粉、阻燃剂、增韧剂、润滑剂、抗紫外助剂、抗氧剂熔融混合，得到混合物料；将混合物料和玻璃纤维混合。
可以理解的是，本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料中增韧剂的加入能够使得玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的韧性得到改善，本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料通过向聚碳酸酯中加入玻璃纤维，增强了制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的刚性，并且，本发明通过向聚碳酸酯和玻璃纤维的混合物中加入增韧剂，在提高玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的刚性的同时还增加了韧性，达到避免聚碳酸酯在固化后脆性变大，在外力下容易产生裂纹所引起的不耐疲劳的缺陷；其中，增韧剂的种类是多种多样的，只要能够达到增强制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的韧性的效果的材料均可以应用于本发明，如增韧剂可以选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、氯化聚乙烯中的一种或多种。
另外，本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料中陶瓷粉的加入使得制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的表面亮度和硬度都得到改善，并且，经研究发现，以质量份数计，当陶瓷粉的含量小于5份时，对制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的表面硬度和亮度的改善较小，当陶瓷粉的含量大于10份时，由于占较大比例的聚碳酸酯属于有机物，而陶瓷粉属于无机物，所以添加过多的陶瓷粉将会影响混合物的流动性，并且，由于陶瓷粉的韧性较差，加入过多的陶瓷粉后，制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的韧性也将降低。可以理解的是，上述陶瓷粉的种类在此并不作限定，只要能够起到改善制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料表面的亮度和硬度的陶瓷粉均可以应用于本发明，如陶瓷粉可以选用氧化硅粉和/或氧化铝粉。
而且，本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料中阻燃剂的加入使得材料的难燃性能得到提升，以质量份数计，当阻燃剂的份数小于2份时，以墙壁开关固定架为例，因为作为墙壁开关固定架用的材料需要满足870℃的灼热丝要求，当阻燃剂的含量过小时，达不到材料870℃的灼热丝要求，当阻燃剂的含量过高时，阻燃剂对材料的机械强度的影响较大，并且增大了生产成本，经试验，阻燃剂的份数上限为5份。示例性的，阻燃剂的种类可选用溴化苯乙烯/氧化锑复合阻燃剂，氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或多种。
另外，本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料中色粉的添加使得玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料能够显示目标颜色，以质量份数计，当色粉的份数小于1份时，由于色粉的含量过低，将使制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的颜色达不到目标效果，当色粉的份数大于2份时，由于色粉的材料为无机材料，当过多的无机材料填充在有机树脂中时，将导致制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的韧性受到较大影响。可选的，色粉的种类也是多种多样的，只要能够使玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料显示目标颜色的材料均可以作为色粉，如可选用二氧化钛、氧化锌中的一种或两种。
本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料中润滑剂的添加能够使得在后续在注塑成型电器设备时，能够降低电器设备与模具及塑料内部分子之间的相互摩擦，改善玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的加工性能，以质量份数计，当润滑剂的含量小于0.2份时，对润滑效果的改善作用不明显，大于0.5份时，使生产成本提高较多，并且，由于加入了过多的润滑剂还会导致过度润滑带来的成型困难。可选的，润滑剂的种类也是多种多样的，只要能够降低玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料在加工过程中与模具及塑料内部分子之间的摩擦的材料均可以作为润滑剂，如润滑剂可选用N，N’—乙撑双硬脂酰胺和/或乙撑双油酸酰胺。
本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料中抗紫外助剂和抗氧剂的添加能够使得制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的耐候性和防老化效果得到提高。其中，抗紫外助剂和抗氧剂的种类在此也不作限定，只要能够使得制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的耐候性和防老化效果得到提高的材料均可以用于本发明，示例性的，抗紫外助剂为炭黑、二苯甲酮、苯并三唑中的一种或多种，抗氧剂为二苯胺和/或对苯二胺。
本发明还提供一种玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括：
将聚碳酸酯和玻璃纤维混合，得到玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料。
与现有技术相比，本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法的有益效果与上述玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的有益效果相同，在此不做赘述。
具体的，上述将聚碳酸酯和玻璃纤维混合，包括：
将聚碳酸酯和陶瓷粉、色粉、阻燃剂、增韧剂、润滑剂、抗紫外助剂、抗氧剂熔融混合，得到混合物料；
将混合物料和玻璃纤维混合。
示例性的，可将聚碳酸酯和陶瓷粉、色粉、阻燃剂、增韧剂、润滑剂、抗紫外助剂、抗氧剂混合均匀后投入双螺杆挤出机进行熔融混合，得到混合物料；然后将玻璃纤维采用侧喂料的形式加入混合物料，使混合物料与玻璃纤维混合。
下面结合实施例具体说明本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法，以下实施例仅仅是对本发明的解释，而不是限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提供一种玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，以质量份数计，由以下组分制备而成：74份的聚碳酸酯，10份的玻璃纤维，8份的陶瓷粉，2份的色粉，3份的阻燃剂，2份的增韧剂，0.5份的润滑剂，0.3份的抗紫外助剂，0.2份的抗氧剂。
其中，上述聚碳酸酯为中粘度聚碳酸酯树脂；玻璃纤维为片状无定型无碱玻璃纤维，其宽度为17μm，长径比为10；陶瓷粉为氧化硅粉，阻燃剂为溴化聚苯乙烯/氧化锑复合阻燃剂，增韧剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，色粉为二氧化钛，润滑剂为N，N’—乙撑双硬脂酰胺，抗紫外助剂为炭黑，抗氧剂为二苯胺。
本实施例提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法包括以下步骤：
将74份的聚碳酸酯和8份的陶瓷粉，2份的色粉，3份的阻燃剂，2份的增韧剂，0.5份的润滑剂，0.3份的抗紫外助剂，0.2份的抗氧剂混合均匀后投入双螺杆挤出机进行熔融混合，得到混合物料；然后将10份的玻璃纤维采用侧喂料的形式加入混合物料，使混合物料与玻璃纤维混合，得到玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料。
实施例二
本实施例提供一种玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，以质量份数计，由以下组分制备而成：64份的聚碳酸酯，20份的玻璃纤维，8份的陶瓷粉，2份的色粉，3份的阻燃剂，2份的增韧剂，0.5份的润滑剂，0.3份的抗紫外助剂，0.2份的抗氧剂。
其中，上述聚碳酸酯为中粘度聚碳酸酯树脂；玻璃纤维为片状无定型无碱玻璃纤维，其宽度为22μm，长径比为15；陶瓷粉为氧化铝粉，阻燃剂为氢氧化镁，增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，色粉为氧化锌，润滑剂为乙撑双油酸酰胺，抗紫外助剂为二苯甲酮，抗氧剂为对苯二胺。
本实施例提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法包括以下步骤：
将64份的聚碳酸酯和8份的陶瓷粉，2份的色粉，3份的阻燃剂，2份的增韧剂，0.5份的润滑剂，0.3份的抗紫外助剂，0.2份的抗氧剂混合均匀后投入双螺杆挤出机进行熔融混合，得到混合物料；然后将20份的玻璃纤维采用侧喂料的形式加入混合物料，使混合物料与玻璃纤维混合，得到玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料。
实施例三
本实施例提供一种玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，以质量份数计，由以下组分制备而成：66份的聚碳酸酯，15份的玻璃纤维，8份的陶瓷粉，2份的色粉，3份的阻燃剂，5份的增韧剂，0.5份的润滑剂，0.3份的抗紫外助剂，0.2份的抗氧剂。
其中，上述聚碳酸酯为中粘度聚碳酸酯树脂；玻璃纤维为片状无定型无碱玻璃纤维，其宽度为20μm，长径比为13；陶瓷粉为氧化硅粉和氧化铝粉，阻燃剂为氢氧化铝，增韧剂为氯化聚乙烯，色粉为二氧化钛和氧化锌，润滑剂为N，N’—乙撑双硬脂酰胺和乙撑双油酸酰胺，抗紫外助剂为苯并三唑，抗氧剂为二苯胺和对苯二胺。
本实施例提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法包括以下步骤：
将66份的聚碳酸酯和8份的陶瓷粉，2份的色粉，3份的阻燃剂，5份的增韧剂，0.5份的润滑剂，0.3份的抗紫外助剂，0.2份的抗氧剂混合均匀后投入双螺杆挤出机进行熔融混合，得到混合物料；然后将15份的玻璃纤维采用侧喂料的形式加入混合物料，使混合物料与玻璃纤维混合，得到玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料。
实施例四
本实施例提供一种玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，以质量份数计，由以下组分制备而成：60份的聚碳酸酯，10份的玻璃纤维，5份的陶瓷粉，1份的色粉，2份的阻燃剂，2份的增韧剂，0.2份的润滑剂，0.1份的抗紫外助剂，0.1份的抗氧剂。
其中，上述聚碳酸酯为中粘度聚碳酸酯树脂；玻璃纤维为片状无定型无碱玻璃纤维，其宽度为20μm，长径比为13；陶瓷粉为氧化铝粉，阻燃剂为溴化聚苯乙烯/氧化锑复合阻燃剂和氢氧化镁，增韧剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，色粉为二氧化钛，润滑剂为N，N’—乙撑双硬脂酰胺和乙撑双油酸酰胺，抗紫外助剂为二苯甲酮，抗氧剂为二苯胺。
本实施例提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法包括以下步骤：
将60份的聚碳酸酯和5份的陶瓷粉，1份的色粉，2份的阻燃剂，2份的增韧剂，0.2份的润滑剂，0.1份的抗紫外助剂，0.1份的抗氧剂混合均匀后投入双螺杆挤出机进行熔融混合，得到混合物料；然后将10份的玻璃纤维采用侧喂料的形式加入混合物料，使混合物料与玻璃纤维混合，得到玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料。
实施例五
本实施例提供一种玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，以质量份数计，由以下组分制备而成：80份的聚碳酸酯，20份的玻璃纤维，10份的陶瓷粉，2份的色粉，5份的阻燃剂，5份的增韧剂，0.5份的润滑剂，0.3份的抗紫外助剂，0.3份的抗氧剂；
其中，上述聚碳酸酯为中粘度聚碳酸酯树脂；玻璃纤维为片状无定型无碱玻璃纤维，其宽度为22μm，长径比为15；陶瓷粉为氧化硅粉，阻燃剂为氢氧化镁和氢氧化铝，增韧剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物和氯化聚乙烯，色粉为二氧化钛，润滑剂为乙撑双油酸酰胺，抗紫外助剂为二苯甲酮和苯并三唑，抗氧剂为二苯胺和对苯二胺。
本实施例提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法包括以下步骤：
将80份的聚碳酸酯和10份的陶瓷粉，2份的色粉，5份的阻燃剂，5份的增韧剂，0.5份的润滑剂，0.3份的抗紫外助剂，0.3份的抗氧剂混合均匀后投入双螺杆挤出机进行熔融混合，得到混合物料；然后将20份的玻璃纤维采用侧喂料的形式加入混合物料，使混合物料与玻璃纤维混合，得到玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料。
下面对上述实施例一至三制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的力学性能进行测试。
选取上述实施例一至实施例三制备的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料，以及以聚碳酸酯和玻璃纤维增强聚酰胺作为对比试验，分别按照ASTM标准制得试验样条，其中，选用实施例一至实施例三制备的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料制备试验样条的注塑温度为280℃，选用聚碳酸酯制备试验样条的注塑温度为300℃，选用玻璃纤维增强聚酰胺制备试验样条的注塑温度为280℃，并保证上述试验样条均在同一注塑速度和压力条件下成型，然后对制得的试验样条进行力学性能测试，结果如表1所示，其中，悬臂梁缺口冲击强度的测试条件为温度23℃，试样尺寸3.2mm，测试标准按照ASTM D256，弯曲强度和弯曲模量的测试标准按照ASTM D790，拉伸强度的测试条件参照标准ASTM D638。
表1力学性能测试结果
由此可见，本实施例一制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料与玻璃纤维填充聚酰胺的方案相比，单边翘曲高度减小了75％，说明采用本实施例一制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料制备墙壁开关固定架时，极大地改善了制得的墙壁开关固定架的翘曲现象，并且，制品悬空状态时螺钉孔最大承受扭力可以达到1.3N·m；另外，与采用聚碳酸酯的方案对比，在1.2N·m扭力下制品变形量减少了31％，也就是说，采用本实施例一制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的韧性得到较大改善。
由本方案实施例二制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的性能测试数据可以看出，当玻璃纤维的质量份数提高到20份时，制品的翘曲高度变化不大，材料刚性提升明显，弯曲模量由4250MPa上升至5200MPa，但实施例二中由于玻璃纤维的质量份数的增加，缺口冲击强度下降至9kJ/m2，制品悬空时螺钉孔的最大承受扭力由实施例一的1.3N·m降至1.0N·m，无法达到1.2N·m的扭力要求，说明随着玻璃纤维的含量的增加，制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的韧性出现了下降。
由实施例三的性能测试数据可以看出，采用实施例三制得的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的翘曲高度与实施例一相比降低了80％，即采用玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的翘曲现象得到明显改善，并且，增韧剂的添加辅助改善了制品的韧性使得制品能够满足1.2N·m螺钉扭力不开裂，1.2N·m扭力变形量与实施例一相比降低51％，翘曲高度和变形量均得到明显改善。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。