一种聚碳酸酯材料及其制备方法和应用

文献发布时间：2023-06-19 18:32:25

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚碳酸酯材料及其制备方法和应用。

背景技术

芳香族的聚碳酸酯(Polycarbonate，简称PC)是一种常见的合成热塑性树脂，因其性能优异常用作工程塑料。PC材料具有优异的耐热性能、透明性、力学性能、尺寸稳定性，广泛应用于电子、电气、建筑、汽车、轻工业等领域。因此，随着我国新一代移动通信5G技术及配套设备的快速普及，越来越多的PC材料将会用于制备5G设备的外壳。

由于芳香族的PC的大分子主链上具有较多的苯环，因而PC材料的刚性较大但其韧性较弱。为改善这一弱点，现有技术中通常通过在PC材料中添加玻璃纤维进行增强，但玻璃纤维的极性较大，与PC的相容性较弱，引入后玻璃纤维会与PC基体形成明显的相分离界面，使得材料的力学性能有所减弱。此外，玻璃纤维是一种极性较强的硅酸盐材料，引入后形成相分离界面会使PC材料形成界面极化，这些缺点限制了玻璃纤维增强PC材料在5G领域的应用。且由于玻璃纤维极性大(玻璃纤维的介电常数常大于9)、容易与聚合物基体发生相分离等缺点会使得材料内部极化增多，介电性能下降，使其不能适应5G技术的发展。

芳纶纤维具有高强度(18cN·dtex

因此，亟需开发一种同时兼顾工程塑料(如聚碳酸酯)的力学性能与介电性能的新材料，以适应未来通信装备外壳材料对力学性能与介电性能的双重需要。

发明内容

本发明提出一种聚碳酸酯材料及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为克服上述技术问题，本发明的第一方面提供一种聚碳酸酯材料：

具体的，一种聚碳酸酯材料，所述聚碳酸酯材料包括聚碳酸酯树脂和混合纤维，所述混合纤维包括玻璃纤维和芳纶纤维，所述玻璃纤维和所述芳纶纤维的质量比为1：(0.2-1)。

本发明通过在聚碳酸酯树脂基体中引入由玻璃纤维和芳纶纤维组成的混合纤维，并控制玻璃纤维和所述芳纶纤维的特定质量比为1：(0.2-1)，过高用量的芳纶纤维加入不仅使成本大幅提高，而且会削弱材料的机械强度。本发明通过芳纶纤维和玻璃纤维的有效配合，使得作为增强材料的混合纤维柔性更好、极性更低，从而实现在保证聚碳酸酯材料拉伸性能的同时改善聚碳酸酯材料抗冲击性能，使聚碳酸酯材料在户外低温环境仍具有较好的力学性能，同时兼具优异的介电性能。同时，芳纶纤维和玻璃纤维交错分散在聚碳酸酯树脂基体中，玻璃纤维和芳纶纤维共同作用，充分发挥不同纤维材料的协同效果，一方面避免玻璃纤维与聚碳酸酯树脂基体形成明显的相分离界面，另一方面解决芳纶纤维在物料体系中的分散不均，从而提高聚碳酸酯材料的综合性能。

优选的，所述玻璃纤维为低介电玻璃短纤维，其长度为3-7mm，其玻璃密度为2.0-2.4g/cm

作为上述方案的进一步改进，所述聚碳酸酯树脂包括聚碳酸酯粒料和聚碳酸酯粉料，所述聚碳酸酯粒料的粒径为2-10mm，所述聚碳酸酯粉料的粒径为0.1-1mm，所述聚碳酸酯粒料和所述聚碳酸酯粉料的质量比为1：(0.33-3)。

具体的，本发明通过控制聚碳酸酯粒料和所述聚碳酸酯粉料在特定的用量比，在聚碳酸酯树脂粒料和聚碳酸酯树脂粉料的配合使用下，使其能有效承托混合纤维，使得聚碳酸酯树脂与混合纤维充分接触，使混合纤维尤其是芳纶纤维的分散效果更好，以保障聚碳酸酯材料综合性能的稳定性。

优选的，所述聚碳酸酯粒料选自双酚A型聚碳酸酯颗粒，并通过光气法或熔融法制得。

优选的，所述聚碳酸酯粉料为选自双酚A型聚碳酸酯粉体和/或硅氧烷-聚碳酸酯共聚物，所述聚碳酸酯粉料通过光气法或熔融法制得。

作为上述方案的进一步改进，所述聚碳酸酯粒料在300℃/1.2kg测试条件下的熔融指数为5-20g/10min；所述聚碳酸酯粉料在300℃/1.2kg测试条件下的熔融指数为5-15g/10min。

具体的，聚碳酸酯粒料和碳酸酯粉料过高或过低的熔融指数均不利于聚碳酸酯材料的性能控制，熔融指数过高容易导致聚碳酸酯材料综合性能下降，过低则加工困难且增加原料成本。

作为上述方案的进一步改进，所述聚碳酸酯材料还包括增韧剂、润滑剂、防老化助剂、相容剂中的至少一种。

进一步地，所述聚碳酸酯材料，按重量份计，包括：聚碳酸酯树脂60-90份；增韧剂0.5-5份；混合纤维5-35份；润滑剂0.1-0.8份；防老化助剂0.15-1份；相容剂0.5-5份。具体的，各原料在特定的配比下，协同增效，所制得的聚碳酸酯材料的综合性能更优。

作为上述方案的进一步改进，所述增韧剂具有核壳结构。

优选的，所述增韧剂为具有核壳结构的增韧剂原粉或母粒，其中壳结构包括聚甲基丙烯酸甲酯，核结构包括交联丙烯酸酯系树脂和/或有机硅树脂。具体的，采用具有核壳结构的增韧剂，可提高增韧剂与聚碳酸酯树脂基体的相容性，保护增韧剂在加工过程中不发生机械降解而导致性能下降。

作为上述方案的进一步改进，所述润滑剂选自季戊四醇硬脂酸酯、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸盐、硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡中的至少一种；优选的，所述润滑剂选自季戊四醇硬脂酸酯、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸盐中的至少一种。

作为上述方案的进一步改进，所述防老化助剂选自抗氧剂和/或光稳定剂。优选的，所述防老化助剂由抗氧剂和光稳定剂混合组成；实验研究发现，所述防老化助剂为抗氧剂和光稳定剂按质量比(2-3)：1组成的混合物时，防老化性能最佳。

具体的，抗氧剂是抗热氧降解的，光稳定剂是抗紫外线降解的，光稳定剂可把紫外线转化为热能，通过抗氧剂消耗其能量从而保护塑料基体。因此，光稳定剂和抗氧剂通过特定质量比搭配使用，方可获得最佳的防老化效果。

优选的，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂和/或磷酸酯类抗氧剂；进一步优选的，所述抗氧剂选自N,N’-双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺(抗氧剂1098)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八酯(抗氧剂1076)、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)、双(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(抗氧剂9228)中的至少一种；再进一步优选的，抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168组成的混合物；更进一步优选的，抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比1：(1-2)组成的抗氧剂。

优选的，所述光稳定剂为苯并三唑类光稳定剂；进一步优选的，所述光稳定剂选自2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑(UV-320)、2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑(UV-326)、2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑(UV-P)、2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑(UV-329)中的至少一种；再进一步优选的，光稳定剂为UV-329、UV-P、UV-326中的至少一种。

优选的，所述相容剂选自乙烯与丙烯酸甲酯的共聚物。

本发明提供的第二个方面提供一种聚碳酸酯材料的制备方法。

具体的，一种聚碳酸酯材料的制备方法为将混合纤维和聚碳酸酯树脂共混后，进行挤出，造粒，制得聚碳酸酯材料。

作为上述方案的进一步改进，一种聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.将增韧剂、相容剂、润滑剂和防老化助剂混合，得混合料；

S2.将所述混合料与混合纤维和聚碳酸酯树脂共混，得共混料；

S3.将所述共混料进行挤出，造粒，得聚碳酸酯材料。

进一步地，步骤S3中所述共混料采用双螺杆挤出机中挤出，造粒，得到聚碳酸酯材料，其中：双螺杆挤出机的温度为180-270℃，转速为300-600rpm。

具体的，本发明采用分开两次混合的制备工艺，可有效地避免组分各自团聚，导致分散不均，从而为聚碳酸酯材料的性能稳定性提供了有力保障。

本发明的第三方面提供上述聚碳酸酯材料的应用。

具体的，聚碳酸酯材料在通信装备中的应用。

优选的，聚碳酸酯材料在通信装备外壳中的应用。

本发明所制备的聚碳酸酯材料因具有良好的力学性能及介电性能，使其应用于通信装备外壳时，可在户外低温环境下仍具有较好的机械强度和介电性能，可适应5G技术的发展需要。

本发明的上述技术方案相对于现有技术，至少具有如下技术效果或优点：

本发明通过在聚碳酸酯树脂基体材料中加入由玻璃纤维和芳纶纤维组成的混合纤维，并控制玻璃纤维和芳纶纤维的特定配比，一方面聚碳酸酯树脂能有效承托芳纶纤维，使得树脂与芳纶纤维充分接触，令芳纶纤维分散效果更好；另一方面，通过芳纶纤维和玻璃纤维的有效配合，使得作为增强材料的纤维柔性更好，极性更低，在保持聚碳酸酯材料拉伸性能的同时改善聚碳酸酯材料的抗冲击性能，以实现保证聚碳酸酯材料力学性能的同时，有效保持聚碳酸酯材料的介电性能。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解，有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围，同时，下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品，未详细提及的工艺步骤或制备方法均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。

实施例1

一种聚碳酸酯材料，共组成按重量份计包括：聚碳酸酯粒料24份，聚碳酸酯粉料54份，玻璃纤维16份，芳纶纤维4份，核壳结构增韧剂2份(其中：壳结构为聚甲基丙烯酸甲酯，核结构为丙烯酸酯树脂)，相容剂乙烯-丙烯酸甲酯共聚物0.5份，润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.6份，防老化剂0.7份(其中：抗氧剂1010 0.2份，抗氧剂168 0.3份，UV-329 0.2份)。

一种聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.将增韧剂、相容剂、润滑剂和防老化助剂混合，得混合料；