[发明专利]一种抗冲性能优异的高硬度高耐候聚碳酸酯复合板材及其制备方法

说明书

本发明公布了一种抗冲性能优异的高硬度高耐候聚碳酸酯复合板材，包括复合板材本体和表面涂层结构；所述板材本体包括内层和外层；所述内层和外层通过熔融共挤出的方式形成复合层；所述内层为普通聚碳酸酯材料层，所述外层为含有光活性添加剂的聚碳酸酯材料层；所述表面涂层结构涂覆在复合板材本体表面。本发明通过多层共挤的方式，利用挤出机组及复合模头复合，由定型辊组冷却定厚，来制备大尺寸的复合薄膜及板材产品，使制备的复合板材兼具了普通聚碳酸酯的透明性、高强高抗冲性能以及光活性可交联聚碳酸酯材料的耐候性及高硬度的特性，并使得最终产品具有良好的抗冲击性能及强度。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种抗冲性能优异的高硬度高耐候聚碳酸酯复合板材及其制备方法。

背景技术

聚碳酸酯(PC)具有优良的机械性能，其中包括耐冲击性、热稳定性、本生阻燃性和光学性能如透光性等等。这些材料因此被广泛地用于各种不同的用途，例如用于机械或结构部件、航空及轨道交通零件，车窗或建筑采光窗，以及光学应用，例如透镜、光存储盘和光纤等。但是，由于常见的聚碳酸酯本身硬度不高，且耐候性较差，由聚碳酸酯制成的制品通常表现出户外使用方面的局限，这对于诸如车窗、手机屏幕、自动售货机屏、户外电子设备外壳及广告标牌等的应用来说是不理想的。因此，需要对聚碳酸酯材料进行表面修饰或者材料改性，来改善其表面的硬度和耐候性。

一般采用的表面修饰方法为在聚碳酸酯板材或薄膜上覆盖一层硬化涂层，例如有机硅基材或丙烯酸基材的表面涂层，利用有机硅或丙烯酸材料的优异耐候性和固化后的高硬度来弥补该缺陷。或者也可以采用新型合成技术或共混技术，在聚碳酸酯材料中引入其他刚性高分子链段，来提高材料的硬度和耐候性。例如SABIC公司就将有机硅链段引入聚碳酸酯的合成过程中，从而形成有机硅与双酚A的共聚物体系，大幅度改善了材料的低温抗冲和耐候性能。而将含光活性基团的添加剂如单官能团(如ITR，它是由间/对苯二甲酸与间苯二酚进行缩聚反应生成的酯基单元)引入聚碳酸酯中形成共混物，当暴露于紫外辐射时，在光活性添加剂和聚合物树脂之间将发生交联，从而提高聚合物表面硬度、改善耐候性及阻燃性。

但是，表面涂层法需要特别的后继涂覆加工，形成的涂层往往脆性较大，这样表面处理过的聚碳酸酯板材抗冲击性能有所下降，另外板材或薄膜的硬度受限于涂层的厚度，往往不能满足客观应用的需要；此外表面涂层法不仅成本效率差，而且对于可重复循环利用、环境保护的目的来说也是不合乎要求的。而新型合成或共混技术又成本异常高昂，价格动辄为普通聚碳酸酯材料的5～10倍，此类材料的后继加工往往也比较困难，成品的性能经常会有某些方面的局限性，如采用有机硅-聚碳酸酯共聚物形成的材料，其透光率比普通聚碳酸酯会有所降低，且材料的澄清度由于有机硅官能团的存在也会劣化。而光活性基团ITR-BPA的共混物经常会带来材料底色上的变黄。另外用合成或共混技术制备的新型聚碳酸酯材料，表面硬度提高相对有限，且耐磨耐化性能方面往往表现不佳，这对于手机屏幕、户外电子设备外壳、车窗等应用都会带来种种不利。

近年来随着个人移动通讯设备的发展，PC和PMMA共挤复合板材也开始逐渐进入市场，该板材是利用了PMMA材料较高的硬度和较好的耐化性能，在加工中将一层10～150微米厚度的PMMA层采用共挤涂覆的方式，覆盖在聚碳酸酯的表面，随后再通过表面涂覆加工，在PMMA表面形成一层有机硅或丙烯酸类涂层，从而提高了整个复合板材的硬度和耐化性。但由于PMMA和PC属于两种性质截然不同的高分子材料，加工温度、材料收缩变形、吸水率、玻璃态转变温度等都有较大差异。该种方案工艺相对复杂，对设备温控及加工精度要求高，且由于PC、PMMA的玻璃态转化点不同，所得到的板材后继热成型加工较为困难。所制备的复合板材及边角废料无法回收利用，不符合循环经济及环境保护的目的。而且PMMA作为外层材料，其抗冲性能差，在运输、裁切或加工成型过程中容易形成微裂纹，进而引发整个复合板材的开裂及失效。上述缺点严重影响了该复合板材在车窗、屏幕等场合的推广应用。

因此，现有的解决方案一般都只能侧重于强调某个方面的性能，如单一的耐候性、表面硬度等。现有技术尚缺乏一种既能保持优异的高抗冲、高透明及热稳定性，同时满足具有表面高硬度和高耐候性能的聚碳酸酯复合板材及其制备方法。