[发明专利]一种硼酸镁晶须增强聚碳酸酯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种采用表面改性硼酸镁晶须增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚碳酸酯(PC)是分子链中含有碳酸酯链节的线型高分子化合物。根据其分子结构类型，可将聚碳酸酯分为脂肪族、芳香族和脂肪族-芳香族三种类型。目前，具有使用价值并已工业化生产的聚碳酸酯为双酚A型。作为五大工程塑料中唯一的透明产品，聚碳酸酯具有合成原料价格低廉、工艺简单及优异的耐冲击性、尺寸稳定性、电绝缘性、耐高低温、自熄阻燃性以及无毒性等性能，使其广泛应用于机械传递(变速齿轮、齿条、涡轮、蜗杆等)、电器(如电风扇、冰箱、电视显示器部件等)、医疗器械(表面皿、注射器等)、汽车(灯罩、车窗等)、航空航天(座舱罩、挡风玻璃等)及建筑行业等领域。然而，聚碳酸酯也存在熔体流动性能差、加工困难、容易发生应力开裂、缺口冲击性能差、易磨损、耐化学药品性能差、价格比较高等缺点，从而使聚碳酸酯的市场应用受到一定的影响。为此，采用增强填充材料与聚碳酸酯共混改性，是提高聚碳酸酯加工性能、使用性能并且降低其价格的有效手段之一。

晶须是指在人工控制条件下以单晶形式生长而成的一种纤维材料，其直径非常小(微米数量级)，不含有通常材料中存在的晶界、位错等缺陷，其原子排列高度有序，因而其强度接近于完整晶体的理论值。此外，由于其尺寸小、膨胀系数低，作为改性增强材料使用时几乎不影响复合材料的熔体流动性，因而易于制备出具有极高尺寸精度和表面光洁度的晶须增强塑料制品。长度和直径分别为20～50μm和0.5～2.0μm的硼酸镁晶须具有比强度高、耐高温、耐腐蚀、电绝缘性好及成本低廉等优异性能，是一种可广泛应用于聚合物基、金属基、陶瓷基等复合材料的新型增强材料。例如，中国专利(专利号：201110384285.X)应用专利技术“一种硼酸酯偶联剂表面改性硼酸镁晶须的方法”(专利号：201110303566.8)对硼酸镁晶须进行表面改性，制备出了具有优异力学性能的硼酸镁晶须增强聚丙烯复合材料。

一种硫酸钙晶须改性聚碳酸酯复合材料及其制备工艺(专利号：201110095178.5)公开了一种硫酸钙晶须改性聚碳酸酯复合材料及其制备工艺，该硫酸钙晶须改性聚碳酸酯复合材料由以下重量份数的原料制成：聚碳酸酯100份，聚苯乙烯15～20份，硫酸钙晶须15～25份，抗氧剂1010 0.1～0.4份，聚四氟乙烯1～4份，钛酸酯偶联剂1～3份。其制备方法是，将硫酸钙晶须和钛酸酯偶联剂于高速混合机中活化处理3～6min；再将所述其余原料与改性硫酸钙晶须在高速混合机中混合6～8min；然后将所得混合物通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒。该专利的缺点是：

1.现有技术利用干混合法活化处理硫酸钙晶须，可能引起钛酸酯偶联剂在硫酸钙晶须表面包覆不均匀及硫酸钙晶须的断裂。

2.现有技术缺少真空干燥步骤，混合料中的残留微量水分容易导致聚碳酸酯分子链在双螺杆熔融挤出过程中的催化裂解。

发明内容

本发明的目的是提供一种硼酸镁晶须增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，采用晶须表面改性、真空干燥、预混合、双螺杆熔融共混挤出等步骤，制备出晶须分布均匀、晶须与基体界面结合状态良好的高性能硼酸镁晶须增强聚碳酸酯复合材料。

本发明所述改性硼酸镁晶须增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)硼酸镁晶须表面改性：

在40～60℃条件下，用适量无水乙醇充分溶解质量份数为2～4份的硼酸酯偶联剂，然后加入经120～140℃烘干4h的质量份数为96～98份的硼酸镁晶须均匀混合1～2h，抽滤、洗涤后在90～120℃条件下烘干4～6h，得到表面改性硼酸镁晶须；

(2)真空干燥：

聚碳酸酯粒料和步骤(1)获得的改性硼酸镁晶须均在100～120℃条件下真空干燥10～12h。

(3)预混合：

将步骤(2)获得的聚碳酸酯粒料和改性硼酸镁晶须按比例加入高速混合机中混合10～20min；

(4)熔融共混挤出：

将步骤(3)获得的混合物通过料斗加入双螺杆挤出机熔融共混挤出。料筒各段温度控制在230～260℃，机头出口温度为250～260℃，螺杆转速为120～130r/min。将挤出的熔体拉条、水冷、造粒后，在100～120℃条件下真空干燥4～6h，获得半成品粒料；

(5)注塑成型：