本發(fā)明涉及高分子材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種PC合金材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：聚碳酸酯(PC)是性能優(yōu)異的工程塑料，具有良好的綜合性能，機(jī)械強(qiáng)度高、耐沖擊韌性好、尺寸穩(wěn)定、電絕緣性好；但PC同時(shí)也有熔體粘度大、流動性差、耐溶劑性差，在溶劑和堿性環(huán)境下易發(fā)生應(yīng)力開裂和溶脹，對缺口的敏感性較大，加工時(shí)容易發(fā)生應(yīng)力開裂，且加工溫度較高。選擇特殊聚酯改善PC性能，獲得綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料，是一種較為有效、簡便的改性途徑。聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯具有沖擊強(qiáng)度高、突出的透明度、高光澤、耐熱性好、彎曲不泛白、耐劃痕、耐老化、防靜電、耐化學(xué)性優(yōu)異、耐水解、流動性好、著色力強(qiáng)、易于成型加工、衛(wèi)生性好(符合FDA)等優(yōu)點(diǎn)。雖然現(xiàn)有技術(shù)有采用聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯對PC進(jìn)行改性，但是其制品在流動性、翹曲性能、內(nèi)應(yīng)力性能、脫模性能、色澤等方面未能達(dá)到很好的效果，特別是作為薄壁制品方面，上述性能的不足尤其明顯。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種PC合金材料，該材料同時(shí)具有良好的流動性、翹曲性能、內(nèi)應(yīng)力性能、脫模性能、色澤，特別適用于制成薄壁制品。本發(fā)明的另一目的在于提供所述PC合金材料的制備方法。本發(fā)明的另一目的在于提供所述PC合金材料的應(yīng)用。本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。一種PC合金材料，包括如下按重量份計(jì)算的組分：優(yōu)選地，所述PC合金材料包括如下按重量份計(jì)算的組分：所述PC合金材料中，含有鋁元素和銅元素，鋁元素的含量為0.1～500ppm；銅元素的含量為0.1～500ppm。發(fā)明人意外發(fā)現(xiàn)，在上述配方中，額外地添加鋁元素和銅元素，并控制其含量在某范圍內(nèi)，能進(jìn)一步提升聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯改性PC的翹曲性能、內(nèi)應(yīng)力性能、脫模性能、色澤。當(dāng)添加的鋁元素或銅元素的任一種元素含量過高時(shí)，無法起到上述效果。優(yōu)選地，所述PC合金材料中，鋁元素的含量優(yōu)選為1～300ppm，更優(yōu)選為1～100ppm。更進(jìn)一步地，鋁元素的優(yōu)選含量為10～90ppm，更優(yōu)選為20～70ppm。優(yōu)選地，所述PC合金材料中，銅元素的含量優(yōu)選為1～300ppm，更優(yōu)選為1～100ppm。更進(jìn)一步地，銅元素的優(yōu)選含量為10～90ppm，更優(yōu)選為20～70ppm。優(yōu)選地，鋁元素以鋁鹽或鋁的氧化物的形式存在于PC合金材料中。所述鋁鹽包括但不限于氯化鋁、硫酸鋁、硝酸鋁或磷酸鋁等。所述鋁的氧化物包括但不限于三氧化二鋁。優(yōu)選地，銅元素以銅鹽或銅的氧化物的形式存在于PC合金材料中。所述銅鹽包括但不限于氯化銅、硝酸銅、硫酸銅、磷酸銅。所述銅的氧化物包括但不限于氧化銅或氧化亞銅。優(yōu)選地，所述聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯的熔點(diǎn)為290～310?！娓鼉?yōu)選地，所述聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯中1,4-環(huán)己烷二甲醇結(jié)構(gòu)單元(CHDM)和乙二醇結(jié)構(gòu)單元(EG)的摩爾比為80:20～20:80。更優(yōu)選地，所述聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯中1,4-環(huán)己烷二甲醇結(jié)構(gòu)單元(CHDM)和乙二醇結(jié)構(gòu)單元(EG)的摩爾比為60:40～70:30或30:70～40:60。在合金組合物中，添加纖維狀填料可以進(jìn)一步提升其力學(xué)性能。因此，優(yōu)選所述PC合金材料中纖維狀填料的含量大于0份。所述纖維狀填料可以是金屬纖維、碳纖維、塑料纖維、玻璃纖維中的一種或幾種；優(yōu)選玻璃纖維；其中，所述玻璃纖維選自粗紡纖維、長玻璃纖維、短玻璃纖維中的一種或幾種，優(yōu)選為M-玻璃、E-玻璃、A-玻璃、S-玻璃、R-玻璃、C-玻璃中的一種或幾種，更優(yōu)選為E-玻璃、A-玻璃、C-玻璃。以上玻璃纖維可以是經(jīng)過漿料和粘合促進(jìn)劑進(jìn)行表面處理的，也可以是對表面部分覆蓋處理，還可以是表面不進(jìn)行任何處理；所述玻璃纖維的直徑為1um～25um，優(yōu)選為3um～20um，最優(yōu)選為4um～15um。優(yōu)選地，當(dāng)所述PC合金材料含有鋁元素和銅元素時(shí)，其所含的鋁元素和銅元素的含量按照如下方法進(jìn)行測試：在分析天平中精確稱量PC合金材料的顆粒2g，倒入100ml消解瓶中，然后加入97％的濃硫酸5ml，在預(yù)設(shè)溫度300℃鐵板加熱儀器中加熱10分鐘，然后再加入68％的硝酸5ml，再保持加熱20分鐘，使顆粒物完全分解后冷卻至室溫，加入20ml的雙氧水中和酸性至pH值為7后，用去離子水稀釋上述液體，將液體通過進(jìn)樣管導(dǎo)入ICP檢測儀器中測定鋁元素和銅元素的含量。根據(jù)不同的用途需要，本發(fā)明的PC合金材料還可以進(jìn)一步包括其他助劑，如抗氧化劑、光穩(wěn)定劑、抗沖改性劑、阻燃劑、熒光增白劑、潤滑劑、增塑劑、增韌劑、增稠劑、抗靜電劑、脫模劑、顏料等。所述抗氧化劑可以是本領(lǐng)域常用的抗氧化劑，其可選自受阻胺類抗氧劑、受阻酚類抗氧劑或亞磷酸酯類抗氧劑中的一種或幾種，例如1010、168、1076、445、1098中的一種或者兩種及以上的混合物。所述增韌劑可以是本領(lǐng)域常用的增韌劑，例如EVA型增韌劑、EMA型增韌劑、ASA型增韌劑、AES型增韌劑、SAS型增韌劑、丙烯酸酯類增韌劑、有機(jī)硅增韌劑中的一種或多種混合物。所述光穩(wěn)定劑可以是本領(lǐng)域常用的光穩(wěn)定劑，例如受阻胺類或紫外線吸收劑中的一種或幾種的混合,具體可以列舉出UV-944、UV-234、770DF、328、531、5411中的一種或者兩種及以上的混合物。所述抗沖改性劑可以是本領(lǐng)域常用的抗沖改性劑，例如PTW、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物SEBS中的一種或者兩種的混合物。所述阻燃劑可以是本領(lǐng)域常用的阻燃劑，例如磷系阻燃劑，具體可以為雙酚A雙(二苯基磷酸酯)BDP、RDP、甲基膦酸二甲酯(DMMP)和乙基膦酸二乙酯(DEEP)中的一種或者兩種及以上的混合物。所述熒光增白劑可以是本領(lǐng)域常用的熒光增白劑，例如雙三嗪氨基二苯乙烯。所述潤滑劑可以是本領(lǐng)域常用的潤滑劑，例如季戊四醇酯、蒙旦蠟、硅油中的一種或者兩種及以上的混合物。所述增塑劑可以是本領(lǐng)域常用的增塑劑，例如甘油、檸檬酸、檸檬酸丁酯、環(huán)氧大豆油等中的一種或者兩種及以上的混合物。所述增稠劑可以是本領(lǐng)域常用的增稠劑，例如無機(jī)增稠劑、聚丙烯酸酯增稠劑。所述抗靜電劑為永久性抗靜電劑，可以是本領(lǐng)域常用的永久性抗靜電劑，例如PELESTAT-230、PELESTAT-6500、SUNNICOASA-2500中的一種或者兩種及以上的混合物。所述脫模劑可以是本領(lǐng)域常用的脫模劑，例如硅油、石蠟、白礦油、凡士林中的一種或者兩種及以上的混合物。所述顏料可以是本領(lǐng)域常用的顏料，例如炭黑、鈦白粉、黑種、酞菁藍(lán)、熒光橙等中的一種或者兩種及以上的混合物。所述PC合金材料的翹曲性采用二次元觀察偏離距離，最大翹曲度γ小于100，表面張力大于44，色澤偏差小于1.5％。表面張力測試可以參照如下方法進(jìn)行：采用乙醇和水配制好的不同達(dá)因溶液，用棉簽蘸某一達(dá)因溶液在平放的方板表面涂布(涂布面積＞3cm2)，如在2秒鐘內(nèi)不收縮，可再使用標(biāo)值較高達(dá)因溶劑重試；若在2秒鐘內(nèi)發(fā)生收縮，破裂成許多小液滴，則表明上一次使用的達(dá)因溶劑所標(biāo)的數(shù)字就是該板表面張力。色澤測試可以參照如下方法進(jìn)行：采用色差儀，測顏色L、a、b三組數(shù)據(jù)并計(jì)算比色后的△E、△L、△a、△b四組色差數(shù)據(jù)。計(jì)算色差△E＝(△L2+△a2+△b2)1/2。本發(fā)明所述PC合金材料的制備方法，包括如下步驟：1)按照配方含量稱量各組分，并將需要預(yù)烘干處理的聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯、纖維狀填料、其他助劑進(jìn)行120℃～130℃預(yù)烘干處理；2)將預(yù)烘干處理的聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯、纖維狀填料、其他助劑、分別經(jīng)過高混機(jī)混合均勻；3)將混合均勻的聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯、其他助劑，鋁鹽或鋁的氧化物及銅鹽或銅的氧化物分別通過主喂料口，纖維狀填料通過主喂料口或側(cè)喂料口，加入到雙螺桿擠出機(jī)中，雙螺桿擠出機(jī)的溫控設(shè)置溫度為200℃～280℃；4)冷卻、切粒。優(yōu)選地，所述PC合金材料的制備方法，包括如下步驟：1)按照配方含量稱量各組分，并將需要預(yù)烘干處理的聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯、纖維狀填料、其他助劑進(jìn)行120℃～130℃預(yù)烘干處理，預(yù)烘干時(shí)間設(shè)定為4h～6h，得到預(yù)烘干處理的聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯、纖維狀填料、其他助劑；2)將預(yù)烘干處理的聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯、纖維狀填料、其他助劑、分別經(jīng)過高混機(jī)混合均勻，混合溫度為30℃～50℃，混合時(shí)間設(shè)定在5min～15min；3)將混合均勻的聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯、其他助劑，鋁鹽或鋁的氧化物及銅鹽或銅的氧化物分別通過主喂料口，纖維狀填料通過主喂料口或側(cè)喂料口，加入到雙螺桿擠出機(jī)中，雙螺桿擠出機(jī)的溫控設(shè)置溫度為200℃～280℃，其中并設(shè)置至少1個(gè)抽真空，抽真空可以位于輸料段的末端，熔融段的前端以及計(jì)量段部分；4)將得到熔體經(jīng)過模頭，模頭孔數(shù)量范圍為4個(gè)～30個(gè)，因此可以得到直徑為0.5mm～10mm的條狀組合物的熔融長條；熔融長條通過20℃～25℃的水槽冷卻口，引入到切粒機(jī)中進(jìn)行均化切粒，得到的粒子通過篩空輸送除濕后得到最終的PC合金材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明采用聚酯對PC合金進(jìn)行改性，使獲得的PC合金克服了現(xiàn)有PC合金材料的不足，其同時(shí)具有良好的流動性、翹曲性能、內(nèi)應(yīng)力性能、脫模性能、色澤，特別適用于制成薄壁制品。特別的，在PC合金材料添加特定含量的鋁元素和銅元素后，所得PC合金材料的翹曲性能、內(nèi)應(yīng)力性能、脫模性能、色澤得到進(jìn)一步的提升。具體實(shí)施方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行闡述，然而本發(fā)明的保護(hù)范圍并非僅僅局限于以下實(shí)施例，實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。凡在本專利的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。實(shí)施例中，各性能按照如下方案進(jìn)行測試：(1)流動性測試MFR：根據(jù)測定ASTMD1238，測試條件為260℃，5kg。(2)翹曲性能采用二次元觀察偏離距離，用最大翹曲度表征：γ＝h/l*a。h為制件與參考對象制件的最大距離，l為制件在參考對象的投影長度，a為制件垂直于參考對象方向的長度。(3)內(nèi)應(yīng)力測試丙酮浸泡試驗(yàn)：PC合金材料常溫下的丙酮溶劑中浸泡1小時(shí)，取出風(fēng)干后進(jìn)行觀察開裂情況。無可見裂紋評價(jià)為好，有裂縫判為差。(4)粘附力，表面張力測試評估方法為，當(dāng)表面張力≤44達(dá)因判定為差，當(dāng)表面張力＞44達(dá)因判定為好。測試方法如下：采用乙醇和水配制好的不同達(dá)因溶液，用棉簽蘸某一達(dá)因溶液在平放的合金方板表面涂布(涂布面積＞3cm2)，如在2秒鐘內(nèi)不收縮，可再使用標(biāo)值較高達(dá)因溶劑重試；若在2秒鐘內(nèi)發(fā)生收縮，破裂成許多小液滴，則表明上一次使用的達(dá)因溶劑所標(biāo)的數(shù)字就是該板表面張力。是否容易脫漆：表面張力的變化，體現(xiàn)在對PC合金材料制品上漆時(shí)，是否容易造成脫漆。表面張力越大，漆與PC合金材料的結(jié)合度更牢固，不容易掉漆。采用十字畫格法測試漆膜情況，GB/T9286，刀口寬度約為10mm～12mm，每1mm～1.2mm為間隔，共有10格，直線劃下時(shí)會出現(xiàn)10條間隔相同的直線刀痕，于直線刀痕的垂直位置劃下，便成為10*10的100格的正方形，百格刀劃下去的時(shí)候應(yīng)該割到見到底材，不可只割在涂料上，否則測試便不成立。當(dāng)百格刀劃完之后，用膠帶測試會不會脫落，首先，膠帶貼于百格位置，以手指壓下將膠帶緊密貼附，再以瞬間的力道將膠帶撕起，目視素材上的涂料是否有脫落現(xiàn)象此外，以JIS標(biāo)準(zhǔn)而言，指定廠牌與型號3M的TransparentTape600。(5)脫模性，注塑溫度在280℃，在注射速度50％時(shí)，冷卻時(shí)間10s，材料與模具能否直接脫離。易脫除(無需手動取件)判定為好，需要手動取件判定為差。(6)色澤采用以下方法：在標(biāo)準(zhǔn)C光源下氧化鎂標(biāo)準(zhǔn)白板作為基準(zhǔn)，從試樣對紅、綠、藍(lán)三色光的反射率計(jì)算所得的數(shù)值，評價(jià)其偏黃程度，數(shù)值越小越好。聚碳酸酯為芳香族聚碳酸酯(牌號：PCL-1250Y)。聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯為Eastman產(chǎn)品：聚酯A為聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯，其熔點(diǎn)為290℃，n(CHDM):n(EG)＝80:20。聚酯B為聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯，其熔點(diǎn)為295℃，n(CHDM):n(EG)＝65:35。聚酯C為聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯，其熔點(diǎn)為300℃，n(CHDM):n(EG)＝50:50。聚酯D為聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯，其熔點(diǎn)為305℃，n(CHDM):n(EG)＝35:65。聚酯E為聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯，其熔點(diǎn)為310℃，n(CHDM):n(EG)＝20:80。實(shí)施例及對比例中，所用的鋁元素的來源均為市售的鋁鹽或鋁的氧化物。所用的銅元素的來源均為市售的銅鹽或銅的氧化物，其他未特別指明的原料均為普通市售產(chǎn)品。實(shí)施例及對比例中，所述PC合金材料的制備方法，包括如下步驟：1)按照配方含量稱量各組分，并將需要預(yù)烘干處理的聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯、纖維狀填料、其他助劑進(jìn)行120℃～130℃預(yù)烘干處理；2)將預(yù)烘干處理的聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯、纖維狀填料、其他助劑分別經(jīng)過高混機(jī)混合均勻；3)將混合均勻的聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯、其他助劑，鋁鹽或鋁的氧化物、銅鹽或銅的氧化物分別通過主喂料口，纖維狀填料通過主喂料口或側(cè)喂料口，加入到雙螺桿擠出機(jī)中，雙螺桿擠出機(jī)的溫控設(shè)置溫度為200℃～280℃；4)冷卻、切粒。通過檢測粒料中鋁元素和銅元素的含量，從而調(diào)節(jié)鋁鹽或鋁的氧化物、銅鹽或銅的氧化物的加入量。例如：1)取70Kg聚碳酸酯樹脂，30Kg聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯，進(jìn)行120℃～130℃預(yù)烘干處理；2)預(yù)烘干處理后的聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯經(jīng)過高混機(jī)混合均勻；3)將混合均勻的聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯、分別通過主喂料口，加入到雙螺桿擠出機(jī)中，雙螺桿擠出機(jī)的溫控設(shè)置溫度為200℃～280℃；取相對于聚碳酸酯樹脂和聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯總重量0.025％的三氧化二鋁、0.02％的氧化銅在主喂料口加入；4)冷卻、切粒。對粒料中鋁元素的含量進(jìn)行檢測，測得其中鋁元素含量為100ppm，銅元素含量為100ppm。實(shí)施例0～32及對比例1～3按表1至6的配方，制備實(shí)施例0～32及對比例1～3的PC合金材料，其性能測試，見表7。從實(shí)施例1～32可以看出，當(dāng)PC合金材料中添加適量鋁元素和銅元素后PC合金材料的翹曲、內(nèi)應(yīng)力、脫模性、色澤性能明顯提升。從對比例1～3可以看出，當(dāng)PC合金材料中添加的鋁元素和銅元素任意之一的含量過高時(shí)，PC合金材料的翹曲、內(nèi)應(yīng)力、色澤性能會受到明顯的影響。表1表2表3實(shí)施例18實(shí)施例19實(shí)施例20實(shí)施例21實(shí)施例22聚碳酸酯樹脂/kg7070707070聚酯A/kg30聚酯B/kg30聚酯C/kg30聚酯D/kg30聚酯E/kg30鋁元素來源三氧化二鋁三氧化二鋁三氧化二鋁三氧化二鋁三氧化二鋁銅元素來源氧化銅氧化銅氧化銅氧化銅氧化銅鋁元素含量/ppm3333333333銅元素含量/ppm3333333333表4實(shí)施例23實(shí)施例24實(shí)施例25實(shí)施例26聚碳酸酯樹脂/kg54917070聚酯A/kg30304.561鋁元素來源三氧化二鋁三氧化二鋁三氧化二鋁三氧化二鋁銅元素來源氧化銅氧化銅氧化銅氧化銅鋁元素含量/ppm33333333銅元素含量/ppm33333333表5表6對比例1對比例2對比例3聚碳酸酯樹脂/份707070聚酯A/份303030鋁元素來源三氧化二鋁三氧化二鋁三氧化二鋁銅元素來源氧化銅氧化銅氧化銅鋁元素含量/ppm555105557銅元素含量/ppm110539561表7當(dāng)前第1頁1 2 3