一种高黑亮、高抗冲聚苯乙烯复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料增强增韧，具体涉及一种高黑亮、高抗冲聚苯乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、目前塑料制件实现高亮黑效果的常用方式是在制件表面喷漆，但由于喷涂工艺复杂，不环保和成本高等缺点，正逐渐被另一种方式替代，即不用喷涂，直接注塑出高亮黑效果的塑料制件。目前应用较多的材料有abs/pmma、pc/abs、asa/pmma等材料，虽然具有工艺简单、环保等优势，但往往由于流动性不够的原因，制件会出现流痕、发雾等缺陷，在大型制件应用上受到限制。

2、hips材料是一种高抗冲聚苯乙烯，是由弹性体改性聚苯乙烯制成的热塑性材料，由橡胶相和连续的聚苯乙烯相构成的两相体系，具有光泽度高、流动性高、成本低等特点，广泛应用于家电行业。hips材料是通过减少橡胶粒径来实现高光泽效果的，但同时也降低了橡胶的增韧效果，而且由于橡胶粒径比abs材料中橡胶粒径大的多，在一些高亮制件尤其是黑色制件上，目视亮度和黑度均与abs材料有较大差异。

3、cn115505221a公开了一种高亮黑聚苯乙烯组合物，提出了在hips材料中通过调整苯乙烯-丁二烯-苯乙烯橡胶粒径的方式来实现高黑高亮效果，该组合物其由以下组分原料按照质量份数组成：hips树脂10-30份；gpps树脂50-80份；增韧剂10-25份；抗氧剂0.1-0.5份；润滑剂0.5-1.0份；光亮剂0.2-0.5份；黑色母3.0-5.0份，该树脂在合成过程中通过增加不同分子量的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物来控制橡胶粒径的大小，提高材料的光泽度，同时，保证材料的整体刚韧平衡，rqt-g-1型号的光亮剂改善物料的均匀分散性，提高制品表面的光滑及光泽性。然而，该发明技术在亮度和黑度上仍与abs材料有明显差距。

4、因此，如何提高聚苯乙烯材料高黑亮和高光泽性能的基础上使得聚苯乙烯材料满足刚韧平衡性，是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的问题，本发明提供一种高黑亮、高抗冲聚苯乙烯复合材料。所述聚苯乙烯材料通过高分子量聚苯乙烯树脂(gpps)和高刚性苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯树脂(smma)复配、同时选用主辅增韧剂和自制无载体黑色母粒与基体树脂的协同配合，使得所述聚苯乙烯复合材料的悬臂梁缺口冲击强度可达200j/m，具有高亮黑的特点，l值可达到26.5以下，光泽度60°可达到98以上，目视与abs材料基本无差异，解决了目前常规hips材料在亮度和黑度上的缺陷。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明提供一种高黑亮、高抗冲聚苯乙烯复合材料，所述材料包括以下重量份的组分：

4、gpps树脂：45-65份；

5、smma树脂：苯乙烯和二甲基丙烯酸甲酯的共聚物，15-30份；

6、增韧剂：15-25份；

7、抗氧剂：0.3-1份；

8、增塑剂：1-3份；

9、黑色母粒：2-3份；所述黑色母粒为由黑色粉、色粉分散剂和润滑剂组成，质量比为(5-7)：(1-2)：(2-3)；

10、所述聚苯乙烯复合材料的黑度l为26-26.5，悬臂梁缺口冲击强度为180-230j/m。

11、进一步地，所述gpps树脂的熔体流动速率为在200℃/5kg条件下为2-4g/10min。

12、进一步地，所述gpps树脂的分子量为30-35万。

13、进一步地，所述smma树脂中的mma的质量含量为30-40％。

14、进一步地，所述增韧剂为苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物的混合物，质量比为4：1。

15、进一步地，所述苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯的嵌段共聚物中苯乙烯的质量百分比为10-30％，粒径＜0.5μm；所述苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯的嵌段共聚物中苯乙烯的质量百分比为60-70％。

16、进一步地，所述抗氧剂为胺类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂。

17、进一步地，所述增塑剂为环烷油或白矿油。

18、进一步地，所述黑色母粒中，所述黑色粉为无机高色素炭黑，所述色粉分散剂为超细粒径乙撑双硬脂酸酰胺，粒径为40-80μm，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。

19、进一步优选地，所述黑色母粒中，黑色粉、色粉分散剂和润滑剂的质量比为6：2：2。

20、进一步地，所述黑色母粒是将黑色粉、色粉分散剂和润滑剂经高速混料、密炼捏合、挤出造粒、冷却分筛等步骤获得的。其中，所述密炼温度为140-170℃。

21、本发明还提供一种前述聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

22、(1)备料：按照原料组成，称取各自重量份的原料；

23、(2)制备预混料：将增韧剂和增塑剂加入高混锅中一起搅拌2-5min，得到预混料，静置4-8h后备用；

24、(3)混料：将gpps树脂、smma树脂、步骤(2)的预混料、抗氧剂、黑色母粒按照各自重量份数加入到搅拌釜中一起搅拌2-5min，充分混合得到混合料；

25、(4)挤出造粒：将步骤(3)的所述混合料投入到双螺杆挤出机进行挤出造粒，其中，所述双螺杆挤出机的加工温度为200-230℃，螺杆转速为500～600r/min，得到所述聚苯乙烯复合材料。

26、进一步地，步骤(2)中，所述搅拌的速率为300?-500r/min。

27、进一步地，步骤(3)中，所述搅拌的速率为300?-500r/min。

28、在本发明中，采用了苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sis)作为主增韧剂。相比于传统的增韧剂sbs，sis具有更好的流动性、柔顺性和粘结性。高流动性和高柔顺性使得sis在基体树脂中分布的更均匀，可以轻易的在分子链段间扭转，扩大了苯乙烯分子链段间距，使得黑色粉更容易渗入到树脂分子链段间。高粘合性使得gpps和smma共混界面间结合力更强，使得材料具有很高的抗冲击性能。

29、在本发明中，辅增韧剂选用了苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(sebs)，sebs中苯乙烯含量为60-70％，高苯乙烯含量使得sebs可以在gpps和smma树脂间起到相容作用，可以与主增韧剂sis在材料中构建复合互穿网络，提升材料的抗冲击性能。经过试验验证和分析，需要合适的主辅增韧剂比例，否则无法有效起到增容增韧作用，在优选的实施方案中，sis和sebs的质量比为4：1时，由此得到的聚苯乙烯复合材料的增容增韧效果最好。

30、在本发明中，由于主增韧剂选用了流动性和柔顺性较高的sis，会使得材料的刚性下降。为达到刚韧平衡性，在本发明的优选方案中，基体树脂选用了高分子量聚苯乙烯树脂和高刚性苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯树脂复配来提高最终材料的刚性。另外，由于两者都是透明树脂，再加上超细粒径sis橡胶和透明sebs橡胶，使得材料具有比通用hips材料更好的透度，更容易染黑。复合材料中需要合适的聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯比例，否则无法获得高物理性能的高亮黑聚苯乙烯复合材料。

31、在本发明中，为了便于分散和提高光泽度，采用了环烷油或白矿油作为增塑剂。一方面可以配合sis进一步软化具有较大位阻效应的苯环分子链，另一方面可以作为分散剂促进黑色粉在分子链段间的分散。

32、在本发明中，采用了自制无载体黑色母粒。相比于用常规有载体黑色母?；蛑苯犹砑犹亢诘姆椒?，所述自制黑色母优选炭黑、分散剂和润滑剂的组合，具有更好的分散性和染色能力。

33、本发明的有益效果在于：

34、1.常规的高光泽黑色hips材料由于橡胶粒径(0.8-1.5μm)的限制，l值仅可做到28左右，亮度目视与abs材料差异较大。本发明的高黑亮、高抗冲聚苯乙烯复合材料具有高亮黑的特点，l值可做到26.5以下，光泽度60°可达到98以上，目视与abs材料基本无差异。

35、2.常规的高光泽度聚苯乙烯材料的悬臂梁缺口冲击强度是100j/m左右，若继续用常用的增韧剂如sbs或sebs进行增韧的话，随着增韧剂用量的增加黑度和光泽度会显著下降，流动性也会降低。本发明选用纳米级橡胶sis进行增韧，能在大幅提高材料的韧性的同时保持很高的光泽度，悬臂梁缺口冲击强度可达200j/m，冲击性能与abs材料相当。而且流动性提升，减少制件表面缺陷，可以注塑大型制件。

36、3.本发明选用高分子量聚苯乙烯树脂和高刚性苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯树脂复配作为基体树脂、同时选用特定质量比的主辅增韧剂、同时加入自制无载体黑色母粒，通过各个组成的协同得到刚韧平衡、黑度和光泽度均显著提高的聚苯乙烯复合材料。

37、4、本发明的复合材料制备工艺简单、环保成本低，适合工业上大型制件应用。