一种聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于工程塑料技术领域，具体涉及一种聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

2.聚苯乙烯树脂和聚乙烯树脂共混，一方面可以制得价廉得塑料合金，另一方面可以实现性能互补。聚乙烯树脂能提高聚苯乙烯树脂的冲击强度，特别是低温冲击性能，抗化学药品性。同时聚苯乙烯树脂可以改善聚乙烯树脂的加工性能。
3.由于聚苯乙烯树脂是非结晶型树脂，聚乙烯是结晶型树脂，二者得相容性并不好，不加相容剂制得的聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的综合性能差。现有技术中为解决这一问题常采用常见的增容剂增容后，共混物形态仍是相分离结构，很难确保分散相充分细化，导致聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的综合性能差，尤其是冲击性能；加入增韧剂进行增韧改性后制得的聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的线性热膨胀系数较大，在使用过程中会出现开裂缺陷；同时因为聚乙烯树脂是结晶型聚合物，会使得的聚苯乙烯-聚乙烯合金的收缩率较大，会使在制备聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料脱模性差，容易被模具顶针顶出开裂风险。
4.因此，需要提供一种具有低收缩性和低线性热膨胀系数的聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于，克服现有技术中聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料不能同时具有良好的收缩性能和较低的热膨胀系数，而导致出现脱模困难和使用过程中会出现开裂的不足，提供一种具有低收缩性和低线性热膨胀系数的聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料，同时具有较好的力学性能。
6.本发明的另一目的在于，提供所述聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的制备方法。
7.本发明的另一目的在于，提供所述聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料在制备家电、汽车材料中的应用。
8.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
9.一种聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料，包括如下按重量份计算的组分：
[0010][0011]
其中，所述填料的长径比为2.8:1～30:1，所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和/或氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物；所述相容剂为聚苯乙烯接枝马来酸酐共聚物和/或马来酸酐接枝聚乙烯共聚物；所述增韧剂和相容剂的重量比为1:3～4:1。
[0012]
发明人发现，采用聚苯乙烯树脂为基材，加入低密度聚乙烯树脂，并以特定的增韧剂和相容剂，增韧剂中苯乙烯段和聚苯乙烯发生较好的缠结，丁二烯段和低密度聚乙烯发生较好的缠结，界面相容性良好，且材料力学性能提升；相容剂中的可反应基团可以和填料发生较好的吸附作用，帮助其均匀分散；当增韧剂和相容剂的重量比过低时，体系的热膨胀系数符合要求，但是力学性能较差，存在开裂等风险；当增韧剂和相容剂的重量比过高时，其帮助填料在体系中的分散能力不足，会造成填料团聚，使体系热膨胀系数较高，不能满足要求。
[0013]
通过调控增韧剂和相容剂的重量比，可以有效改善聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的力学性能，聚苯乙烯和聚乙烯之间的相容性阻碍了聚乙烯分子链的运动，抑制其结晶行为，同时可以降低聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的收缩率。增韧剂添加量太大时，会造成应力集中且线性热膨胀系数较大；当增韧剂添加量太少时，聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的力学性能会变差。另外，添加特定长径比的填料，可以限制聚苯乙烯和聚乙烯分子链的运动从而限制其热膨胀收缩行为，进而降低聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的热膨胀系数。因此，控制合适的增韧剂和相容剂的重量比是材料能否同时具备低收缩、低膨胀系数和较好力学性能的关键。
[0014]
优选地，所述增韧剂和相容剂的重量比为1:1～3:1。
[0015]
优选地，所述填料的长径比为11:1～25:1。
[0016]
优选地，所述填料为硅灰石、滑石粉或晶须中的一种或几种。
[0017]
优选地，所述增韧剂和填料的重量比为3:2～2:1。增韧剂的加入会提高力学性能，但是同时会提高合金的线性热膨胀系数，而填料的加入可以降低合金的线性热膨胀系数。
[0018]
本发明中，可以选用现有技术中的成核剂。优选地，所述成核剂为取代芳基磷酸酯盐类、有机磷酸盐类成核剂类中的一种或几种。
[0019]
优选地，所述加工助剂为抗氧剂和/或润滑剂。
[0020]
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或硫代二丙酸双酯类抗氧剂中的一种或几种。
[0021]
具体地，受阻酚类抗氧剂可以为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]酯；亚磷酸酯类抗氧剂可以为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯；硫代二丙酸双酯类抗氧
petrochemical co.,ltd；
[0043]
相容剂1：聚苯乙烯接枝马来酸酐共聚物，sma 700，购自嘉兴华雯化工有限公司；
[0044]
相容剂2：马来酸酐接枝聚乙烯共聚物，mc226，购自宁波能之光新材料科技股份有限公司；
[0045]
相容剂3：马来酸酐接枝苯乙烯－丙烯腈－丁二烯共聚物，kt-2，购自沈阳科通塑胶有限公司；
[0046]
填料1：硅灰石，wfc5-2101，购自湖北冯家山硅纤有限公司，长径比为11:1；
[0047]
填料2：滑石粉，ah51205，购自辽宁艾海滑石有限公司，长径比为14:5；
[0048]
填料3：晶须，abcx-2，购自常州奥邦材料科技有限公司，长径比为30:1；
[0049]
填料4：晶须，碳酸钙晶须np-cw2，上海峰竺有限公司，长径比为25:1；
[0050]
填料5：碳酸钙，xl 4000c，购自广东盛朗白石工业有限公司，长径比为1:1；成核剂：tmp-5；抗氧剂：sonox 1010；润滑剂：tas-2a均为市售；实施例1～20和对比例1～6中采用相同的成核剂、抗氧剂和润滑剂。
[0051]
实施例和对比例中，所述聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料，通过如下方法制备，包括以下步骤：
[0052]
s1.将聚苯乙烯树脂、低密度聚乙烯树脂、增韧剂、相容剂、填料、成核剂和加工助剂放入80℃烘箱中干燥4h；
[0053]
s2.将步骤s1.中干燥后的聚苯乙烯树脂、增韧剂、相容剂和部分的加工助剂混合均匀，在180℃～210℃第一次熔融共混、第一次挤出造粒得到预混母粒；
[0054]
s3.将s2.得到的预混母粒和低密度聚乙烯树脂、填料、成核剂和剩余加工助剂在180℃第二次熔融共混、第二次挤出造粒即得到所述聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料。
[0055]
各实施例的组分含量如表1～3所示。
[0056]
实施例1～7
[0057]
表1实施例1～7中聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的配方(单位：重量份)
[0058][0059]
表中：x为增韧剂和相容剂的重量比。
[0060]
实施例8～15
[0061]
表2实施例8～15中聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的配方(单位：重量份)
[0062][0063]
表中：x为增韧剂和相容剂的重量比。
[0064]
实施例16～20
[0065]
表3实施例16～20中聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的配方(单位：重量份)
[0066][0067][0068]
表中：x为增韧剂和相容剂的重量比。
[0069]
各对比例的组分含量如表4所示。
[0070]
对比例1～6
[0071]
表4对比例1～6中聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的配方(单位：重量份)
[0072][0073]
表中：x为增韧剂和相容剂的重量比。
[0074]
对上述实施例和对比例制备得到的聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的性能进行测试，具体测试项目及测试方法如下：
[0075]
1、测试方法
[0076]
(1)缺口冲击强度测试：
[0077]
按照gb/t 1843-2008测试，a型缺口，23℃，50％湿度；
[0078]
(2)收缩率测试：
[0079]
通过注塑成型的方式制备的聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料样板的原始尺寸记为l0，自然放置72h后试样尺寸为l1，记录收缩率＝(l
0-l1)/l0,测试设备为游标卡尺；
[0080]
(3)线性热膨胀系数测试：
[0081]
按照iso 11359-1-2014标准进行测试，试样尺寸为10*10*10mm，测试设备为tma；
[0082]
2、测试结果
[0083]
测定结果如表5所示。
[0084]
表5各实施例和对比例的数据
[0085][0086][0087]
从表4中可以看出，本发明各实施例制备得到的聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料收
缩率不高于0.65％，热膨胀系数不高于100μm/(m
·
℃)，且力学性能优异。
[0088]
从实施例1～4可以看出，随着聚苯乙烯树脂用量的增加，聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的拉伸强度和弯曲模量逐渐增加；从实施例3和实施例5～7可以看出，随着聚乙烯树脂用量的增加，聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的收缩率逐渐增加。
[0089]
从实施例10～14可以看出，当增韧剂和相容剂的重量比在1:1～3:1范围内时，制得的聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的综合性能更佳。
[0090]
比较对比例1～2和实施例3可以看出，当增韧剂和相容剂的重量比太大时，则制备的聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料线性热膨胀系数较大；当增韧剂和相容剂的重量比太小时，则制备的聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的缺口冲击强度较低且线性热膨胀系数大于100μm/(m
·
℃)。
[0091]
比较对比例3和实施例3可以看出，当采用填料的长径比为1:1时，制得的聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料热膨胀系数较大，会使得聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料在使用过程中容易出现开裂情况。
[0092]
比较对比例4和实施例3可以看出，当采用增韧剂3代替增韧剂1时，制得的聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的缺口冲击强度较低，且其线性热膨胀系数较大。
[0093]
比较对比例5和实施例3可以看出，当采用相容剂3代替相容剂1时，制得的聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的缺口冲击强度较低且线性热膨胀系数较大。
[0094]
比较对比例6和实施例3可以看出，当采用聚乙烯树脂3代替聚乙烯树脂1时，制得的聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料收缩率较大，在制备过程中不易脱模，存在开裂风险。
[0095]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料，其特征在于，包括如下按重量份计算的组分：其中，所述填料的长径比为2.8:1～30:1；所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和/或氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物；所述相容剂为聚苯乙烯接枝马来酸酐共聚物和/或马来酸酐接枝聚乙烯共聚物；所述增韧剂和相容剂的重量比为1:3～4:1。2.根据权利要求1所述聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料，其特征在于，所述增韧剂和相容剂的重量比为1:1～3:1。3.根据权利要求1所述聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料，其特征在于，所述填料的长径比为11:1～25:1。4.根据权利要求1所述聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料，其特征在于，所述填料为硅灰石、滑石粉、晶须中的一种或几种。5.根据权利要求1所述聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料，其特征在于，所述成核剂为取代芳基磷酸酯盐类、有机磷酸盐类成核剂类中的一种或几种。6.根据权利要求1所述聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料，其特征在于，所述加工助剂为抗氧剂和/或润滑剂。7.根据权利要求6所述聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或硫代二丙酸双酯类抗氧剂中的一种或几种。8.根据权利要求6所述聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料，其特征在于，所述润滑剂为酰胺类润滑剂、硬脂酸盐类的一种或几种。9.根据权利要求1～8任一项所述聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1.将聚苯乙烯树脂、低密度聚乙烯树脂、增韧剂、相容剂、填料、成核剂和加工助剂进行干燥，将聚苯乙烯树脂、增韧剂、相容剂和部分加工助剂混合均匀、熔融共混、挤出造粒得到预混母粒；s2.将s1.得到的预混母粒和低密度聚乙烯树脂、填料、成核剂和剩余加工助剂熔融共混、挤出造粒即得到所述聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料。10.权利要求1～8任一项所述聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料在制备冰箱内村材料、汽车门板材料中的应用。

技术总结

本发明公开了一种聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料及其制备方法和应用。本发明的一种聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料，包括如下按重量份计算的组分：聚苯乙烯树脂40～80份；低密度聚乙烯树脂10～50份；增韧剂3～20份；相容剂2.5～30份；填料1～10份；成核剂0.1～5份；加工助剂0～2份；其中，所述填料长径比为2.8:1～30:1，所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和/或氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物；所述相容剂为聚苯乙烯接枝马来酸酐共聚物和/或马来酸酐接枝聚乙烯共聚物；所述增韧剂和相容剂的重量比为1:3～4:1。所述聚苯乙烯-聚乙烯合金复合材料不仅具有低收缩和低热膨胀系数，还具有优异的力学性能。具有优异的力学性能。