CN115403914B - 一种高走纸顺滑的聚碳酸酯材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高走纸顺滑性的聚碳酸酯材料及其制备方法与应用，属于塑料材料技术领域。本发明所述的聚碳酸酯材料以特定组成的云母和硅灰石作为填料体系，同时复配特殊种类的偶联剂，具有较高的力学性能，同时尺寸稳定性高，应用在打印机骨架材料时的走纸顺滑程度远远优异现有聚碳酸酯类材料，不会出现明显的卡顿现象。本发明还公开了所述高走纸顺滑性的聚碳酸酯材料的制备方法及其在制备打印机中的应用。

Description

一种高走纸顺滑的聚碳酸酯材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及聚碳酸酯材料技术领域，具体涉及一种高走纸顺滑的聚碳酸酯材料及其制备方法与应用。

背景技术

聚碳酸酯(PC)是一种性能优异的工程塑料，其机械强度高、耐冲击韧性好、尺寸稳定、耐热较好、电绝缘性好，综合性能优异，因此在家电、IT产品等领域均具有广泛的应用。

矿物填充聚碳酸酯材料相比纯聚碳酸在材料具有更好的的尺寸稳定性，因此被广泛的应用在打印领域中，主要应用在打印机的支架骨架零件当中。但随着OA打印机美观、舒适、集成化的趋势，要求聚碳酸酯材料具有更高的尺寸稳定、更高的力学强度以及更好的打印表面效果，而如何在保持尺寸的同时提升材料的力学强度是目前打印机用聚碳酸酯材料的研究热点问题，但作为打印机的结构骨架材料时，需要主要兼顾打印时的走纸顺滑性。

云母具有片状结构，常作为填充物用于聚碳酸酯材料中，其能够提高聚碳酸酯材料的力学强度，而为了达到更高的预期强度，云母的填充量会逐渐提升，但这种做法会直接降低材料的冲击性能、加工性能等。若通过硅灰石与云母复配作为填料体系，可降低总体填料的含量，在提升材料力学强度的同时保证材料的冲击性能、加工性能和尺寸稳定性。但这种复配体系会使得制备的材料表面非常粗糙，进而在用于打印机材料时影响走纸顺滑性。

发明内容

基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种高走纸顺滑性的聚碳酸酯材料，该材料以特定组成的云母和硅灰石作为填料体系，同时复配特殊种类的偶联剂，具有较高的力学性能，同时尺寸稳定性高。最主要的是，作为打印机骨架材料时走纸顺滑程度远远优异现有聚碳酸酯类材料，不会出现明显的卡顿现象。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种高走纸顺滑的聚碳酸酯材料，包括以下重量份的组分：

聚碳酸酯98～102份、填料10～30份以及偶联剂0.3～1份；

所述填料为云母和硅灰石的混合物，所述填料的堆积密度为0.3～0.5g/cm³；

所述偶联剂为环氧基硅烷偶联剂、乙烯基硅烷偶联剂中的至少一种。

优选地，所述填料的堆积密度的测试方法为：

称取3.00g高走纸顺滑的聚碳酸酯材料，置于650℃的马弗炉中灼烧60min，所得灰分按GB/T23771-2009无机化工产品中堆积密度的测定方法直接进行测试。

在本发明所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料中，为了降低整体填料的添加比例，同时保障最终产品的尺寸稳定性及力学性能，需以云母和硅灰石复配共同作为填料组分，而在此种情况下，为了避免这种粗糙的填料在外露时造成的高摩擦性进而导致的走纸不顺滑，发明人注意到，本身片状结构的云母和针状结构的硅灰石相互间的作用相比于单一填料体系可减少整体填料的取向性，提升其与聚碳酸酯的结合强度，从而减少填料外露的概率，而如果进一步控制复配填料的堆积密度在0.3～0.5g/cm³，则可以优化填料在聚碳酸酯中的分散情况，使得两者填料的相互作用程度更高，显著降低填料取向性。而若堆积密度过大整体填料密集性高，外露的概率不可避免地提升，但若堆积密度过小，在使用过程中容易出现填料间间隙太小，从而难以分散均匀的情况，不仅走纸顺滑性不佳，还会影响尺寸稳定性。此外，由于填料本身属于无机材料，与聚碳酸酯基体存在一定的极性差异，因此很多现有矿物填充聚碳酸酯材料均会引入少量偶联剂以提升材料的相容性，但发明人在限定复配填料体系后意外发现，并非任意种类的偶联剂可以在填料以特殊堆积密度分散在聚碳酸酯中时发挥预期的相容效果，非优选的偶联剂可能会引起填料取向性提升，反而导致其走纸顺滑程度下降，需以环氧基硅烷偶联剂或乙烯基硅烷偶联剂这类特殊的偶联剂进行改性才能实现理想的走纸顺滑性提升效果。

优选地，所述填料中云母和硅灰石的质量之比为(3:1)～(1:3)。

在所述配比下，所得最终聚碳酸酯材料可实现理想的力学性能、尺寸稳定性以及走纸顺滑性，若云母的添加比例较高，则片状结构云母取向性高，横纵向分布差异大，从而导致产品制件流动方向和垂直流动方向的收缩率不一致，尺寸不稳定；此外，由于云母的高取向性，在注塑时料流湍流，更容易出现填料外露导致所得聚碳酸酯材料走纸顺滑性下降；而如果硅灰石的添加比例较高，硅灰石的相互摩擦性远高于云母，也会导致产品走纸顺滑下降。

优选地，所述硅灰石的长径比为(3～11)：1。

优选地，所述硅灰石的长径比的测试方法为：

称取3.00g高走纸顺滑性的聚碳酸酯材料，置于650℃的马弗炉中灼烧60min，所得灰分在扫描电镜中观察，选取150个针状颗粒分别测量长径比，取平均值为即硅灰石的长径比。

发明人发现，硅灰石的长径比大小对于最终制备的聚碳酸酯材料的走纸顺滑性以及尺寸稳定性也存在一定的影响，若硅灰石的长径比过大，虽然可以进一步降低填料的取向性，但也可能导致聚碳酸酯材料的尺寸稳定性变弱，且长径比过大，作为缺陷点，降低力学性能；而如果硅灰石长径比过小，则填料的整体取向性偏大，最终产品的走纸顺滑程度提升有限。

优选地，所述聚碳酸酯的粘均分子量为20000～30000。

优选地，所述偶联剂的密度为1～1.2g/cm³。

优选地，所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料的组分中还包括加工助剂。

更优选地，所述加工助剂为稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂、润滑剂、抗氧剂、防腐剂中的至少一种。

更优选地，所述润滑剂为硬脂酸镁，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的混合物，两者的质量之比为(0.8～1.2)：(0.8～1.2)。

本发明的另一目的在于提供所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：

将各组分混合均匀，随后熔融挤出造粒，即得所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料。

所述双螺杆挤出机在熔融挤出时的温度为：一区温度260℃，二区温度270℃，三区温度275℃，四区温度275℃，五区温度275℃，六区温度280℃，七区温度280℃，八区温度280℃，九区温度285℃，十区温度285℃，十一区温度280℃，模头温度290℃；主机转速设置为200～400rpm；所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1。

本发明所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料的制备方法操作步骤简单，可实现工业化规模生产。

本发明的再一目的在于提供所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料在制备打印机支架中的应用。本发明所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料力学性能好，尺寸稳定性好，最主要的是具有良好的表面润滑度，在作为打印机的骨架结构的制件材料时，该支架制件材料在打印过程中与纸张直接接触时，与纸张的相互作用力小，可实现优异的打印走纸顺滑性，不会出现卡顿甚至停机的状况。

本发明的有益效果在于，本发明提供了一种高走纸顺滑性的聚碳酸酯材料，该材料以特定组成的云母和硅灰石作为填料体系，同时复配特殊种类的偶联剂，具有较高的力学性能，同时尺寸稳定性高，应用在打印机骨架材料时的走纸顺滑程度远远优异现有聚碳酸酯类材料，不会出现明显的卡顿现象。本发明还公开了所述高走纸顺滑性的聚碳酸酯材料的制备方法及其在制备打印机中的应用。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例及对比例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施所涉及的实验试剂及仪器，除非特别说明，均为常用的普通试剂及仪器。

实施例1～14

本发明所述高走纸顺滑性的聚碳酸酯材料及其制备方法的一种实施例，所述聚碳酸酯材料的组分成分如表1所示。

所述聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：

将各组分混合均匀，随后熔融挤出造粒，即得所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料；所述双螺杆挤出机在熔融挤出时的温度为：一区温度260℃，二区温度270℃，三区温度275℃，四区温度275℃，五区温度275℃，六区温度280℃，七区温度280℃，八区温度280℃，九区温度285℃，十区温度285℃，十一区温度280℃，模头温度290℃；主机转速设置为200～400rpm；所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1。

对比例1～6

本对比例所述聚碳酸酯材料的组分成分如表2所示。各对比例所述产品的制备方法均同实施例1。

其中，聚碳酸酯为LG化学生产的PC1300 10NP，粘均分子量为25000；

云母1为江门市精达云母材料有限公司生产的HYC-500，堆积密度为0.35g/cm³；

云母2为江门市精达云母材料有限公司生产的云母粉-P325，堆积密度为0.35g/cm³；

硅灰石1为冯家山硅灰石厂生产的WFC5-4101，堆积密度为0.23g/cm³，长径比为11：1；

硅灰石2为大连环球矿产股份有限公诉生产的HQ-1250，堆积密度为0.35g/cm³，长径比为3:1；

硅灰石3为Wolkem生产的WL1250，堆积密度为0.35g/cm³，长径比8:1；

硅灰石4为NYCO公司生产的NYAD MD400，堆积密度0.73g/cm³，长径比5:1；

硅灰石5为NYCO公司生产的NYGLOS 4W，堆积密度0.73g/cm³，长径比11:1；

硅灰石6为NYCO公司生产的NYAD MG，堆积密度0.51g/cm³，长径比15:1；

偶联剂1为南京曙光公司生产的环氧基硅烷偶联剂SG-SI 187，密度为1.0718g/cm³；

偶联剂2为南京曙光公司生产的乙烯基硅烷偶联剂SG-SI 172，密度为1.07g/cm³；

偶联剂3为南京曙光公司生产的氨基硅烷偶联剂SG-SI 1100，密度为0.9489g/cm³；

润滑剂为市售硬脂酸镁；

抗氧剂为市售受阻酚抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的混合物(质量比1:1)。

各对比例所用原料与各实施例平行实验所用原料除特定说明外均为同一市售产品。

表1

注：表格中产品中填料的混合堆积密度及硅灰石的长径比是将各制备得到产品经处理后重新进行检测得到，与原始原料的对应特征参数存在一定差异性属于正常现象。

表2

效果例1

将各实施例及对比例所得产品进行基础力学性能(拉伸强度、悬臂梁缺口冲击强度)、尺寸稳定性测试以及走纸顺滑性测试：

(1)拉伸强度测试：采用ISO 527-2-2000，速度50mm/min；

(2)悬臂梁缺口冲击强度测试：采用ISO180-2000测试材料的悬臂梁缺口冲击强度，A型缺口，冲击摆锤能力为2.75J；

(3)尺寸稳定性测试：将各实施例/对比例样品注塑成10mm*100mm的样片，随后采用TMA Q400测试仪在-45～-100℃下以5℃/min的升温速率统计-30～-100℃范围内样片的线性膨胀系数，其中线性膨胀系数越小，说明样片的尺寸稳定性越好；

(4)走纸顺滑性测试：将各实施例/对比例样品在270～290℃熔融注塑成打印机中硒鼓，安装在测试用东芝E-STUDI03118A型号打印机中连续工作168h，当出现卡纸时记录此时时间为t，若t＞60h，则判断该硒鼓走纸顺滑性合格，且t越大，说明产品的走纸顺滑性越好。

测试结果如表3和表4所示。

表3

表4

从表格可知，本发明所述高走纸顺滑性的聚碳酸酯材料具有良好的力学性能，其中拉伸强度可达到62.0MPa以上且悬臂梁缺口冲击强度可达到8.0KJ/m²以上，同时该产品的尺寸稳定性好，在测试时的线性膨胀系数均低于50μm/m/℃以下，在进行走纸顺滑性测试时，出现卡纸的时间均达到了100h以上甚至全程不卡纸。其中从实施例3、实施例5～8可以看出，所述聚碳酸酯材料中的填料搭配情况不同，最终产品的力学性能、尺寸稳定性以及走纸顺滑性有一定影响，其中当云母和硅灰石的添加比例维持在(1:3)～(3:1)时，产品的综合性能最佳。从实施例15和其他实施例对比可知，当填料中硅灰石的长径比过大，产品的尺寸稳定性将变差，而硅灰石的长径比维持在(3～11)：1时，产品可达到良好的尺寸稳定性。

相比之下，从对比例1和2可知，当产品中填料的堆积密度太大或太小，即使选用了与实施例相同的填料种类，其也难以具备较好的走纸顺滑性能，而过小的堆积密度还会造成产品尺寸稳定性不佳；对比例3和4产品中的填料只选取了云母或者硅灰石单独一种，即使堆积密度与实施例相近，产品难以起到协同降低填料取向性的效果，走纸顺滑性相比对比例1或2更差；对比例6产品中未采用偶联剂，填料和聚碳酸酯间的相容性差，难以达到走纸顺滑性，而对比例5产品中虽然也采用了偶联剂，但并非环氧基硅烷偶联剂或乙烯基硅烷偶联剂，最终制备的聚碳酸酯材料产品同样不具备理想的走纸顺滑性。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种高走纸顺滑的聚碳酸酯材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：

聚碳酸酯98～102份、填料10～30份以及偶联剂0.3～1份；

所述填料为云母和硅灰石的混合物，所述填料的堆积密度为0.3～0.5g/cm³；所述硅灰石的长径比为(3～11)：1；

所述偶联剂为环氧基硅烷偶联剂、乙烯基硅烷偶联剂中的至少一种。

2.如权利要求1所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料，其特征在于，所述填料中云母和硅灰石的质量之比为(3:1)～(1:3)。

3.如权利要求1所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料，其特征在于，所述聚碳酸酯的粘均分子量为20000～30000。

4.如权利要求1所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料，其特征在于，所述偶联剂的密度为1～1.2g/cm³。

5.如权利要求1所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料，其特征在于，所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料的组分中还包括加工助剂，所述加工助剂为稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂、润滑剂、抗氧剂、防腐剂中的至少一种。

6.如权利要求1～5任一项所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将各组分混合均匀，随后熔融挤出造粒，即得所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料。

7.如权利要求1～5任一项所述高走纸顺滑的聚碳酸酯材料在制备打印机支架中的应用。