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/ABS復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

高分子材料在汽車制造領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，不斷引領(lǐng)著汽車向輕量、節(jié)能、美觀、安全、環(huán)保和舒適的方向發(fā)展。汽車內(nèi)飾板是汽車的重要部件之一，對于大部分汽車來說,汽車內(nèi)飾板加工用塑料需要具有優(yōu)異的阻燃性、耐老化性、耐磨性和抗沖擊性等性能。

現(xiàn)有技術(shù)中，汽車內(nèi)飾多采用PC/ABS合金，PC/ABS合金全名聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物，是由聚碳酸酯(Polycarbonate)和聚丙烯腈(ABS)合金而成的熱可塑性塑膠，結(jié)合了兩種材料的優(yōu)異特性，ABS材料的成型性和PC的機(jī)械性、沖擊強(qiáng)度和耐溫、抗紫外線(UV)等性質(zhì)，顏色是無透明顆粒，可廣泛使用在汽車內(nèi)部零件、商務(wù)機(jī)器、通信器材、家電用品及照明設(shè)備上。但現(xiàn)有技術(shù)的PC/ABS合金彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度等性質(zhì)仍需增強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，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、阻燃性好、安全環(huán)保的基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC/ABS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/ABS復(fù)合材料，包括以下重量份數(shù)的組分，PC 45-55份；ABS 15-25份；玄武巖纖維10-20份；增韌劑3-8份；潤滑劑1-2份；偶聯(lián)劑1-2份；相容劑2-6份；阻燃劑5-10份；阻燃協(xié)效劑1-4份；抗氧劑0.1-1份。

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

對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，所述偶聯(lián)劑為環(huán)氧樹脂E51和脂環(huán)族環(huán)氧復(fù)配上漿得到的KH-550；所述增韌劑為苯乙烯、丙烯腈－丁二烯橡膠的核殼型聚合物，增韌劑中膠含量為55-70％。

對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，所述潤滑劑為硬脂酰胺類潤滑劑；所述抗氧劑為四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。

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

對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，所述阻燃劑為十溴二苯乙烷如4010、溴化環(huán)氧如CXB-714C和聚合型阻燃劑FR-Emerald1000中的一種或幾種的混合物；所述阻燃協(xié)效劑為三氧化二銻、無機(jī)粉體和超高分子量聚硅氧烷組成的復(fù)配物，該復(fù)配物中三氧化二銻的重量百分含量為20-80％。

對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為，所述PC是分子量為17000～30000的雙酚A型聚碳酸酯，其玻璃化溫度為145～150℃；所述ABS的分子量為80000～150000，所述ABS的組分為質(zhì)量百分比含量為5～30％的橡膠、10～30％的丙烯腈，40～70％的苯乙烯。

對上述技術(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 50份；ABS20份；玄武巖纖維14份；增韌劑4份；潤滑劑1.3份；偶聯(lián)劑0.5份；相容劑3份；阻燃劑6份；阻燃協(xié)效劑1份；抗氧劑0.2份。

基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC/ABS復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟，a.取配方量的PC、ABS、玄武巖纖維、增韌劑、潤滑劑、偶聯(lián)劑、相容劑、阻燃劑、阻燃協(xié)效劑、抗氧劑，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增強(qiáng)PC/ABS合金，PC/ABS合金為熱塑性材料，相對于傳統(tǒng)的纖維增強(qiáng)熱固性材料，熱塑性材料可回收再利用，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，玄武巖纖維來能顯著增大PC/ABS合金的抗拉強(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)度好且安全環(huán)保、便于回收利用。第二方面，本發(fā)明含有阻燃劑和阻燃協(xié)效劑，阻燃效果好。第三方面，經(jīng)測試，本發(fā)明的復(fù)合材料阻燃效果好、安全環(huán)保、熱穩(wěn)定性好、耐酸、耐堿，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。

2、玄武巖纖維為長徑比為1500的連續(xù)纖維，在本發(fā)明的復(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度較長，端部數(shù)量則會顯著減少，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/ABS樹脂把玄武巖纖維粘接起來后作為一個(gè)整體來承受載荷，如玄武巖纖維和PC/ABS樹脂的界面粘接強(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，通過偶聯(lián)劑提高玄武巖纖維和PC/ABS樹脂之間的粘接強(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/ABS樹脂結(jié)合，從而有效提高玄武巖纖維和PC/ABS樹脂的界面結(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、PC/ABS樹脂為準(zhǔn)韌性基體，沖擊斷裂行為以剪切屈服為主，具有高的銀紋引發(fā)能和低的銀紋擴(kuò)展能，因此具有較高的無缺口沖擊強(qiáng)度和較低的缺口沖擊強(qiáng)度。因此，PC/ABS樹脂的增韌主要是以剪切帶引發(fā)為主。此時(shí)，就需要能夠引發(fā)剪切帶的小粒徑增韌劑來改性PC/ABS樹脂，用以在受到外力時(shí)，引發(fā)基體內(nèi)部的剪切帶，以吸收能量，防止基體破壞。同時(shí)，加入稍大粒徑的增韌劑，可以阻止因?yàn)槭軟_擊而產(chǎn)生的微裂紋，吸收能量，提高機(jī)體的面沖擊強(qiáng)度。本發(fā)明中選用苯乙烯、丙烯腈－丁二烯橡膠的核殼型聚合物為增韌劑，膠含量為55-70％，該增韌劑的粒徑較大，能有效改善PC/ABS樹脂的沖擊強(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。

5、潤滑劑為硬脂酰胺類潤滑劑，潤滑劑的加入，對整個(gè)復(fù)合材料大分子起到潤滑作用，減小產(chǎn)品與外界的摩擦系數(shù)，硬脂酰胺類潤滑劑與本發(fā)明的其他組分相容性好，且潤滑性能好，有利于增加本發(fā)明的機(jī)械強(qiáng)度。

6、由于ABS樹脂中含有聚丁二烯，容易被氧化，抗氧劑的加入，避免復(fù)合材料中ABS樹脂被過度氧化分解，有利于提高復(fù)合材料的穩(wěn)定性。

7、相容劑為苯乙烯與馬來酸酐的共聚物，相容劑能與ABS中的極性基團(tuán)反應(yīng)，提高ABS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。

8、阻燃劑為十溴二苯乙烷如4010、溴化環(huán)氧如CXB-714C和聚合型阻燃劑FR-Emerald1000中的一種或幾種的混合物；所述阻燃協(xié)效劑為三氧化二銻、無機(jī)粉體和超高分子量聚硅氧烷組成的復(fù)配物，該復(fù)配物中三氧化二銻的重量百分含量為20-80％。一方面，本發(fā)明所選的阻燃劑阻燃效果好、耐高溫，能提高本發(fā)明的熱穩(wěn)定性，同時(shí)，可增加聚合物分子間作用力和剛性，另外降低其熔融熵。第二方面，阻燃劑和阻燃協(xié)效劑相配合，實(shí)現(xiàn)凝聚相阻燃和氣相阻燃雙重協(xié)效阻燃機(jī)理達(dá)到協(xié)效阻燃之目的，進(jìn)一步提高了本發(fā)明的阻燃效果。

9、基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC/ABS復(fù)合材料，包括以下重量份數(shù)的組分，PC 50份；ABS 20份；玄武巖纖維14份；增韌劑4份；潤滑劑1.3份；偶聯(lián)劑0.5份；相容劑3份；阻燃劑6份；阻燃協(xié)效劑1份；抗氧劑0.2份。由于復(fù)合材料主要靠玄武巖纖維來承受載荷，若玄武巖含量較低，則纖維間會出現(xiàn)較大的交疊，增強(qiáng)效果差，若玄武巖含量高，會導(dǎo)致各組分混合不均勻，PC/ABS無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，玄武巖纖維的含量為20％左右，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、潤滑劑的作用下，玄武巖纖維能與PC/ABS 緊密結(jié)合，且玄武巖纖維能均勻穩(wěn)定的分布于PC/ABS表面，從而最大限度的提高復(fù)合材料的強(qiáng)度。

10、在該復(fù)合材料制備過程中，擠出溫度過低時(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，若溫度過高，超過220℃時(shí)，已超過ABS樹脂的分解溫度，ABS樹脂老化嚴(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)ABS樹脂中分子鏈的自由運(yùn)動增強(qiáng)，樹脂粘度減小，對玄武巖纖維的包裹作用降低，受到外力場的剪切和拉伸后，玄武巖纖維會產(chǎn)生一定的微小形變，玄武巖纖維平均纖維長度變長，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)速過大，會導(dǎo)致復(fù)合材料所受剪切力大，玄武巖纖維被絞斷，平均纖維長度減小，抗拉強(qiáng)度降低，若轉(zhuǎn)速過小，會導(dǎo)致復(fù)合材料中的各組分無法均勻混合，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)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

具體實(shí)施例1：

基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC/ABS復(fù)合材料，包括以下重量份數(shù)的組分，PC 55份；ABS 25份；玄武巖纖維4份；增韌劑4份；潤滑劑1.3份；偶聯(lián)劑0.5份；相容劑3份；阻燃劑6份；阻燃協(xié)效劑1份；抗氧劑0.2份。

其中，玄武巖纖維為長徑比為1500的連續(xù)纖維；偶聯(lián)劑為環(huán)氧樹脂E51和脂環(huán)族環(huán)氧復(fù)配上漿得到的KH-550；增韌劑為苯乙烯、丙烯腈－丁二烯橡膠的核殼型聚合物，增韌劑中膠含量為63％；潤滑劑為硬脂酰胺類潤滑劑；抗氧劑為四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯；相容劑為苯乙烯與馬來酸酐的共聚物；阻燃劑為十溴二苯乙烷如4010、溴化環(huán)氧如CXB-714C和聚合型阻燃劑FR-Emerald1000的混合物；阻燃協(xié)效劑為三氧化二銻、無機(jī)粉體和超高分子量聚硅氧烷組成的復(fù)配物，該復(fù)配物中三氧化二銻的重量百分含量為50％；PC是分子量約為23000的雙酚A型聚碳酸酯；所述ABS的分子量約為100000，ABS的組分為質(zhì)量百分比含量為18％的橡膠、20％的丙烯腈，62％的苯乙烯。

基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC/ABS復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟，a.取配方量的PC、ABS、玄武巖纖維、增韌劑、潤滑劑、偶聯(lián)劑、相容劑、阻燃劑、阻燃協(xié)效劑、抗氧劑，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/ABS復(fù)合材料，包括以下重量份數(shù)的組分，PC 50份；ABS 20份；玄武巖纖維14份；增韌劑4份；潤滑劑1.3份；偶聯(lián)劑0.5份；相容劑3份；阻燃劑6份；阻燃協(xié)效劑1份；抗氧劑0.2份。

其中，玄武巖纖維為長徑比為1500的連續(xù)纖維；偶聯(lián)劑為環(huán)氧樹脂E51和脂環(huán)族環(huán)氧復(fù)配上漿得到的KH-550；增韌劑為苯乙烯、丙烯腈－丁二烯橡膠的核殼型聚合物，增韌劑中膠含量為63％；潤滑劑為硬脂酰胺類潤滑劑；抗氧劑為四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯；相容劑為苯乙烯與馬來酸酐的共聚物；阻燃劑為十溴二苯乙烷如4010、溴化環(huán)氧如CXB-714C和聚合型阻燃劑FR-Emerald1000的混合物；阻燃協(xié)效劑為三氧化二銻、無機(jī)粉體和超高分子量聚硅氧烷組成的復(fù)配物，該復(fù)配物中三氧化二銻的重量百分含量為50％；PC是分子量約為23000的雙酚A型聚碳酸酯；所述ABS的分子量約為100000，ABS的組分為質(zhì)量百分比含量為18％的橡膠、20％的丙烯腈，62％的苯乙烯。

基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC/ABS復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟，a.取配方量的PC、ABS、玄武巖纖維、增韌劑、潤滑劑、偶聯(lián)劑、相容劑、阻燃劑、阻燃協(xié)效劑、抗氧劑，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/ABS復(fù)合材料，包括以下重量份數(shù)的組分，PC 47份；ABS 17份；玄武巖纖維20份；增韌劑4份；潤滑劑1.3份；偶聯(lián)劑0.5份；相容劑3份；阻燃劑6份；阻燃協(xié)效劑1份；抗氧劑0.2份。

其中，玄武巖纖維為長徑比為1500的連續(xù)纖維；偶聯(lián)劑為環(huán)氧樹脂E51和脂環(huán)族環(huán)氧復(fù)配上漿得到的KH-550；增韌劑為苯乙烯、丙烯腈－丁二烯橡膠的核殼型聚合物，增韌劑中膠含量為63％；潤滑劑為硬脂酰胺類潤滑劑；抗氧劑為四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯；相容劑為苯乙烯與馬來酸酐的共聚物；阻燃劑為十溴二苯乙烷如4010、溴化環(huán)氧如CXB-714C和聚合型阻燃劑FR-Emerald1000的混合物；阻燃協(xié)效劑為三氧化二銻、無機(jī)粉體和超高分子量聚硅氧烷組成的復(fù)配物，該復(fù)配物中三氧化二銻的重量百分含量為50％；PC是分子量約為23000的雙酚A型聚碳酸酯；所述ABS的分子量約為100000，ABS的組分為質(zhì)量百分比含量為18％的橡膠、20％的丙烯腈，62％的苯乙烯。

基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC/ABS復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟，a.取配方量的PC、ABS、玄武巖纖維、增韌劑、潤滑劑、偶聯(lián)劑、相容劑、阻燃劑、阻燃協(xié)效劑、抗氧劑，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。

對照組：

基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC/ABS復(fù)合材料，包括以下重量份數(shù)的組分，PC 57份；ABS 27份；增韌劑4份；潤滑劑1.3份；阻燃劑8份；阻燃協(xié)效劑2.5份；抗氧劑0.2份。

其中，增韌劑為苯乙烯、丙烯腈－丁二烯橡膠的核殼型聚合物，增韌劑中膠含量為63％；潤滑劑為硬脂酰胺類潤滑劑；抗氧劑為四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯；阻燃劑為十溴二苯乙烷如4010、溴化環(huán)氧如CXB-714C和聚合型阻燃劑FR-Emerald1000的混合物；阻燃協(xié)效劑為三氧化二銻、無機(jī)粉體和超高分子量聚硅氧烷組成的復(fù)配物，該復(fù)配物中三氧化二銻的重量百分含量為50％；PC是分子量約為23000的雙酚A型聚碳酸酯；所述ABS的分子量約為100000，ABS的組分為質(zhì)量百分比含量為18％的橡膠、20％的丙烯腈，62％的苯乙烯。

基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC/ABS復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟，a.取配方量的各組分，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。

采用各具體實(shí)施例和對照組的材料，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，采用相同的測量儀器和測量方法，測量各組材料的物理性質(zhì)，測量結(jié)果見表1。

從表1可見，一方面，基于玄武巖纖維增強(qiáng)的PC/ABS復(fù)合材料中，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。第二方面，采用本發(fā)明的配方獲得的復(fù)合材料，阻燃效果好，安全環(huán)保。第三方面，采用本發(fā)明的配方獲得的復(fù)合材料，熱變形溫度高，耐熱效果好。

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本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，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)。