本發(fā)明涉及高分子材料的技術領域，尤其涉及一種高光耐磨PC-ABS合金材料及其制備方法。
背景技術：
PC-ABS合金材料是由聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)混煉而成的改性塑料，這種改性塑料比單純的PC和ABS性能更好，一方面可以提高ABS的耐熱性能和拉伸強度，另一方面可以降低PC的熔體粘度，改善加工性能，使之可用于成型大面積及復雜的制品，同時降低制品的內應力，提高耐低溫沖擊性能。因此，PC-ABS合金材料已在通訊電子、家用電器以及汽車行業(yè)等領域得到廣泛的應用，尤其是高光PC-ABS合金材料，在高端出口的液晶電視外殼、音箱外殼和辦公設備等方面應用非常普遍。
同時人們對于產品的外觀有美觀、耐磨等方面的要求，但是在PC-ABS合金材料實際使用過程中，會出現表面光澤度較低、耐磨性較差的問題。為此，通常需要進行二次加工，如電鍍、噴漆等，來滿足以上要求。但二次加工不僅會帶來成本的提高，更會引起環(huán)境的污染。
目前，隨著環(huán)保意識的提高，以及各種環(huán)保法規(guī)指令的出臺，人們致力于開發(fā)免噴涂的高光材料。但PC-ABS合金材料本色耐磨性較差，限制了其在汽車、家電、電子等領域內的應用，因此，開發(fā)高光耐磨PC-ABS合金材料具有現實而重要的意義。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的在于針對現有技術中的不足之處，提供一種高光耐磨PC-ABS合金材料及其制備方法，制備過程簡便，生產成本低廉，所制備出來的PC-ABS合金材料的其他性能得到保證前提下，顯著提高其耐磨性和光澤度，節(jié)能環(huán)保。
為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案：
一種高光耐磨PC-ABS合金材料，按重量份數計算，包括：PC樹脂40～90份；ABS樹脂10～60份；PA樹脂1～10份；耐磨劑1～5份；相容劑1～5份；抗氧劑0.1～1份和潤滑劑0.1～1份。應當說明，本發(fā)明通過添加PA樹脂增加PC-ABS合金材料的耐沖擊、耐化學品、良好流動性和耐熱性，其他組分均為公知的PC-ABS合金材料配方的原料，這里不再詳細說明。
進一步地說明，所述的PC樹脂為芳香族聚碳酸酯，重均分子量為15000～30000，其玻璃化溫度為140-150℃，所述芳香族聚碳酸酯具有力學性能好，尺寸穩(wěn)定，化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較好的特點。
所述的ABS樹脂為丙烯腈—丁二烯—苯乙烯組成的接枝共聚物，重均分子量為100000～180000；其中丁二烯的重量百分比含量為10-55％，丙烯腈重量百分比含量為15-32％，苯乙烯重量百分比含量為30-70％。該ABS樹脂具有強度高、韌性好和易于加工成型特點。
將上述PC樹脂和ABS樹脂兩者共混后，其一可以提高ABS的耐熱性、沖擊和拉伸強度，其二可以降低聚碳酸酯熔體粘度，改善加工性能，降低了PC缺口敏感性，改善了PC應力開裂狀況，降低了生產成本。
進一步地說明，所述的PA樹脂為PA6和PA66中的一種或兩種，其特性粘數為1.3-3.0。PA6的化學物理特性和PA66很相似，PA6的熔點較低，工藝溫度范圍很寬，其抗沖擊性和抗溶解性比PA66要好,但兩者均具有良好的耐磨性、自潤滑性和耐溶劑性，此為常見物質，不再累贅詳述。
進一步地說明，所述的相容劑為丙烯腈—苯乙烯共聚物接枝馬來酸酐、丙烯腈—苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯或聚甲基丙烯酸甲酯接枝馬來酸酐的一種。此類物質帶有活性官能團的一種嵌段共聚物，加入上述的物質作為相容劑，能提高PC與ABS之間的相容性。
進一步地說明，所述的耐磨劑為納米石墨粉。納米石墨通過特殊工藝方法制備，純度高，粒度小均勻，表面活性高，可以充分地應用樹脂中，經過表面處理的納米石墨，可以很好的解決分散性問題，克服納米粉體團聚現象，采用上述納米石墨粉作為耐磨劑，提高PC-ABS合金材料的耐磨度。
進一步地說明，所述的抗氧劑為二縮三乙二醇雙、丙酸正十八碳醇酯和亞磷酸酯中的一種或幾種，所述的潤滑劑包括硅酮粉、季戊四醇酯和乙撐雙硬酯酰胺中的一種或幾種；上述物質均有抗氧化和潤滑的效果，這些物質較為常見，它們的性能作用和選用這里不做詳細展開說明。
一種制備高光耐磨PC-ABS合金材料的方法，包括如下步驟：
(1)將PC樹脂、ABS樹脂、耐磨劑、相容劑、抗氧劑和潤滑劑加入混合攪拌機中進行混合；
(2)將步驟(1)的混合物從擠出機的主喂料口喂入；
(3)將PA樹脂熔融后通入高壓惰性氣體，從擠出機側喂口喂入，共混造粒，即得到高光耐磨PC-ABS合金材料。
與現有技術相比，中國專利CN 201510014998.5公開了一種高光高沖擊耐磨PC-ABS合金及其制備方法，該專利本發(fā)明通過溶液接枝法制備PBT/PEG嵌段共聚物、MMA、St和AN的接枝共聚物PBT/PEG‐g‐MSA；通過表面包覆改性法制備稀土表面處理的HGB；然后將PC、ABS、PBT/PEG‐g‐MSA、表面處理的HGB、硅酮粉和其他助劑熔融共混擠出得到PC-ABS合金，該過程制備工序繁瑣，成本昂貴。然而本發(fā)明所提供的該種PC-ABS合金材料的制備方法簡單易行，通過把在PA熔體中通入高壓惰性氣體，與在擠出機內的各原料進行共混造粒，便可得到所需的PC-ABS合金材料。
進一步地說明，所述的擠出機為雙螺桿擠出機，所述的擠出機的機筒溫度為220-270℃，螺桿轉速為300-600rpm。選用雙螺桿擠出機，在相同的擠出量下，物料在雙螺桿擠出機中停留時間短，因此雙螺桿擠出機適合加工熱敏性物料，還具有比功率消耗低，排氣性能好等優(yōu)點。所述雙螺桿擠出機的溫度對于原料顆粒的質量非常關鍵；若溫度太高會導致粒子發(fā)黃，溫度太低會影響生產速率與產品質量。由此選擇所述的擠出機的機筒溫度為220-270℃，螺桿轉速為300-600rpm，利于提高混合效率和擠出產品的質量。
進一步地說明，所述的高壓惰性氣體為二氧化碳、氮氣、氬氣中的一種或幾種。二氧化碳和氮氣在常溫下很穩(wěn)定，沒有特殊的條件下難以發(fā)生反應，氬氣屬于目前工業(yè)上應用很廣的稀有氣體，其性質十分不活潑，既不能燃燒也不阻燃；采用上述的氣體作為本發(fā)明的高壓惰性氣體，成本低廉，原料易得，它們具有極低的表面張力，以利于促進了PC與PA的相容性。
進一步地說明，所述的高壓惰性氣體溫度超過40℃，壓力≥7.4Mpa。優(yōu)選的壓力為7.4-20MPa。惰性氣體溫度太低，不利于它在擠出機內的擴散，選擇此氣體壓力避免氣體發(fā)生液化，造成難以以氣體的形式進行擴散。
本發(fā)明所提供的PC-ABS合金材料的制備方法簡單易行，由于PA樹脂本身具有良好的流動性與耐磨性，通過在PA熔體中通入高壓惰性氣體，側喂入擠出機中時高壓惰性氣體擴散過程中促進了PC與PA的相容性，賦予PC-ABS體系更好的流動性以及耐磨性，保證其獲得更高光澤的表面狀態(tài)；同時由于高壓惰性氣體具有極低的表面張力，在降低體系黏度的情況下，促進了耐磨劑在PC-ABS體系中的分散，進一步提高了PC-ABS合金材料的耐磨性，從而通過該方法即可制備得高光澤度、耐磨性好的PC-ABS合金材料，材料免噴涂，綠色環(huán)保，適合高分子材料的生產市場需求。
具體實施方式
下面通過一些具體實施例來對本發(fā)明方案進行詳細說明。本領域技術人員應當理解，下列實施為優(yōu)選實施例，其僅對本發(fā)明方案進行解釋說明，而且其中可能會有對公知技術的適當省略，本領域技術人員應結合公知技術與實施例的說明，對本發(fā)明進行理解。
下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
以下各實施例和對比例中PC選用韓國LG-DOW的PC201-22；ABS選用高橋石化的ABS3513；PA樹脂選用日本東麗低粘度尼龍PA CM1007；耐磨劑選用青島華泰的納米石墨粉；相容劑選用上海日之升的SAG-002，GMA含量為2％；抗氧劑為Ciba公司的抗氧劑1076和抗氧劑168，其重量比為1：1；潤滑劑為市售的季戊四醇硬脂酸(即潤滑劑PETS)。
實施例1：
一種制備高光耐磨PC-ABS合金材料的方法，包括如下步驟：
(1)稱取各組分：PC樹脂65份、ABS樹脂30份、耐磨劑5份、相容劑3份、抗氧劑1076 0.1份、抗氧劑168 0.1份和潤滑劑PETS 0.1份。
(2)將上述原材料從主喂料口喂入，通入氮氣，從擠出機側喂料口喂入，氣體溫度為40℃，氣體壓力為8MPa，在200～280℃下熔融擠出，即得到PC-ABS合金材料產品，螺桿擠出機轉速為500rpm，擠出機壓力為2MPa。
實施例2：
一種制備高光耐磨PC-ABS合金材料的方法，包括如下步驟：
(1)稱取各組分：PC樹脂50份、ABS樹脂35份、耐磨劑5份、相容劑3份、抗氧劑1076 0.1份、抗氧劑168 0.1份和潤滑劑PETS 0.1份。
(2)將上述原材料從主喂料口喂入，將5份PA樹脂熔融后通入氮氣，從擠出機側喂料口喂入，氣體溫度為70℃，氣體壓力為10MPa，在200～280℃下熔融擠出，即得到PC-ABS合金材料產品，螺桿擠出機轉速為500rpm，擠出機壓力為2MPa。
實施例3：
一種制備高光耐磨PC-ABS合金材料的方法，包括如下步驟：
(1)稱取各組分：PC樹脂50份、ABS樹脂35份、耐磨劑5份、相容劑3份、抗氧劑1076 0.1份、抗氧劑168 0.1份和潤滑劑PETS 0.1份。
(2)將上述原材料從主喂料口喂入，將10份PA樹脂熔融后通入氮氣，從擠出機側喂料口喂入，氣體溫度為100℃，氣體壓力為15MPa，在200～280℃下熔融擠出，即得到PC-ABS合金材料產品，螺桿擠出機轉速為500rpm，擠出機壓力為2MPa。
實施例4：
一種制備高光耐磨PC-ABS合金材料的方法，包括如下步驟：
(1)稱取各組分：PC樹脂70份、ABS樹脂10份、耐磨劑3份、相容劑4份、抗氧劑1076 0.1份、抗氧劑168 0.1份和潤滑劑PETS 0.1份。
(2)將上述原材料從主喂料口喂入，將5份PA樹脂熔融后通入氮氣，從擠出機側喂料口喂入，氣體溫度為40℃，氣體壓力為8MPa，在200～280℃下熔融擠出，即得到PC-ABS合金材料產品，螺桿擠出機轉速為500rpm，擠出機壓力為2MPa。
對比實施例1：
一種制備高光耐磨PC-ABS合金材料的方法，包括如下步驟：
(1)稱取各組分：PC樹脂60份、ABS樹脂40份、相容劑1份、抗氧劑1076 0.1份、抗氧劑168 0.1份和潤滑劑PETS 0.1份。
(2)將上述原材料從喂料口喂入，在200～280℃下熔融擠出，即得到PC-ABS合金材料產品，螺桿擠出機轉速為500rpm，擠出機壓力為2MPa。
注：該產品為沒有添加耐磨劑和PA樹脂，沒有通入高壓惰性氣體。
對比實施例2：
一種制備高光耐磨PC-ABS合金材料的方法，包括如下步驟：
(1)稱取各組分：PC樹脂65份、ABS樹脂30份、PA樹脂5份、相容劑3份、抗氧劑1076 0.1份、抗氧劑168 0.1份和潤滑劑PETS 0.1份。
(2)將上述原材料從喂料口喂入，在200～280℃下熔融擠出，即得到PC-ABS合金材料產品，螺桿擠出機轉速為500rpm，擠出機壓力為2MPa。
注：該產品為沒有添加耐磨劑，沒有通入高壓惰性氣體。
針對各實施例和對比例制備的PC-ABS合金材料進行物理性能測試，將上述的各對比例及實施例所制備的高光耐磨PC-ABS合金材料注塑成尺寸為140×90×3mm的樣板，分別測試其耐磨性能和光澤性能,可見表1:
(1)耐磨性能表現形式主要由耐刮—表面等級和耐刮—刮痕百分比來體現，它們可以由FLTM BO162-01試驗獲得數據，
注：耐刮—表面等級為視覺平局樣品表面復核等級，其中1級是表面沒有明顯刮痕，5級是表面嚴重刮痕，以此類推，儀器評估外力產生的刮痕百分比；
(2)光澤性能表現形式主要由60°光澤值和流動長來體現，60°光澤值可由表面光澤測試按ASTM D2457，采用加德納光澤計于樣板表面進行測試，記錄60°光澤值，光澤單位為GU，其中標準黑色玻璃瓶光澤水平為100GU；流動長測試，通過注塑成阿基米德螺旋線進行對比，其單位為mm。
表1：各實施例和對比實施例的性能比較表
由表1果可知:
(1)通過實施例1-4以看出，在其他組分的量一定時，PA樹脂和耐磨劑的添加量越大，PC-ABS合金材料的表面等級越高、刮痕百分比越小，60°光澤值越大、流動長也越大，表明其耐磨性越強，光澤度越高；實施例3具有優(yōu)異的高光耐磨性能，為最優(yōu)選實施方案；
(2)通過對比實施例1和2對比可以看出，不添加PA樹脂和耐磨劑并沒有通入高壓惰性氣體，或者不添加耐磨劑并沒有通入高壓惰性氣體，其所制備的PC-ABS合金材料的表面等級和刮痕百分比的數值均較高，60°光澤值和流動長的數值均較小，表明其耐磨性較差，光澤度較低；
(2)通過對比實施例1-2與實施例1-2對比可以看出，添加PA樹脂和耐磨劑并通入高壓惰性氣體，所制備出來的PC-ABS合金材料的各性能均比未添加或添加PA樹脂、耐磨劑和高壓惰性氣體其中之一所得產品要優(yōu)越，耐磨性強，光澤度高。
綜上所述，在基礎組成中，通過添加耐磨劑，同時添加PA樹脂在其熔體中通入高壓惰性氣體，促進了PC與PA的相容性，提高PC-ABS體系更好的流動性以及耐磨性，保證其獲得更高光澤的表面狀態(tài)。而且促進了耐磨劑在PC-ABS體系中的分散，進一步提高了PC-ABS合金材料的耐磨性。通過本發(fā)明的制備方法制備得高光澤度、耐磨性好的PC-ABS合金材料，綠色環(huán)保，市場前景可觀。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。