本發(fā)明涉及一種聚苯乙烯基復合材料及其制備方法和應用，具體涉及一種高性能聚苯乙烯基復合材料及其制備方法和應用。
背景技術：
目前，聚苯乙烯在工業(yè)上可以用于制造儀表外殼、燈罩、化學儀器零件和透明模型等；在電氣方面可用于制造絕緣材料、接線盒和電池盒等；在日用品方面，廣泛用于制造包裝材料及各種容器、玩具等；發(fā)泡型的聚苯乙烯塑料用于反震、隔音材料及電冰箱襯里等。
聚苯乙烯作為工業(yè)板材應用時強度較低，通常采用增加板材厚度的辦法，致使材料成本提高，另由于聚苯乙烯不阻燃，也影響產(chǎn)品使用性能，容易造成事故。本發(fā)明旨在解決以上缺陷，開發(fā)以聚苯乙烯基樹脂合金為基礎材料，共混具有高強度、高耐溫、高耐磨及絕熱保溫特性的微米級活性陶瓷晶須和陶瓷微球，制備出功能性防腐新材料。該新材料的主要技術特點是秉承了傳統(tǒng)高聚物樹脂高防腐性能，同時較大幅度提高其耐高溫性能、耐磨性能，阻燃性能和絕熱保溫性能等。該材料可廣泛應用于工業(yè)板材，具有增強、阻燃和防腐的特性，同時降低板材厚度使成本減少。應用范圍主要側(cè)重于電冰箱、電冰柜、空調(diào)和電視機等殼體所用板材專用料，其主要目的是賦予普通PS樹脂高性能化，提高其強度、模量、阻燃性和隔熱保溫性，降低收縮率和冷熱變形，在加工過程中不降低樹脂熔融指數(shù)和增加熔體粘度，同時達到減PS制品厚度，減輕家電重量的目的。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在解決上述問題，提供了一種聚苯乙烯基復合材料及其制備方法和應用，制備出的聚苯乙烯基復合材料拉伸強度、斷裂伸長率、微卡軟化點均有一定提升，同時導熱系數(shù)較低，磨損質(zhì)量降低，阻燃性能提高，其采用的技術方案如下：
一種高性能聚苯乙烯基復合材料，其特征在于，包含以下重量份數(shù)的組分：
PS 90份～110份
B料 30份～40份
所述B料為PS/ABS高填充母料，所述B料包含以下重量份數(shù)的組分：
所述A料為陶瓷晶須/陶瓷微球復合材料，所述A料包含以下重量份數(shù)的組分：
所述硅烷偶聯(lián)劑溶液為無水乙醇稀釋硅烷偶聯(lián)劑形成的溶液，所述無水乙醇和硅烷偶聯(lián)劑的體積分數(shù)比為8∶1～10∶1。
優(yōu)選地，所述陶瓷晶須為鎂鹽類晶須，單晶纖維直徑≤1μm，長度為10μm～80μm；所述陶瓷微球為中空密閉型微球，所述陶瓷微球粒徑為1000目～2500目。
優(yōu)選地，所述A料中陶瓷晶須為100份，陶瓷微球為80份。
高性能聚苯乙烯基復合材料中陶瓷晶須和陶瓷微球組分可較大幅度地提高材料的耐熱性、耐磨性和力學性能，使之更適合于石油開采管道的防腐，同時降低體系的熔融流動性和熔融指數(shù)。陶瓷晶須和陶瓷微球被活化處理后親合性較好，其球形粒徑、大小分布及“滾珠效應”均對熔體流動性做出了貢獻；陶瓷晶須和陶瓷微球還賦予了高性能聚苯乙烯基復合材料突出的絕熱保溫和阻燃性能，因為體系中所添加的陶瓷晶須和陶瓷微球材料本身的熱傳導率很低低，紅外線透過率很小，是很好的隔熱材料；另外專門為達到復合材料體系絕熱保溫性能而添加的陶瓷微球為中空密閉型微球，微球內(nèi)部為及稀薄的氣體，兩種不同材料存在密度及導熱系數(shù)差，所以具有獨特的絕熱保溫特性。
優(yōu)選地，所述B料中PS為50份，ABS為100份，用于保證高性能聚苯乙烯基復合材料的高防腐性能。
一種上述高性能聚苯乙烯基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)制備A料，將陶瓷晶須、陶瓷微球和硅烷偶聯(lián)劑進行高速剪切捏合，捏合溫度≤50℃，捏合時間為10min～12min，接著再加入分散劑或潤滑劑繼續(xù)高速捏合3min～5min，制成A料；
(2)制備B料，將PS、ABS和A料放入塑料開煉機進行混煉，所述開煉機前輥溫度為160℃～170℃，后輥溫度為150℃～160℃，混煉時間為10min～12min，混煉后切片卸料停放12h～24h，然后破碎成小片粒狀，制成B料；
(3)制備高性能聚苯乙烯基復合材料，將PS和B料放入雙螺桿擠出機進行共混造粒，所述雙螺桿擠出機各段溫度分別設定為130℃、150℃、170℃、180℃、190℃和180℃，螺桿轉(zhuǎn)速為60r/min～100r/min，采用水冷切粒方式進行拉條切粒，冷卻水溫20℃～40℃，切粒后制得高性能聚苯乙烯基復合材料。
通過對陶瓷晶須、陶瓷微球和硅烷偶聯(lián)劑進行高速剪切捏合，以及制備B料時的混煉，使陶瓷晶須和陶瓷微球在高性能聚苯乙烯基復合材料中充分分散，大幅減少“聚團”顆粒，使復合材料的綜合性能大幅提高。
將上述高性能聚苯乙烯基復合材料用于工業(yè)板材，具有增強、阻燃和防腐的特性，同時降低板材厚度。應用范圍主要側(cè)重于電冰箱、電冰柜、空調(diào)、電視機等殼體所用板材專用料，其主要目的是賦予普通PS樹脂高性能化，提高其強度、模量、阻燃性和隔熱保溫性，降低收縮率和冷熱變形，在加工過程中不降低樹脂融融指數(shù)和增加熔體粘度，同時達到減少PS制品厚度，減輕家電重量的目的。另外，其高強、高耐沖擊、高耐海水腐蝕性可用于制造游艇船體。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明：
在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“PS”為聚苯乙烯，術語“ABS”為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
一種高性能聚苯乙烯基復合材料，其特征在于，包含以下重量份數(shù)的組分：
PS 90份～110份
B料 30份～40份
B料為PS/ABS高填充母料，B料包含以下重量份數(shù)的組分：
A料為陶瓷晶須/陶瓷微球復合材料，A料包含以下重量份數(shù)的組分：
硅烷偶聯(lián)劑溶液為無水乙醇稀釋硅烷偶聯(lián)劑形成的溶液，無水乙醇和硅烷偶聯(lián)劑的體積分數(shù)比為8∶1～10∶1；
潤滑劑優(yōu)選為聚乙烯蠟；
以上各組分來源：
PS(聚苯乙烯)，上海苯領高分子材料公司產(chǎn)，牌號；1173HIPS
或者用道達爾公司產(chǎn)，牌號：8265HIPS
ABS，吉化集團公司合成樹脂廠，牌號：0215A
陶瓷晶須，鎂鹽類晶須，化學式MgSO4·5MgO·8H2O，上海格潤亞納米材料有限公司產(chǎn)；
陶瓷微球，主要成分SiO2和Al2O3，真實密度2.3g/cm3，上海格潤亞納米材料有限公司；
硅烷偶聯(lián)劑，南京軒浩新材料科技有限公司，牌號：KH550；
潤滑劑，上海凱茵化工有限公司，牌號：聚乙烯蠟A-C6A；
分散劑，上海凱茵化工有限公司，牌號：LUBDE360B。
在試驗中發(fā)現(xiàn)，所述A料中陶瓷晶須為100份，陶瓷微球為80份時，高性能聚乙烯基復合材料強度、阻燃，耐磨性和隔熱保溫性均有不錯表現(xiàn)。
為了進一步提升高性能聚苯乙烯基復合材料的強度、耐磨性和隔熱保溫性，陶瓷晶須為鎂鹽類晶須，單晶纖維直徑≤1μm，長度為10μm～80μm；陶瓷微球為中空密閉型微球，陶瓷微球粒徑為1000目～2500目。
為了保證高性能聚苯乙烯基復合材料的抗沖擊性和耐熱性，B料中PS為50份，ABS為100份。
上述高性能聚苯乙烯基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)制備A料，將陶瓷晶須和陶瓷微球放入電烘箱中，在100℃左右溫度下干燥3～5小時，使其水分≤1％，干燥后將陶瓷晶須、陶瓷微球和硅烷偶聯(lián)劑放入CNF-A1型50立升超聲波高速剪切捏合機(青島科技大學高分子工程材料研究所研制)中，同時加入硅烷偶聯(lián)劑溶液，進行高速剪切捏合，例如捏合機攪拌葉片轉(zhuǎn)速為800～1200轉(zhuǎn)/分，捏合溫度≤50℃，捏合時間為10min～12min，接著再加入分散劑或潤滑劑繼續(xù)高速捏合3min～5min，制成A料；
(2)制備B料，將PS、ABS和A料放入XK-300開放式塑料開煉機進行混煉，該XK-300開放式塑料開煉機前輥溫度為160℃～170℃，后輥溫度為150℃～160℃，混煉時間為10min～12min，混煉過程充分翻煉，使各組分分散均勻，混煉后切片卸料停放12h～24h，然后將切片后的材料放入SPW700HB塑料粉碎機(臺州磐石機械有限公司產(chǎn))破碎成小片粒狀，制成B料；
(3)制備高性能聚苯乙烯基復合材料，將PS和B料放入TSE-65D雙螺桿擠出造粒機進行共混造粒，所述TSE-65D雙螺桿擠出造粒機各段溫度分別設定為130℃、150℃、170℃、180℃、190℃和180℃，螺桿轉(zhuǎn)速為60r/min～100r/min，采用水冷切粒方式進行拉條切粒，冷卻水溫20℃～40℃，切粒后制得高性能聚苯乙烯基復合材料。
實施例1：
制備A料，稱取陶瓷晶須(單晶纖維直徑≤1μm，長度10μm～80μm)10kg，陶瓷微球(1250目)8kg，硅烷偶聯(lián)劑溶液300g，聚乙烯蠟200g，將陶瓷晶須和陶瓷微球放入電烘箱中，在100℃左右溫度下干燥4小時，使其水分≤1％，然后將陶瓷晶須、陶瓷微球、硅烷偶聯(lián)劑溶液和聚乙烯蠟投入到CNF-A1型50立升超聲波高速剪切捏合機，在捏合機攪拌葉片轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分，捏合溫度≤50℃的條件下捏合11min，接著再加入分散劑繼續(xù)高速捏合4min然后放料冷卻至室溫，制成A料；
制備B料，稱取PS(上海苯領高分子材料公司產(chǎn)，牌號；1173HIPS)5kg，ABS 10kg，A料12kg，放入XK-300開放式塑料開煉機進行混煉，開煉機前輥溫度160℃～170℃，后輥溫度150℃～160℃，混煉過程充分翻煉，混煉時間11min，然后切片卸料停放12h，將停放消除內(nèi)應力的共混料切片料放入塑料SWP700HB塑料粉碎機進行破碎成小片粒狀，制成B料。
制備高性能聚苯乙烯基復合材料，稱取PS 20kg，B料2kg，放入CNF-A1型50立升超聲波高速剪切捏合機中，在捏合機攪拌葉片轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分，在捏合溫度≥80℃條件下共混捏合3min后卸料，然后通過自動上料輔機將共混料放入TSE-65D雙螺桿擠出造粒機中進行共混造粒，雙螺桿擠出機各段溫度分別設定為130℃、150℃、170℃、180℃、190℃和180℃，采用水冷切粒方式進行拉條切粒，冷卻水溫20℃～40℃，切粒后制得高性能聚苯乙烯基復合材料。
實施例2
A料和B料的制備方法同上述實施例1。
制備高性能聚苯乙烯基復合材料，稱取PS 20kg，B料4kg，放入CNF-A1型50立升超聲波高速剪切捏合機中，在捏合機攪拌葉片轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分，在捏合溫度≥80℃條件下共混捏合3min后卸料，然后通過自動上料輔機將共混料投放到TSE-65D雙螺桿擠出造粒機中進行共混造粒，雙螺桿擠出機各段溫度分部設定為：130℃、150℃、170℃、180℃、190℃、180℃，采用水冷切粒方式進行拉條切粒，冷卻水溫20℃～40℃，切粒后制得高性能聚苯乙烯基復合材料。
實施例3
A料和B料的制備方法同上述實施例1。
制備高性能聚苯乙烯基復合材料，稱取PS 20kg，B料6kg，放入CNF-A1型50立升超聲波高速剪切捏合機中，在捏合機攪拌葉片轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分，在捏合溫度≥80℃條件下共混捏合3min后卸料，然后通過自動上料輔機將共混料投放到TSE-65D雙螺桿擠出造粒機中進行共混造粒，擠出機各段溫度分部設定為：130℃、150℃、170℃、180℃、190℃、180℃，采用水冷切粒方式進行拉條切粒，冷卻水溫20℃～40℃，切粒后制得高性能聚苯乙烯基復合材料。
實施例4
分別對純PS和實施例1～3制備的高性能聚苯乙烯基復合材料進行性能測試。
耐磨性用體積磨損表征，按照GB/T 3960-1983塑料滑動摩擦磨損試驗方法進行測試；低溫沖擊強度，依據(jù)GB/T17748-2008標準進行測試；耐熱性用維卡軟化點表征，依照GB/T 8802-2001熱塑性塑料管材、管件維卡軟化溫度的測定；抗拉強度按照GB/T 1040-1992塑料拉伸性能試驗方法進行測試；拉伸斷裂伸長率按照GB/T 1040.1-2006標準進行測試；附著性測試，根據(jù)GB/T 11211-2009進行測定；耐熱性測試，根據(jù)CNS 10757(1995)標準進行測定；酸浸漬試驗，根據(jù)CNS 10757(1995)標準測定；耐油性試驗，根據(jù)CNS 10757(1995)標準測定。
絕熱性能用紅外線透過率表征，根據(jù)標準GB10294-1988進行測試，采用LS102/LS103A光學透過率測量儀，測試原理是采用紫外光源，紅外光源和可見光源照射被測透明物質(zhì)，感應器分別探測三種光源的入射光強和透過被測透明物質(zhì)后的光強，透過光強與入射光強的比值即為透過率，用百分數(shù)表示。
阻燃性能測定標準編號：GB/T 2406-2008塑料燃燒性能試驗方法——氧指數(shù)法。
采用以上測試方法分別對純PS和實施例1～3制備的高性能聚苯乙烯基復合材料進行性能測試，結(jié)果如下：
高性能聚苯乙烯基復合材料性能測試結(jié)果
由試驗數(shù)據(jù)可以看出，高性能聚苯乙烯基復合材料拉伸強度比純PS提升10％～12％，彎曲強度提升15％～23％，斷裂伸長率提升10％～16％，微卡軟化點提高10％～12％，磨損質(zhì)量降低50％，氧指數(shù)提升16％～38％，收縮率降低了23％～45％。
上面以舉例方式對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明不限于上述具體實施例，凡基于本發(fā)明所做的任何改動或變型均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。