本發(fā)明涉及樹脂合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能的pc合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
pc(聚碳酸酯)樹脂是一種綜合性能優(yōu)越的工程材料，也是近年來增長(zhǎng)最快的通用工程塑料，具有優(yōu)異的沖擊韌性、耐候性、電器絕緣性等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛的應(yīng)用于汽車、電子、建筑、設(shè)備等領(lǐng)域。但它也存在一些缺點(diǎn)，如加工流動(dòng)性差、易于應(yīng)力開裂、對(duì)缺口較敏感、易吸水以及耐磨性欠佳等，在實(shí)際使用過程中需要在其中添加合金材料組份以提高其使用性能。
現(xiàn)有技術(shù)中的pc合金材料是指以pc樹脂為主，混合加入其他材料并進(jìn)行高溫混煉后得到的一種非金屬合金材料，pc樹脂中添加不同的材料能夠得到不同的性能，現(xiàn)有技術(shù)中盡管出現(xiàn)了pc/abs合金材料、pc/pmma合金材料等，但是現(xiàn)有技術(shù)中的這些pc合金材料并沒有充分利用無機(jī)材料的優(yōu)越性能，其整體性能的提升很有限，這在一定程度上限制了這種pc合金材料在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。
因此如何對(duì)pc合金材料中各類組份及功能助劑成分進(jìn)行恰當(dāng)選擇與合理配比，以大幅提升pc合金材料的熱學(xué)、力學(xué)、光學(xué)和電學(xué)性能屬于本領(lǐng)域的技術(shù)難題，也是本領(lǐng)域具有廣闊前景的技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明基于上述現(xiàn)有技術(shù)問題，經(jīng)過大量的工程試驗(yàn)，創(chuàng)新的提出一種全新組成的pc合金材料及其制備方法，所述pc合金材料屬于一種全新的pc材料。本發(fā)明所述pc合金材料中通過創(chuàng)新的熔合pc樹脂和多種無機(jī)粉體，并創(chuàng)新對(duì)無機(jī)粉體材料進(jìn)行表面改進(jìn)處理，同時(shí)創(chuàng)新的配置了全新組成的復(fù)合阻燃劑和復(fù)合增韌劑，創(chuàng)新的選擇其他功能助劑，使得所制得的pc合金材料具有良好的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電學(xué)性能，其拉伸強(qiáng)度達(dá)到85-100mpa、斷裂伸長(zhǎng)率在105-112％、彎曲強(qiáng)度在135-155mpa、彎曲模量3500-4200mpa、缺口沖擊強(qiáng)度在42-55kj/m2、ul-94阻燃性在0.5mm、1mm和3mm時(shí)均達(dá)到v0級(jí)，各項(xiàng)性能均高于本領(lǐng)域常見的pc合金材料的性能，可見本發(fā)明所制得的pc合金材料集高強(qiáng)度、高韌性、高阻燃特性、高耐磨性、高熱穩(wěn)定性等于一身，屬于一種性能極佳的合金材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下：
一種pc合金材料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)包括以下組份：
進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的pc合金材料，其中所述pc合金材料由以下質(zhì)量份的各組份混合制得：
進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的pc合金材料，其中所述pc樹脂為含有由下述式(i)表示的結(jié)構(gòu)單元(i)和由下述式(ii)表示的結(jié)構(gòu)單元(ii)的聚碳酸酯，且結(jié)構(gòu)單元(i)和結(jié)構(gòu)單元(ii)的含量達(dá)到聚碳酸酯的90摩爾％以上，同時(shí)結(jié)構(gòu)單元(ii)的含量占結(jié)構(gòu)單元(i)和結(jié)構(gòu)單元(ii)總量的65～75摩爾％：
進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的pc合金材料，其中所述鋁包覆改性氧化鎂粉體通過利用原子層沉積技術(shù)在氧化鎂粉體表面沉積鋁包覆層而形成，其中氧化鎂粉體的粒徑為20-50微米，其中鋁包覆層的厚度在1-10nm。
進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的pc合金材料，其中所述表面改性氧化鋁粉體為表面經(jīng)硅烷改性的氧化鋁粉體，所述氧化鋁粉體為粒徑在55-90nm的納米氧化鋁，其表面改性過程包括：(1)將氧化鋁粉體均勻分散于乙醇溶劑中，其中氧化鋁粉體與乙醇溶劑的質(zhì)量/體積比為1g/1ml；(2)向步驟(1)中添加硅烷偶聯(lián)劑，所述硅烷偶聯(lián)劑的用量為氧化鋁粉體重量的3-8％，調(diào)節(jié)溶液ph值為3-7，控制反應(yīng)溫度在60-70℃，充分?jǐn)嚢韬蠓磻?yīng)2-3.5小時(shí)，其中所述硅烷偶聯(lián)劑選自甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或3-氨基丙基三乙氧基硅烷；(3)向步驟(2)的反應(yīng)液中通氮?dú)?，同時(shí)再添加反應(yīng)單體，所述反應(yīng)單體選自丙烯酸鈉單體或丙烯酰胺單體，其添加量為氧化鋁粉體重量的25-40％，然后攪拌30-60分鐘后，再加入引發(fā)劑并攪拌均勻，保持溫度在90-100℃間持續(xù)攪拌反應(yīng)5-7小時(shí)，其中所述引發(fā)劑選自過硫酸鉀或過硫酸銨，且所述引發(fā)劑的添加量為所述反應(yīng)單體重量的2-6％；(4)全部反應(yīng)完成后，經(jīng)過濾、清洗、烘干后得到表面改性氧化鋁粉體。
進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的pc合金材料，其中所述表面改性氧化鋁粉體為表面包覆吡咯烷二硫代氨基甲酸銨的氧化鋁粉體，具體包覆處理過程包括以下步驟：①稱取粒徑在55-90nm的氧化鋁粉體置于容器中，依次加0.001mol/l的硝酸溶液和1mol/l的kno3溶液，其中氧化鋁粉體和硝酸溶液的質(zhì)量體積比為1g:5-6ml，硝酸溶液和kno3溶液的體積比為25:1；②將步驟①的溶液置于超聲頻率40khz、超聲功率250w的條件下超聲分散10-15min，過濾，用二次水洗滌至中性，得到活化的納米氧化鋁粉體材料，備用；③稱取活化的納米氧化鋁粉體材料，懸浮在十二烷基苯磺酸鈉和吡咯烷二硫代氨基甲酸銨的混合水溶液中，反應(yīng)溫度為50-60℃，其中活化的納米氧化鋁粉體和混合水溶液的質(zhì)量體積比為1g:10ml，其中十二烷基苯磺酸鈉在混合溶液中的濃度為2g/l，吡咯烷二硫代氨基甲酸銨在混合溶液中的濃度為10.0g/l；④將步驟③的溶液置于超聲頻率40khz、超聲功率250w、加熱功率400w的條件下浸漬反應(yīng)10-15分鐘；⑤浸漬作用完成后，過濾，用蒸餾水洗滌3-4次，60℃條件下干燥3h，制得吡咯烷二硫代氨基甲酸銨包覆的表面改性氧化鋁粉體。
進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的pc合金材料，其中所述改性石墨烯為硅烷化改性石墨烯，其中石墨烯層數(shù)處于1-100層之間，其改性處理過程包括以下步驟：(1)制備氧化石墨烯；(2)制備氧化石墨烯有機(jī)分散溶液，將步驟(1)制得的氧化石墨烯均勻分散于有機(jī)溶劑中，得到氧化石墨烯有機(jī)分散溶液，其中所述氧化石墨烯和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為5-9:100，所述有機(jī)溶劑選自醇酯十二、松油醇、檸檬酸三丁酯、三乙醇胺、丁基卡必醇、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、鄰苯二甲酸二甲酯、油酸中的至少一種；(3)制備硅烷化改性氧化石墨烯分散液，將改性劑均勻分散于步驟(2)制得的氧化石墨烯有機(jī)分散溶液中，得到硅烷化改性氧化石墨烯分散液，其中所述改性劑的使用量滿足以下關(guān)系：所述改性劑與步驟(2)制得的氧化石墨烯有機(jī)分散溶液中所分散的氧化石墨烯的質(zhì)量比為5-10:1，其中所述的改性劑選自甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、辛基甲基二甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、3-(氨基丙基)三乙氧基硅烷中的至少一種；(4)制備還原氧化石墨烯分散液，將還原劑均勻分散于步驟(3)制得的硅烷化改性氧化石墨烯分散液中，得到還原氧化石墨烯分散液，其中所述還原劑的使用量滿足以下關(guān)系：所述還原劑與步驟(2)制得的氧化石墨烯有機(jī)分散溶液中所分散的氧化石墨烯的質(zhì)量比為2-4:1，其中所述還原劑選自抗壞血酸、硫代硫酸鈉、二甲基肼、水合肼、乙醇、二乙二醇、n,n′-二環(huán)己基碳二亞胺中的至少一種；(5)過濾、烘干得到所述改性石墨烯，具體的將步驟(4)制得的還原氧化石墨烯分散液通過孔徑為0.4-0.6μm的pvdf膜進(jìn)行過濾，并用乙醇或丙酮多次洗滌，以除去殘余的改性劑和還原劑，最后在真空干燥箱中烘干24h以上，得到所述改性石墨烯。
進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的pc合金材料，其中所述復(fù)合型增韌劑由主增韌劑和副增韌劑按照質(zhì)量比1.5-2:1混合制得，所述主增韌劑為熱塑性聚氨酯彈性體，所述副增韌劑為高密度聚乙烯接枝馬來酸苷(hdpe－g－mah)；所述復(fù)合型阻燃劑由主阻燃劑和輔助阻燃劑按照質(zhì)量比1-1.2:1混合制得，所述主阻燃劑為磷-氮-硫阻燃劑，其結(jié)構(gòu)式如下所示：
所述輔助阻燃劑為烷基氨基硅烷(亞)磷酸鹽，其結(jié)構(gòu)式如下所示：
其中r1和r2為(ch2)m，1≤m≤6；r3為(ch2)kch3，0≤k≤5；r為(ch2)pch3或苯基，0≤p≤5；1≤n≤6。
進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的pc合金材料，其中所述相容劑采用質(zhì)量比為1:1的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物和苯乙烯接枝馬來酸酐共聚物的復(fù)配物；所述抗滴落劑采用質(zhì)量比為3：1的聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯的復(fù)配物；所述抗氧劑為受阻酚類抗氧劑和亞磷酸酯類抗氧劑的混合物；所述硅烷偶聯(lián)劑由20-30重量份的對(duì)苯二甲酸鈣、10-15重量份的對(duì)苯二甲酸鈉、10-20重量份的對(duì)苯二甲酸鋁、10-15重量份的雙-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物、8-12重量份的γ-巰丙基三乙氧基硅烷、12-20重量份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷、5-10重量份的γ-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、2-6重量份的硬脂酸和5-12重量份的白炭黑混合反應(yīng)制得；所述紫外光吸收劑采用2-(2'-羥基-3',5'-二叔丁基)-5-氯代苯并三唑。
進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的pc合金材料，其中所述pc合金材料在astm-d638測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下的拉伸強(qiáng)度在85-100mpa、斷裂伸長(zhǎng)率在105-112％，在astm-d790測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下的彎曲強(qiáng)度在135-155mpa、彎曲模量在3500-4200mpa，在astm-d256測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下的缺口沖擊強(qiáng)度在42-55kj/m2，在ul-94測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下在0.5mm-3mm的阻燃級(jí)別均達(dá)到v0級(jí)。
一種本發(fā)明所述pc合金材料的制備方法，包括以下步驟：
步驟(1)、按上述重量份稱取干燥后的所述鋁包覆改性氧化鎂粉體、表面改性氧化鋁粉體和金紅石型鈦白粉，充分混合均勻后制得粉體混合料；
步驟(2)、稱取上述重量份的所述pc樹脂，并與步驟(1)制得的粉體混合料一并加入高速混合機(jī)中，同時(shí)一并加入按上述重量份配比稱取的所述改性石墨烯、復(fù)合阻燃劑、復(fù)合增韌劑、相容劑、硅烷偶聯(lián)劑、抗氧劑、抗滴落劑和紫外光吸收劑，使各物質(zhì)一起高速攪拌120～160分鐘進(jìn)行預(yù)混后，再由高速混合機(jī)的出料口將各物料送入雙螺桿擠出機(jī)的喂料口，控制雙螺桿擠出機(jī)的加工溫度在180℃～360℃，螺桿轉(zhuǎn)速120～500r/min，通過雙螺桿擠出機(jī)塑化共混后擠出、冷卻、干燥、造粒成型，得到所述pc合金材料。
本發(fā)明所述的技術(shù)方案具有以下技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)效果：
1)、本發(fā)明首創(chuàng)的在以pc樹脂為主的pc合金材料中同時(shí)熔合了氧化鎂粉體、氧化鋁粉體和鈦白粉，使得所制得的pc合金材料同時(shí)結(jié)合了pc樹脂材料高韌性、高強(qiáng)度的有機(jī)材料力學(xué)特性和無機(jī)粉體材料高遮光、高硬度、高耐熱性、高阻燃性和高耐磨性的無機(jī)材料力學(xué)、熱學(xué)性能，并具有高遮光和紫外吸收的光學(xué)性能、具有絕緣和熱電穩(wěn)定的電學(xué)性能，屬于一種全新的pc合金材料，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。
2)、本發(fā)明所述pc合金中，創(chuàng)新的對(duì)其中的氧化鎂粉體進(jìn)行了鋁包覆改性、對(duì)其中的氧化鋁粉體進(jìn)行了有機(jī)表面改性，相比于現(xiàn)有技術(shù)中只是選擇添加一種無機(jī)粉體材料，不但通過多種無機(jī)粉體材料的創(chuàng)新組配提升了合金材料的遮光、耐磨、耐熱和阻燃性，而且通過對(duì)粉體材料創(chuàng)新的進(jìn)行表面處理，并同時(shí)創(chuàng)新的加入石墨烯，大大提升了粉體材料在樹脂基體材料中的分散融合程度，實(shí)現(xiàn)了pc合金中均勻分散融合無機(jī)粉體材料的合成技術(shù)，創(chuàng)造了一種全新的高性能pc合金。
3)、本發(fā)明首創(chuàng)的在pc合金中使用了自制的復(fù)合阻燃劑，所述復(fù)合阻燃劑首創(chuàng)的使用磷-氮-硫阻燃劑和烷基氨基硅烷(亞)磷酸鹽阻燃劑的混合，實(shí)現(xiàn)了阻燃劑分子內(nèi)多種阻燃元素的性能匹配，在降低阻燃劑整體使用量的同時(shí)大大提升了材料的阻燃性能。
4)、本發(fā)明首創(chuàng)的在pc合金中使用了自制的復(fù)合增韌劑，所述復(fù)合增韌劑由熱塑性聚氨酯彈性體主增韌劑和高密度聚乙烯接枝馬來酸苷(hdpe－g－mah)副增韌劑混合組成，大大提升了pc合金材料的韌性。
5)、同時(shí)本發(fā)明創(chuàng)新選擇了包括硅烷偶聯(lián)劑、相容劑等在內(nèi)的功能助劑，使得pc樹脂與多種粉體能夠很好的熔煉在一起，提升了pc合金材料的熱穩(wěn)定性。
6)、總之本發(fā)明所述pc合金材料通過對(duì)組份進(jìn)行創(chuàng)新選擇和合理配比，使得所制得的pc合金材料具有抗裂強(qiáng)度大、抗拉伸和抗彎曲性強(qiáng)，耐熱耐磨耐腐蝕性好，阻燃性能優(yōu)越，加工流動(dòng)性好，具有良好的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電學(xué)綜合性能，同時(shí)加工工藝更加合理科學(xué)，降低了加工成本，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施方式和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加清楚的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，但并不因此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
本發(fā)明所述高強(qiáng)度、高韌性、高阻燃性、高熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱遮光性能優(yōu)越的pc合金材料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)包括以下組份：
本發(fā)明所述pc合金材料進(jìn)一步優(yōu)選的由下述各組份混合制得：
本發(fā)明所述pc合金材料中的上述各組份的具體組成結(jié)構(gòu)及制備過程如下所述：
(一)pc樹脂，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)為100份；
進(jìn)一步的，所述pc樹脂優(yōu)選的為含有由下述式(i)表示的結(jié)構(gòu)單元(i)和由下述式(ii)表示的結(jié)構(gòu)單元(ii)的聚碳酸酯，結(jié)構(gòu)單元(ii)的含量比例相對(duì)于結(jié)構(gòu)單元(i)和結(jié)構(gòu)單元(ii)的總量為65～75摩爾％。
所述聚碳酸酯優(yōu)選的主要含有作為1,4-環(huán)己烷二甲醇?xì)埢纳鲜鼋Y(jié)構(gòu)單元(i)和作為1,1-雙(4-羥苯基)-3,3,5-三甲基環(huán)己烷殘基的上述結(jié)構(gòu)單元(ii)，在不損害本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)，可以含有結(jié)構(gòu)單元(i)和(ii)以外的其他熟知的共聚成分。進(jìn)一步優(yōu)選的所述pc樹脂實(shí)質(zhì)上由上述結(jié)構(gòu)單元(i)和(ii)構(gòu)成，優(yōu)選聚碳酸酯樹脂整體的結(jié)構(gòu)單元的90摩爾％以上為上述結(jié)構(gòu)單元(i)和(ii)，更進(jìn)一步優(yōu)選95摩爾％以上為結(jié)構(gòu)單元(i)和(ii)。采用這種結(jié)構(gòu)的所述聚碳酸酯作為所述pc樹脂能夠提高pc材料整體的耐熱性，并保證其具有良好的制作流動(dòng)性。
(二)鋁包覆改性氧化鎂粉體，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)為18-25份，優(yōu)選的20-23份；
所述鋁包覆改性氧化鎂粉體為對(duì)氧化鎂粉體進(jìn)行包覆改性處理的產(chǎn)物，其中氧化鎂粉體的粒徑在20-50微米，優(yōu)選的為25-35微米，通過原子層沉積技術(shù)(ald)在氧化鎂粉體顆粒的表面沉積形成鋁包覆層，其中鋁包覆層的厚度在1-10nm，優(yōu)選的在5-8nm之間。鋁包覆改性氧化鎂粉體大大提升了氧化鎂基粉體在pc樹脂中的分散能力，并更好地促進(jìn)了氧化鎂性能在pc合金材料中的發(fā)揮。
(三)表面改性氧化鋁粉體，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)為12-16份，優(yōu)選的為12-15份；所述的表面改性氧化鋁粉體為表面經(jīng)硅烷改性的氧化鋁粉體，其中的氧化鋁粉體為納米氧化鋁，具體的為γ-al2o3，粒徑55-90nm。具體方法包括：(1)將納米氧化鋁粉體均勻分散于乙醇溶劑中，其中氧化鋁粉體添加質(zhì)量(按克計(jì))與乙醇溶劑體積(按毫升計(jì))的比例關(guān)系1g：1ml，優(yōu)選的將100mg氧化鋁粉體分散于100ml乙醇溶劑中；(2)向步驟(1)得到的氧化鋁分散液中添加硅烷偶聯(lián)劑，其中所述硅烷偶聯(lián)劑的用量為納米氧化鋁粉體重量的3-8％，調(diào)節(jié)溶液ph值為3-7，優(yōu)選的采用草酸調(diào)節(jié)ph值，并控制反應(yīng)溫度在60-70℃，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)2-3.5小時(shí)，所述的硅烷偶聯(lián)劑選自甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或3-氨基丙基三乙氧基硅烷；(3)充分反應(yīng)后向所述反應(yīng)體系溶液中通氮?dú)猓瑫r(shí)再添加反應(yīng)單體，所述反應(yīng)單體選自丙烯酸鈉單體或丙烯酰胺單體，其添加量為納米氧化鋁粉體重量的25-40％，然后攪拌30-60min后，再加入引發(fā)劑并攪拌均勻，保持溫度在90-100℃并持續(xù)攪拌反應(yīng)5-7小時(shí)，其中所述引發(fā)劑選自過硫酸鉀或過硫酸銨，且所述引發(fā)劑的添加質(zhì)量為所述反應(yīng)單體添加質(zhì)量的2-6％；(4)全部反應(yīng)完成后，經(jīng)過濾，清洗，烘干后即可得表面改性的氧化鋁粉體，經(jīng)測(cè)試器氧化鋁的表面包覆率可達(dá)5-10％。本發(fā)明創(chuàng)新的對(duì)氧化鋁粉體進(jìn)行硅烷改性包覆，使得表面改性后的氧化鋁粉體在樹脂基體中的相容性和分散穩(wěn)定性大幅提升。
亦可選擇性的通過對(duì)氧化鋁粉體表面包覆吡咯烷二硫代氨基甲酸銨進(jìn)行氧化鋁粉體的表面改性處理，具體的包括如下步驟：①稱取納米氧化鋁粉體(粒徑55-90nm)置于容器中，依次加0.001mol/l硝酸和1mol/lkno3溶液，其中納米氧化鋁/硝酸溶液的g/ml為1:5-6，硝酸溶液/kno3溶液的體積比為25:1；②將步驟①的溶液置于超聲頻率40khz、超聲功率250w的條件下超聲分散10-15min，過濾，用二次水洗滌至中性，得活化的納米氧化鋁粉體材料，備用；③稱取活化的納米氧化鋁粉體材料，懸浮在十二烷基苯磺酸鈉和吡咯烷二硫代氨基甲酸銨的混合水溶液中，反應(yīng)溫度為50-60℃，其中活化的納米氧化鋁/混合水溶液的g/ml為1:10；其中十二烷基苯磺酸鈉在混合溶液中的濃度為2g/l，吡咯烷二硫代氨基甲酸銨在混合溶液中的濃度為10.0g/l；④將步驟③的溶液置于超聲頻率40khz、超聲功率250w、加熱功率400w的條件下浸漬反應(yīng)10-15min；⑤浸漬作用完成后，過濾，用蒸餾水洗滌3-4次，60℃條件下干燥3h，制得吡咯烷二硫代氨基甲酸銨修飾的表面改性納米氧化鋁粉體。
(四)改性石墨烯，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)為6-12份，優(yōu)選的為8-10份；
所述的改性石墨烯為硅烷化改性石墨烯，其中石墨烯層數(shù)處于1-100層之間，優(yōu)選的處于1-60層之間，進(jìn)一步優(yōu)選的處于1-30層之間，更優(yōu)選的處于1-10層之間，最優(yōu)選的處于1-5層之間。所述改性石墨烯的制備包括以下方法步驟：
(1)制備氧化石墨烯。所述的氧化石墨烯(grapheneoxide)是石墨烯的氧化物，石墨經(jīng)氧化后，其上含氧官能團(tuán)增多而使其性質(zhì)較石墨更加活潑，可經(jīng)由各種與含氧官能團(tuán)的反應(yīng)而改善本身性質(zhì)，所述氧化石墨烯由hummers法或改進(jìn)的hummers法制備得到。
(2)制備氧化石墨烯有機(jī)分散溶液。將步驟(1)制得的氧化石墨烯均勻分散于有機(jī)溶劑中，得到氧化石墨烯有機(jī)分散溶液，其中所述氧化石墨烯和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為5-9:100，所述有機(jī)溶劑選自醇酯十二、松油醇、檸檬酸三丁酯、三乙醇胺、丁基卡必醇、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、鄰苯二甲酸二甲酯、油酸中的至少一種。優(yōu)選的所述有機(jī)溶劑的構(gòu)成為：由32-36重量份的醇酯十二、3-5重量份的松油醇、4-6重量份的檸檬酸三丁酯、6-9重量份的三乙醇胺、0.5-1重量份的丁基卡必醇、2-5重量份的戊二酸二甲酯、0.4-1重量份的己二酸二甲酯、2-4重量份的鄰苯二甲酸二甲酯和5-10重量份的油酸共同組成。
(3)制備硅烷化改性氧化石墨烯分散液。將改性劑均勻分散于步驟(2)制得的氧化石墨烯有機(jī)分散溶液中，得到硅烷化改性氧化石墨烯分散液，其中所述改性劑的使用量滿足以下關(guān)系：所述改性劑與步驟(2)制得的氧化石墨烯有機(jī)分散溶液中所分散的氧化石墨烯的質(zhì)量比為5-10:1，其中所述的改性劑選自甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、辛基甲基二甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、3-(氨基丙基)三乙氧基硅烷中的至少一種。進(jìn)一步優(yōu)選的所述改性劑的構(gòu)成為10-12重量份的甲基三甲氧基硅烷、1-3重量份的丙基三甲氧基硅烷、2-5重量份的辛基三甲氧基硅烷、1-3重量份的十八烷基三甲氧基硅烷、0.5-0.8重量份的二甲基二乙氧基硅烷、0.6-0.8重量份的辛基甲基二甲氧基硅烷、1.2-1.6重量份的正辛基三乙氧基硅烷和0.8-1.2重量份的3-(氨基丙基)三乙氧基硅烷。由于氧化石墨烯表面含有豐富的含氧基團(tuán)，極容易與硅烷化改性試劑的硅氧鍵發(fā)生水解反應(yīng)，使氧化石墨烯表面實(shí)現(xiàn)硅烷化改性。
(4)制備還原氧化石墨烯分散液。將還原劑均勻分散于步驟(3)制得的硅烷化改性氧化石墨烯分散液中，得到還原氧化石墨烯分散液。其中所述還原劑的使用量滿足以下關(guān)系：所述還原劑與步驟(2)制得的氧化石墨烯有機(jī)分散溶液中所分散的氧化石墨烯的質(zhì)量比為2-4:1。其中所述還原劑選自抗壞血酸、硫代硫酸鈉、二甲基肼、水合肼、乙醇、二乙二醇、n,n′-二環(huán)己基碳二亞胺中的至少一種。更優(yōu)選的所述還原劑的構(gòu)成為5-8重量份的抗壞血酸、0.5-1重量份的硫代硫酸鈉、2-4重量份的二甲基肼、1-3重量份的水合肼、6-8重量份的乙醇和0.5-2重量份的n，n′-二環(huán)己基碳二亞胺。
(5)過濾、烘干得到改性石墨烯。具體方法優(yōu)選的為：將步驟(4)制得的還原氧化石墨烯分散液通過孔徑為0.4-0.6μm的pvdf膜進(jìn)行過濾，并用乙醇或丙酮多次洗滌，以除去殘余的改性劑和還原劑，最后在真空干燥箱中烘干24h，得到改性石墨烯，經(jīng)測(cè)試所制得的改性石墨烯的石墨烯層數(shù)處于1-10層之間。
(五)金紅石型鈦白粉，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)為5-8份，優(yōu)選的為6-8份；其粒徑為200-600nm，至少90％以上的粉體粒徑滿足這一條件。
(六)復(fù)合阻燃劑，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)為3-6份，優(yōu)選的為5-6份；
由于聚碳酸酯(pc)本身只能達(dá)到垂直燃燒ul94v–2等級(jí)，其極限氧指數(shù)(loi)約為25％，隨著pc材料應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大，在一些電子、電器領(lǐng)域要求其具有更高的阻燃性能。一般來說，提高pc材料阻燃性能的方法是通過添加不同類型的阻燃劑來實(shí)現(xiàn)，這些阻燃劑按照阻燃元素種類不同可分為含鹵素、氮、磷、硫、硅等阻燃劑。申請(qǐng)人通過長(zhǎng)期的阻燃研究發(fā)現(xiàn)分子內(nèi)含有多種性能匹配的阻燃元素的阻燃劑是pc材料理想的高效阻燃劑。因此本發(fā)明創(chuàng)新的將阻燃劑采用自身創(chuàng)新制造的復(fù)合型阻燃劑，由主阻燃劑和輔助阻燃劑組成按照質(zhì)量比1-1.2:1的方式混合制備，其中所述的主阻燃劑包括磷-氮-硫阻燃劑，其分子結(jié)構(gòu)式如下所示：
所述磷-氮-硫阻燃劑的質(zhì)量含量應(yīng)當(dāng)控制在pc樹脂質(zhì)量的1.5-3.6％，在此范圍內(nèi)經(jīng)測(cè)試(采用loi測(cè)定儀：hc-2型，南京市江寧分析儀器廠；水平垂直燃燒測(cè)定儀：czf–5型，南京市江寧分析儀器廠；熱重(tg)分析儀：netzsch–4型，德國(guó)耐馳儀器公司)pc材料的阻燃loi值達(dá)到35％以上。當(dāng)磷-氮-硫阻燃劑相對(duì)于pc樹脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3.6％時(shí)pc的loi趨向于穩(wěn)定。這說明不能通過繼續(xù)增加添加量來提高pc的阻燃性，可能的原因是磷-氮-硫分子內(nèi)含有磺基與穩(wěn)定性較差的p—o—c鍵，少量的阻燃劑在pc燃燒初期能催化其發(fā)生交聯(lián)、成炭，而過量的阻燃劑并不能對(duì)其交聯(lián)、成炭過程產(chǎn)生更大的催化作用。因此為使阻燃性能進(jìn)一步提高，與所述主阻燃劑配合的添加有輔助阻燃劑，所述輔助阻燃劑為烷基氨基硅烷(亞)磷酸鹽，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如下式所示：
該結(jié)構(gòu)式中，r1和r2為(ch2)m，其中，1≤m≤6；r3為(ch2)kch3，其中，0≤k≤5；r為(ch2)pch3或苯基，其中，0≤p≤5；1≤n≤6。通過這種主阻燃劑和輔助阻燃劑組成的復(fù)合型阻燃劑能夠大幅提高pc材料的阻燃特性，同時(shí)其中的主阻燃劑也屬于一種良好的pc抗滴落劑。
(七)復(fù)合增韌劑，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)為3-8份，優(yōu)選3-5份。本發(fā)明中用到的增韌劑優(yōu)選的也采用復(fù)合增韌劑組成結(jié)構(gòu)，包括主增韌劑和副增韌劑，兩者的質(zhì)量比為1.5-2:1，所述的主增韌劑為熱塑性聚氨酯彈性體增韌劑，所述的熱塑性聚氨酯彈性體增韌劑由70-90重量份的聚氨酯-納米粉體復(fù)合組份、3-10份重量份的擴(kuò)鏈劑、0.5-2重量份的抗氧化劑和1.2-4重量份的水解穩(wěn)定劑混煉制成，其中所述聚氨酯-納米粉體復(fù)合組份由聚醚多元醇、異氰酸酯、復(fù)合納米粉體、硅烷偶聯(lián)劑、擴(kuò)鏈劑和勻泡劑反應(yīng)制得，所述聚氨酯-納米粉體復(fù)合組份自身構(gòu)成中所含各成分的重量份數(shù)為：聚醚多元醇30-75重量份、異氰酸酯10-40重量份、復(fù)合納米粉體10-25重量份、硅烷偶聯(lián)劑1.5-9重量份、擴(kuò)鏈劑5-25重量份、勻泡劑0.5-3重量份，其中所述復(fù)合納米粉體的粒徑處于20-50nm間，且所述復(fù)合納米粉體由粒徑在20-50nm且質(zhì)量百分比含量在70-80％的納米sic、粒徑在30-40nm且質(zhì)量百分比含量在5-8％的納米tio2、粒徑在30-60nm且質(zhì)量百分比含量在3-5％的納米zno、粒徑在30-60nm且質(zhì)量百分比含量在1-3％的納米cr2o3、粒徑在30-40nm且質(zhì)量百分比含量在8-10％的納米al2o3和粒徑30-50nm且質(zhì)量百分比含量在3-6％的納米sio2組成。所述的副增韌劑為高密度聚乙烯接枝馬來酸苷(hdpe－g－mah)增韌劑。
(八)相容劑，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)為8-20份，優(yōu)選10-15份，所述相容劑優(yōu)選的采用質(zhì)量比為1：1的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(eea)和苯乙烯接枝馬來酸酐共聚物(sma)的復(fù)配增容劑。
(九)抗滴落劑，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)為0.5-1.2份，優(yōu)選0.6-1份，所述的抗滴落劑優(yōu)選的采用質(zhì)量比為3：1的聚四氟乙烯(ptfe)與聚偏氟乙烯(pvdf)的復(fù)配物；
(十)抗氧劑，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)為0.5-1.5份，優(yōu)選0.8-1.2份，所述抗氧劑為受阻酚類抗氧劑和亞磷酸酯類抗氧劑的混合，所述的受阻酚類抗氧劑為二縮三乙二醇雙[β-(3-叔丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙酸酯]、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羥苯基)丙酸]季戊醇酯或β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯；所述的亞磷酸酯類抗氧劑為三(2.4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯或季戊四醇雙亞磷酸二(2.4-二特丁基苯基)酯。
(十一)硅烷偶聯(lián)劑，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)為1.5-2.5份，優(yōu)選2-2.5份，優(yōu)選的所述硅烷偶聯(lián)劑自身由20-30重量份的對(duì)苯二甲酸鈣、10-15重量份的對(duì)苯二甲酸鈉、10-20重量份的對(duì)苯二甲酸鋁、10-15重量份的雙-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物、8-12重量份的γ-巰丙基三乙氧基硅烷、12-20重量份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷、5-10重量份的γ-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、2-6重量份的硬脂酸和5-12重量份的白炭黑混合反應(yīng)制得。
(十二)紫外光吸收劑，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)為1.5-2份，優(yōu)選1.6-1.8份。本發(fā)明創(chuàng)新的在pc合金材料中添加有紫外光吸收材料，使得所述pc合金材料對(duì)可見光以外的紫外波段光具有良好的過濾作用，能夠有效的避免紫外輻射對(duì)人體造成的傷害，所述的紫外光吸收劑優(yōu)選的采用2-(2'-羥基-3',5'-二叔丁基)-5-氯代苯并三唑。
下面給出本發(fā)明所述高強(qiáng)度pc合金材料的制備方法，具體的包括以下步驟：
(1)、按照上述組成制備各原料物質(zhì)；
(2)、按上述重量配比稱取干燥后的鋁包覆改性氧化鎂粉體、表面改性氧化鋁粉體和金紅石型鈦白粉，充分混合均勻后，制得粉體混合料；
(3)、稱取上述重量份的pc樹脂，并與步驟(2)制得的粉體混合料一并加入高速混合機(jī)中，同時(shí)一并加入按所述重量配比稱取的所述改性石墨烯、復(fù)合阻燃劑、復(fù)合增韌劑、相容劑、硅烷偶聯(lián)劑、抗氧劑、抗滴落劑和紫外光吸收劑，使各物質(zhì)一起高度攪拌120～160分鐘進(jìn)行預(yù)混后，再由高速混合機(jī)的出料口將各物料送入雙螺桿擠出機(jī)的喂料口，控制雙螺桿擠出機(jī)的加工溫度在180℃～360℃，螺桿轉(zhuǎn)速120～500r/min，通過雙螺桿擠出機(jī)塑化共混后擠出、冷卻、干燥、造粒成型，得到本發(fā)明的所述粉體加強(qiáng)的pc合金材料。
經(jīng)測(cè)試本發(fā)明所述pc合金材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到85-100mpa，斷裂伸長(zhǎng)率在105-112％，彎曲強(qiáng)度在135-155mpa，彎曲模量3500-4200mpa，缺口沖擊強(qiáng)度在42-55kj/m2，ul94阻燃性在0.5mm、1mm和3mm時(shí)均達(dá)到v0級(jí)，可見本發(fā)明所制得的pc合金材料集高強(qiáng)度、高韌性、高阻燃特性、高熱穩(wěn)定性于一身，屬于一種吸能集佳的無機(jī)合金材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。
實(shí)施例1
按照以下重量份稱取各物質(zhì)并按照上述方法進(jìn)行混煉得到pc合金材料，其中
其中pc樹脂中90摩爾％以上為上述結(jié)構(gòu)單元(i)和(ii)，且結(jié)構(gòu)單元(ii)的含量比例相對(duì)于結(jié)構(gòu)單元(i)和結(jié)構(gòu)單元(ii)的總量為65摩爾％。
其中鋁包覆改性氧化鎂粉體中90％以上的氧化鎂粉體的粒徑在25-35微米，鋁包覆層的厚度在1-5nm之間。
其中表面改性氧化鋁粉體為表面經(jīng)硅烷改性的氧化鋁粉體，其中90％以上的氧化鋁粉體的粒徑在60-80nm之間。
改性石墨烯為硅烷化改性石墨烯，石墨烯層數(shù)處于1-30層之間。
金紅石型鈦白粉的粒徑為200-400nm。
其中的復(fù)合阻燃劑由主阻燃劑和輔助阻燃劑按照質(zhì)量比1:1配比。
其中的復(fù)合增韌劑由主增韌劑和副增韌劑按照質(zhì)量比2:1配比。
其他組份及具體制備過程如上所述的，其中本實(shí)施例在混煉過程中控制雙螺桿擠出機(jī)的加工溫度在180℃～260℃，螺桿轉(zhuǎn)速130～260r/min，通過雙螺桿擠出機(jī)塑化共混后擠出、冷卻、干燥、造粒成型，得到本發(fā)明的所述的pc合金材料。
實(shí)施例2
按照以下重量份稱取各物質(zhì)并按照上述方法進(jìn)行混煉得到pc合金材料，其中
其中pc樹脂中90摩爾％以上為上述結(jié)構(gòu)單元(i)和(ii)，且結(jié)構(gòu)單元(ii)的含量比例相對(duì)于結(jié)構(gòu)單元(i)和結(jié)構(gòu)單元(ii)的總量為75摩爾％。
其中鋁包覆改性氧化鎂粉體中90％以上的氧化鎂粉體的粒徑在25-35微米，鋁包覆層的厚度在3-8nm之間。
其中表面改性氧化鋁粉體為表面包覆吡咯烷二硫代氨基甲酸銨的氧化鋁粉體，其中90％以上的氧化鋁粉體的粒徑在60-80nm之間。
其中改性石墨烯為硅烷化改性石墨烯，石墨烯層數(shù)處于1-15層之間。
其中金紅石型鈦白粉的粒徑為300-500nm。
其中的復(fù)合阻燃劑由主阻燃劑和輔助阻燃劑按照質(zhì)量比1:1配制。
其中的復(fù)合增韌劑由主增韌劑和副增韌劑按照質(zhì)量比1.8:1配制。
其他組份及具體制備過程如上所述的，其中本實(shí)施例在混煉過程中控制雙螺桿擠出機(jī)的加工溫度在280℃～360℃，螺桿轉(zhuǎn)速200～460r/min，通過雙螺桿擠出機(jī)塑化共混后擠出、冷卻、干燥、造粒成型，得到本發(fā)明的所述的pc合金材料。
實(shí)施例3
按照以下重量份稱取各物質(zhì)并按照上述方法進(jìn)行混煉得到pc合金材料，其中
其中pc樹脂中90摩爾％以上為上述結(jié)構(gòu)單元(i)和(ii)，且結(jié)構(gòu)單元(ii)的含量比例相對(duì)于結(jié)構(gòu)單元(i)和結(jié)構(gòu)單元(ii)的總量為72摩爾％。
其中鋁包覆改性氧化鎂粉體中90％以上的氧化鎂粉體的粒徑在25-35微米，鋁包覆層的厚度在6-10nm之間。
其中表面改性氧化鋁粉體為表面經(jīng)硅烷改性的氧化鋁粉體，其中90％以上的氧化鋁粉體的粒徑在60-90nm之間。
其中改性石墨烯為硅烷化改性石墨烯，石墨烯層數(shù)處于1-25層之間。
其中金紅石型鈦白粉的粒徑為400-600nm。
其中的復(fù)合阻燃劑由主阻燃劑和輔助阻燃劑安裝質(zhì)量比1.2:1配比。
其中的復(fù)合增韌劑由主增韌劑和副增韌劑按照質(zhì)量比1.5:1配比。
其他組份及具體制備過程如上所述的，其中本實(shí)施例在混煉過程中控制雙螺桿擠出機(jī)的加工溫度在220℃～280℃，螺桿轉(zhuǎn)速180～400r/min，通過雙螺桿擠出機(jī)塑化共混后擠出、冷卻、干燥、造粒成型，得到本發(fā)明的所述的pc合金材料。
實(shí)施例4
按照以下重量份稱取各物質(zhì)并按照上述方法進(jìn)行混煉得到pc合金材料，其中
其中pc樹脂中95摩爾％以上為上述結(jié)構(gòu)單元(i)和(ii)，且結(jié)構(gòu)單元(ii)的含量比例相對(duì)于結(jié)構(gòu)單元(i)和結(jié)構(gòu)單元(ii)的總量為70摩爾％。
其中鋁包覆改性氧化鎂粉體中90％以上的氧化鎂粉體的粒徑在25-35微米，鋁包覆層的厚度在3-6nm之間。
其中表面改性氧化鋁粉體為表面經(jīng)硅烷改性的氧化鋁粉體，其中90％以上的氧化鋁粉體的粒徑在60-90nm之間。
其中改性石墨烯為硅烷化改性石墨烯，石墨烯層數(shù)處于1-15層之間。
其中金紅石型鈦白粉的粒徑為200-400nm。
其中的復(fù)合阻燃劑由主阻燃劑和輔助阻燃劑按照質(zhì)量比1:1配比。
其中的復(fù)合增韌劑由主增韌劑和副增韌劑按照質(zhì)量比2:1配比。
其他組份及具體制備過程如上所述的，其中本實(shí)施例在混煉過程中控制雙螺桿擠出機(jī)的加工溫度在210℃～260℃，螺桿轉(zhuǎn)速180～400r/min，通過雙螺桿擠出機(jī)塑化共混后擠出、冷卻、干燥、造粒成型，得到本發(fā)明的所述的pc合金材料。
各實(shí)施例的性能測(cè)試如下：
可見本發(fā)明所制得的pc合金材料集高強(qiáng)度、高韌性、高阻燃特性、高熱穩(wěn)定性于一身，屬于一種性能極佳的無機(jī)遮光合金材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。
以上僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述，并不將本發(fā)明的技術(shù)方案限制于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的主要技術(shù)構(gòu)思的基礎(chǔ)上所作的任何公知變形都屬于本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)范疇，本發(fā)明具體的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書的記載為準(zhǔn)。