本發(fā)明涉及塑膠原料領(lǐng)域，特別是涉及基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

聚碳酸酯(簡(jiǎn)稱PC)是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。PC工程塑料由于具有優(yōu)異的理化性質(zhì)，而廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，其三大應(yīng)用領(lǐng)域是玻璃裝配業(yè)、汽車工業(yè)和電子、電器工業(yè)，其次還有工業(yè)機(jī)械零件、光盤、包裝、計(jì)算機(jī)等辦公室設(shè)備、醫(yī)療及保健、薄膜、休閑和防護(hù)器材等。

在汽車工業(yè)中，聚碳酸酯具有良好的抗沖擊、抗熱畸變性能，而且耐候性好、硬度高，因此適用于生產(chǎn)轎車和輕型卡車的各種零部件，其主要集中在照明系統(tǒng)、儀表板、加熱板、除霜器及聚碳酸酯合金制的保險(xiǎn)杠等。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，對(duì)汽車零部件要求越來(lái)越高，現(xiàn)有技術(shù)的聚碳酸酯已經(jīng)越來(lái)越無(wú)法滿足汽車工業(yè)對(duì)零部件強(qiáng)度的要求。

因此，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了很多纖維增強(qiáng)改性樹(shù)脂，如通過(guò)玻璃纖維或碳纖維來(lái)增加聚碳酸酯的強(qiáng)度，但碳纖維雖然強(qiáng)度較高、熱穩(wěn)定性好，但比重大、易銹蝕、易損傷對(duì)偶，玻璃纖維雖然強(qiáng)度高、價(jià)格便宜，但在高溫時(shí)易熔化，會(huì)導(dǎo)致材料性能的下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種彎曲強(qiáng)度高、拉伸強(qiáng)度高、沖擊強(qiáng)度好且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、便于回收利用的基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料，包括以下重量份數(shù)的組分，PC 25-45份；玄武巖纖維10-30份；高嶺土4-6份；丙烯酸纖維10-15份；聚丙烯10-20份；增韌劑3-8份；潤(rùn)滑劑1-2份；偶聯(lián)劑1-2份；相容劑2-6份。

對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，所述玄武巖纖維為長(zhǎng)徑比為1500的連續(xù)纖維。

對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，所述偶聯(lián)劑為環(huán)氧樹(shù)脂E51和脂環(huán)族環(huán)氧復(fù)配上漿得到的KH-550。

對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，所述潤(rùn)滑劑為天然石蠟。

對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，所述相容劑為苯乙烯與馬來(lái)酸酐的共聚物。

對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，包括以下重量份數(shù)的組分，PC 35份；玄武巖纖維20份；高嶺土5份；丙烯酸纖維12份；聚丙烯15份；增韌劑5份；潤(rùn)滑劑1.5份；偶聯(lián)劑1.5份；相容劑5份。

基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟，a.取配方量的PC、玄武巖纖維、高嶺土、丙烯酸纖維、聚丙烯、增韌劑、潤(rùn)滑劑、偶聯(lián)劑、相容劑，混合均勻；b.將步驟a中的各組分導(dǎo)入螺桿擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行擠出得到料條；c.對(duì)料條進(jìn)行水冷、風(fēng)干處理；d.取步驟c中冷卻干燥的料條進(jìn)行切粒。

對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，步驟b中，螺桿擠出機(jī)擠出溫度為190℃-230℃，螺桿轉(zhuǎn)速為160r/m-180r/m。

本發(fā)明的有益效果為：

1、一方面，本發(fā)明主要采用玄武巖纖維來(lái)增強(qiáng)PC強(qiáng)度，PC為熱塑性材料，相對(duì)于傳統(tǒng)的纖維增強(qiáng)熱固性材料，熱塑性樹(shù)脂可回收再利用，且工藝要求低，能休整成型后的制品，耐化學(xué)性能好；玄武巖纖維是一種高強(qiáng)、高模的無(wú)機(jī)礦物纖維，而且耐高溫，耐腐蝕等性能優(yōu)秀，是一種綠色無(wú)污染的理想材料，并且，玄武巖纖維抗拉強(qiáng)度突出，玄武巖纖維來(lái)能顯著增大PC的抗拉強(qiáng)度，制備的復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度高、拉伸強(qiáng)度高、沖擊強(qiáng)度好且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、便于回收利用。第二方面，本發(fā)明的復(fù)合材料中含有高嶺土、丙烯酸纖維、聚丙烯，其中，高嶺土與丙烯酸纖維進(jìn)行反應(yīng)生成核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粒子，然后該復(fù)合粒子與部分聚丙烯、聚碳酸酯進(jìn)行共混形成混合改性母粒，再后再與余量的聚丙烯進(jìn)行熔融共混，這樣能夠提高混合改性母粒與聚丙烯的形容性，各相分散均勻；核殼結(jié)構(gòu)粒子對(duì)整個(gè)大分子起到了潤(rùn)滑的作用，削弱了分子鏈之間的相互作用力，增加了材料的柔韌性的同時(shí)能夠提高物料的吸收沖擊能量，提高了共混物料抗沖擊性；配合聚碳酸酯粉末的添加，互配作用進(jìn)一步提高了混合料的韌性、強(qiáng)度、剛性和熔體流動(dòng)速率。第三方面，經(jīng)測(cè)試，本發(fā)明的復(fù)合材料熱穩(wěn)定性好、耐酸、耐堿，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。

2、玄武巖纖維為長(zhǎng)徑比為1500的連續(xù)纖維，在復(fù)合材料中，采用；連續(xù)纖維，使得玄武巖纖維最小保留尺度較大，分散均勻，并且在復(fù)合材料內(nèi)部，連續(xù)玄武巖纖維可形成纖維互相纏繞的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得纖維增強(qiáng)效應(yīng)更加明顯，進(jìn)一步有利于提高復(fù)合材料的強(qiáng)度。另外，纖維端部的應(yīng)力集中點(diǎn)也是裂紋引發(fā)點(diǎn)，容易造成應(yīng)力開(kāi)裂，從而造成韌性下降。由于連續(xù)纖維復(fù)合材料樣品中的纖維最小保留長(zhǎng)度較長(zhǎng)，端部數(shù)量則會(huì)顯著減少，從而保持有較好的沖擊性能。

3、偶聯(lián)劑為環(huán)氧樹(shù)脂E51和脂環(huán)族環(huán)氧復(fù)配上漿得到的KH-550，由于玄武巖纖維模量較高，PC樹(shù)脂把玄武巖纖維粘接起來(lái)后作為一個(gè)整體來(lái)承受載荷，如玄武巖纖維和PC的界面粘接強(qiáng)度不高，則復(fù)合材料的強(qiáng)度增強(qiáng)不明顯，因此，本發(fā)明中加入了偶聯(lián)劑，通過(guò)偶聯(lián)劑提高玄武巖纖維和PC之間的粘接強(qiáng)度，有利于提高復(fù)合材料整體的抗拉強(qiáng)度。本發(fā)明中偶聯(lián)劑選用環(huán)氧樹(shù)脂E51和脂環(huán)族環(huán)氧復(fù)配上漿得到的KH-550，KH-550水解反應(yīng)后的基團(tuán)能與玄武巖纖維表面吸水后生產(chǎn)的羥基穩(wěn)定結(jié)合，也能與PC樹(shù)脂結(jié)合，從而有效提高玄武巖纖維和PC的界面結(jié)合力，進(jìn)一步有利于提高復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。

4、潤(rùn)滑劑為天然石蠟，潤(rùn)滑劑的加入，對(duì)整個(gè)復(fù)合材料大分子起到潤(rùn)滑作用，減小產(chǎn)品與外界的摩擦系數(shù)，天然石蠟與本發(fā)明的其他組分相容性好，且潤(rùn)滑性能好，有利于減小摩擦，增加本發(fā)明的耐磨性能。

5、相容劑為苯乙烯與馬來(lái)酸酐的共聚物，相容劑能與PC中的極性基團(tuán)反應(yīng)，提高PC和玄武巖纖維的粘接強(qiáng)度，進(jìn)一步有利于提高復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。

6、本發(fā)明的PC復(fù)合材料還含有增韌劑，增韌劑為高膠粉，高膠粉是苯乙烯、丙烯腈－丁二烯橡膠的核殼型聚合物，膠含量為55-70％，能有效改善PC的沖擊強(qiáng)度，進(jìn)一步有利于提高復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。

7、基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料，包括以下重量份數(shù)的組分，PC 35份；玄武巖纖維20份；高嶺土5份；丙烯酸纖維12份；聚丙烯15份；增韌劑5份；潤(rùn)滑劑1.5份；偶聯(lián)劑1.5份；相容劑5份。由于復(fù)合材料主要靠玄武巖纖維來(lái)承受載荷，若玄武巖含量較低，則纖維間會(huì)出現(xiàn)較大的交疊，增強(qiáng)效果差，若玄武巖含量高，會(huì)導(dǎo)致各組分混合不均勻，PC無(wú)法完全浸泡包裹玄武巖纖維，各組分間相容性較差，只有選用此配方，制備的復(fù)合材料，各組分的加入量為最合適的量，玄武巖纖維能在偶聯(lián)劑、相容劑、增韌劑、潤(rùn)滑劑的作用下，玄武巖纖維能與PC緊密結(jié)合，且玄武巖纖維能均勻穩(wěn)定的分布于PC表面，從而最大限度的提高復(fù)合材料的強(qiáng)度。

8、在制備基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料的過(guò)程中，擠出溫度過(guò)低時(shí)，高分子材料表現(xiàn)為剛性的固體形態(tài)，不能以熔融狀態(tài)存在，難于進(jìn)行擠出成型，若溫度過(guò)高，超過(guò)220℃時(shí)，已超過(guò)PC樹(shù)脂的分解溫度，PC樹(shù)脂老化嚴(yán)重，不利于提高復(fù)合材料整體的強(qiáng)度。當(dāng)溫度為220℃時(shí)，此時(shí)PC樹(shù)脂中分子鏈的自由運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，樹(shù)脂粘度減小，對(duì)玄武巖纖維的包裹作用降低，受到外力場(chǎng)的剪切和拉伸后，玄武巖纖維會(huì)產(chǎn)生一定的微小形變，玄武巖纖維平均纖維長(zhǎng)度變長(zhǎng)，增強(qiáng)效果更好，進(jìn)一步有利于提高復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。螺桿轉(zhuǎn)速為160r/m-180r/m，若轉(zhuǎn)速過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料所受剪切力大，玄武巖纖維被絞斷，平均纖維長(zhǎng)度減小，抗拉強(qiáng)度降低，若轉(zhuǎn)速過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料中的各組分無(wú)法均勻混合，致使得到的料條不均勻，當(dāng)轉(zhuǎn)速為170r/m時(shí)，得到的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度最高。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

具體實(shí)施例1：

基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料，包括以下重量份數(shù)的組分，PC 30份；玄武巖纖維30份；高嶺土5份；丙烯酸纖維12份；聚丙烯10份；增韌劑5份；潤(rùn)滑劑1.5份；偶聯(lián)劑1.5份；相容劑5份。

基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟，a.取配方量的PC、玄武巖纖維、高嶺土、丙烯酸纖維、聚丙烯、增韌劑、潤(rùn)滑劑、偶聯(lián)劑、相容劑，混合均勻；b.將步驟a中的各組分導(dǎo)入螺桿擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行擠出得到料條；c.對(duì)料條進(jìn)行水冷、風(fēng)干處理；d.取步驟c中冷卻干燥的料條進(jìn)行切粒。

步驟b中，螺桿擠出機(jī)擠出溫度為220℃，螺桿轉(zhuǎn)速為170r/m。

具體實(shí)施例2：

基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料，包括以下重量份數(shù)的組分，PC 35份；玄武巖纖維20份；高嶺土5份；丙烯酸纖維12份；聚丙烯15份；增韌劑5份；潤(rùn)滑劑1.5份；偶聯(lián)劑1.5份；相容劑5份。

基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟，a.取配方量的PC、玄武巖纖維、高嶺土、丙烯酸纖維、聚丙烯、增韌劑、潤(rùn)滑劑、偶聯(lián)劑、相容劑，混合均勻；b.將步驟a中的各組分導(dǎo)入螺桿擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行擠出得到料條；c.對(duì)料條進(jìn)行水冷、風(fēng)干處理；d.取步驟c中冷卻干燥的料條進(jìn)行切粒。

步驟b中，螺桿擠出機(jī)擠出溫度為220℃，螺桿轉(zhuǎn)速為170r/m。

具體實(shí)施例3：

基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料，包括以下重量份數(shù)的組分，PC 40份；玄武巖纖維10份；高嶺土5份；丙烯酸纖維12份；聚丙烯20份；增韌劑5份；潤(rùn)滑劑1.5份；偶聯(lián)劑1.5份；相容劑5份。

基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟，a.取配方量的PC、玄武巖纖維、高嶺土、丙烯酸纖維、聚丙烯、增韌劑、潤(rùn)滑劑、偶聯(lián)劑、相容劑，混合均勻；b.將步驟a中的各組分導(dǎo)入螺桿擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行擠出得到料條；c.對(duì)料條進(jìn)行水冷、風(fēng)干處理；d.取步驟c中冷卻干燥的料條進(jìn)行切粒。

步驟b中，螺桿擠出機(jī)擠出溫度為220℃，螺桿轉(zhuǎn)速為170r/m。

對(duì)照組：

PC復(fù)合材料，PC 45份；高嶺土15份；丙烯酸纖維15份；聚丙烯25份。

采用各具體實(shí)施例和對(duì)照組的材料，制成相同厚度、相同大小、相同性質(zhì)的板狀產(chǎn)品，在相同的環(huán)境條件下，采用相同的測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法，測(cè)量各組材料的物理性質(zhì)，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可見(jiàn)，耐磨材料中，加入玄武巖纖維后能顯著提升材料的彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等物理性質(zhì)，同時(shí)降低材料的滑斷裂拉伸率，提升材料的機(jī)械強(qiáng)度，且當(dāng)玄武巖纖維含量為20％左右時(shí)，纖維增強(qiáng)效果最明顯。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。