一种抗老化改性ABS塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料改性技术领域，具体涉及一种抗老化改性ABS塑料及其制备方法。
背景技术
ABS树脂是指丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，兼具三者优点，ABS具有高的抗冲击强度、耐化学药品性、耐低温性(-40℃)，优良的电性能、机械强度、加工尺寸稳定性和表面光泽性，易涂装和染色等特点，但ABS耐候性差，热变形温度低，阻燃性差，同时在制备ABS塑料材料的过程中，由于没有原料进行预处理，导致原料混合不均匀；并且不便于对切割刀的位置进行改变，适用于不同情况。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种抗老化改性ABS塑料及其制备方法，通过利用石墨烯/PA6纳米复合材料与ABS进行复合，制备高性能ABS/PA6/石墨烯复合材料，其有益之处在于所制备的石墨烯/PA6纳米复合材料，片层石墨烯与已内酰胺通过原位聚合的方式有效反应，使得片层的石墨烯能均匀分散在PA6基体中，利用超低石墨烯添加量就可以制备高性能石墨烯/PA6纳米复合材料母粒，再将聚合反应得到的石墨烯/PA6复合材料母粒与ABS混合，能够妥善解决石墨烯在复合材料中的分散问题，进而提高复合材料综合性能；将石墨烯加入到ABS/PA6复合材料中制备ABS/PA6/石墨烯复合材料，石墨烯不但提高了复合材料的力学性能，同时也能赋予材料更高的耐热性，抗紫外老化性、阻燃性、抗静电性等综合性能。
通过将搅拌轴的卡槽中插入有搅拌叶，进而带动搅拌叶转动，将原料进行预混，得到预混料；通过在安装槽二中调节导轨的位置，以及在安装槽一中调节齿轮箱的位置，进而对切割刀位置进行调节，方便操作使用，适用范围广。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种抗老化改性ABS塑料，该ABS塑料由ABS与石墨烯/PA6纳米复合材料经熔融共混挤出后得到，所述石墨烯/PA6纳米复合材料由PA6和接枝有PA6的单层石墨烯组成，所述接枝有PA6的单层石墨烯的横向尺寸大于3微米；石墨烯的质量与PA6的质量之比为0.1-1:100；
该ABS塑料通过下述步骤制备得到：
步骤一、将ABS、石墨烯/PA6纳米复合材料和增容剂ABS-g-MAH按重量比为30-50:45-60:5-15，在混合机中预混，得到混合均匀的预混料；
步骤二、用单螺杆挤出机在加工温度230-250℃，转速200-250rpm的条件下熔融共混挤出，冷却，造粒，制得ABS塑料。
作为本发明进一步的方案：一种抗老化改性ABS塑料的制备方法,包括以下步骤：
步骤一、将ABS、石墨烯/PA6纳米复合材料和增容剂ABS-g-MAH按重量比为30-50:45-60:5-15，在混合机中预混，得到混合均匀的预混料；所述石墨烯/PA6纳米复合材料由PA6和接枝有PA6的单层石墨烯组成，所述接枝有PA6的单层石墨烯的横向尺寸大于3微米；石墨烯的质量与PA6的质量之比为0.1-1:100；
步骤二、用单螺杆挤出机在加工温度230-250℃，转速200-250rpm的条件下熔融共混挤出，冷却，造粒，制得ABS塑料。
作为本发明进一步的方案：该石墨烯/PA6纳米复合材料通过如下步骤制备得到：
步骤一、将0.1-1质量份的改性石墨烯和1-10质量份去离子水加入100质量份的己内酰胺熔体中，在80℃下以300-500rpm搅拌混匀形成分散液；所述改性石墨烯为表面具有含氧官能团的单层石墨烯；碳氧比为2.5到6之间；
步骤二、在氮气保护下，将上述分散液在缩聚反应釜中升温至250-270℃，在0.5-1MPa下反应3小时；然后在真空下反应4小时，得到聚合物熔体；最后将聚合物熔体经水冷造粒得到石墨烯/PA6纳米复合材料。
作为本发明进一步的方案：该单螺杆挤出机的工作步骤为：
步骤一、将ABS、石墨烯/PA6纳米复合材料和增容剂ABS-g-MAH原料加入到单螺杆挤出机的混合箱中，然后启动电机二，带动搅拌轴转动，搅拌轴的卡槽中插入有搅拌叶，进而带动搅拌叶转动，将原料进行预混，得到预混料；
步骤二、然后将预混料排入到出箱中，启动电机三，通过减速器减速后带动螺杆转动，加热器进行加热，加热温度230-250℃，螺杆将熔融料输送挤出头挤出；
步骤三、驱动电机一，通过齿轮箱带动偏心轮转动，偏心轮带动连接板转动，连接板带动切割刀升降，进而对挤出头挤出的熔融料进行切断造粒，得到ABS塑料。
作为本发明进一步的方案：该单螺杆挤出机包括安装侧板、横板、机架、混合箱、挤出箱，所述安装侧板有两块，两块所述安装侧板平行设置，所述安装侧板的顶部中心处固定安装有横板，所述横板的顶部固定安装有挤出箱，所述挤出箱的顶部固定安装有混合箱，所述混合箱的顶部安装有顶盖，所述顶盖的顶部开设有进料口，所述顶盖的顶部中心处固定安装有电机二，所述电机二的输出轴端部固定安装有搅拌轴，所述搅拌轴贯穿顶盖延伸至混合箱内，所述搅拌轴外周面上竖直开设有四条卡槽，所述混合箱的底部内壁开设有圆周形滑槽，圆周形滑槽上通过滑块滑动连接有四块搅拌叶，所述搅拌叶与卡槽适配，所述混合箱的底部设置有排料管，排料管上安装阀门；
所述挤出箱为中空结构，所述挤出箱的一侧固定安装有电机三，所述电机三通过减速器与水平设置的螺杆连接，所述螺杆贯穿挤出箱延伸至输送箱内，所述输送箱安装在挤出箱的另一侧，所述输送箱的另一侧固定安装有挤出头，所述挤出头上均匀开设有挤出孔。
作为本发明进一步的方案：所述安装侧板的顶部一端固定安装有机架，所述机架的顶部固定安装有U型板，所述U型板的顶部开设有安装槽一，所述安装槽一内通过螺栓固定安装有齿轮箱，所述齿轮箱位于U型板的顶部内壁，所述齿轮箱的顶部固定安装有电机一，所述齿轮箱的两侧均转动连接有偏心轮，两个所述偏心轮的外侧均活动连接有连接板，所述连接板与偏心轮呈30-60度角设置，两块所述连接板的内侧之间固定安装有切割刀，两块所述连接板的外侧均通过转轴连接有活动板，所述活动板上设置有两排导轮；所述U型板的内侧均开设有两条倾斜设置的安装槽二，两条所述安装槽二之间通过螺栓固定安装有导轨，所述导轨与导轮适配。
作为本发明进一步的方案：所述挤出箱的一侧转动连接有齿轮二，所述齿轮二的一端与挤出箱内部设置的旋转辊一传动连接，所述齿轮二与齿轮一啮合连接，所述齿轮一的一端固定安装有旋转辊二，所述旋转辊二贯穿挤出箱，所述旋转辊二与旋转辊一平行设置。
本发明的有益效果：通过利用石墨烯/PA6纳米复合材料与ABS进行复合，制备高性能ABS/PA6/石墨烯复合材料，其有益之处在于所制备的石墨烯/PA6纳米复合材料，片层石墨烯与已内酰胺通过原位聚合的方式有效反应，使得片层的石墨烯能均匀分散在PA6基体中，利用超低石墨烯添加量就可以制备高性能石墨烯/PA6纳米复合材料母粒，再将聚合反应得到的石墨烯/PA6复合材料母粒与ABS混合，能够妥善解决石墨烯在复合材料中的分散问题，进而提高复合材料综合性能；将石墨烯加入到ABS/PA6复合材料中制备ABS/PA6/石墨烯复合材料，石墨烯不但提高了复合材料的力学性能，同时也能赋予材料更高的耐热性，抗紫外老化性、阻燃性、抗静电性等综合性能。试样成型后在温度为23±2℃，湿度为50±5％的标准环境中放置88h后测试，测试环境为温度为23±2℃，湿度为50±5％。
将ABS、石墨烯/PA纳米复合材料和增容剂ABS-g-MAH原料加入到单螺杆挤出机的混合箱中，然后启动电机二，带动搅拌轴转动，搅拌轴的卡槽中插入有搅拌叶，进而带动搅拌叶转动，将原料进行预混，得到预混料；通过顶盖的设置，便于将顶盖拿起，方便对混合箱内部进行清理，同时通过卡槽与搅拌叶的设置，便于将搅拌叶与搅拌轴拆分，便于分别对其进行清理，同时也便于搅拌轴带动搅拌叶转动，方便使用；
驱动电机一，通过齿轮箱带动偏心轮转动，偏心轮带动连接板转动，连接板带动切割刀升降，同时通过导轨与导轮适配，便于导轮在导轨上滑动，使得活动板升降稳定，切割刀升降稳定，进而对挤出头挤出的熔融料进行切断造粒，得到ABS塑料；同时可以通过在安装槽二中调节导轨的位置，以及在安装槽一中调节齿轮箱的位置，进而对切割刀位置进行调节，方便操作使用，适用范围广。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明单螺杆挤出机整体结构示意图；
图2是本发明中横板顶部结构示意图；
图3是本发明中机架侧视结构示意图；
图4是本发明中混合箱内部结构示意图；
图5是本发明中搅拌轴整体结构示意图。
图中：1、安装侧板；2、横板；3、机架；4、U型板；5、电机一；6、混合箱；7、电机二；8、电机三；9、减速器；10、挤出箱；11、旋转辊一；12、螺杆；13、旋转辊二；14、齿轮一；15、齿轮二；16、安装槽一；17、齿轮箱；18、偏心轮；19、输送箱；20、挤出头；21、导轮；22、活动板；23、连接板；24、切割刀；25、挤出孔；26、导轨；27、安装槽二；28、顶盖；29、搅拌叶；30、搅拌轴；31、卡槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5所示；
实施例1：
一种抗老化改性ABS塑料，该ABS塑料由ABS与石墨烯/PA6纳米复合材料经熔融共混挤出后得到，所述石墨烯/PA6纳米复合材料由PA6和接枝有PA6的单层石墨烯组成，所述接枝有PA6的单层石墨烯的横向尺寸大于3微米；石墨烯的质量与PA6的质量之比为0.1-100；
该ABS塑料通过下述步骤制备得到：
步骤一、将ABS、石墨烯/PA6纳米复合材料和增容剂ABS-g-MAH按重量比为30:45:5，在混合机中预混，得到混合均匀的预混料；
步骤二、用单螺杆挤出机在加工温度230℃，转速200rpm的条件下熔融共混挤出，冷却，造粒，制得ABS塑料。
实施例2：
一种抗老化改性ABS塑料，该ABS塑料由ABS与石墨烯/PA6纳米复合材料经熔融共混挤出后得到，所述石墨烯/PA6纳米复合材料由PA6和接枝有PA6的单层石墨烯组成，所述接枝有PA6的单层石墨烯的横向尺寸大于3微米；石墨烯的质量与PA6的质量之比为0.1-1；
该ABS塑料通过下述步骤制备得到：
步骤一、将ABS、石墨烯/PA6纳米复合材料和增容剂ABS-g-MAH按重量比为50:60:15，在混合机中预混，得到混合均匀的预混料；
步骤二、用单螺杆挤出机在加工温度250℃，转速250rpm的条件下熔融共混挤出，冷却，造粒，制得ABS塑料。
实施例3：
一种抗老化改性ABS塑料的制备方法,包括以下步骤：
步骤一、将ABS、石墨烯/PA6纳米复合材料和增容剂ABS-g-MAH按重量比为30-50:45-60:5-15，在混合机中预混，得到混合均匀的预混料；所述石墨烯/PA6纳米复合材料由PA6和接枝有PA6的单层石墨烯组成，所述接枝有PA6的单层石墨烯的横向尺寸大于3微米；石墨烯的质量与PA6的质量之比为0.1-1:100；
步骤二、用单螺杆挤出机在加工温度230-250℃，转速200-250rpm的条件下熔融共混挤出，冷却，造粒，制得ABS塑料。
该石墨烯/PA6纳米复合材料通过如下步骤制备得到：
步骤一、将0.1-1质量份的改性石墨烯和1-10质量份去离子水加入100质量份的己内酰胺熔体中，在80℃下以300-500rpm搅拌混匀形成分散液；所述改性石墨烯为表面具有含氧官能团的单层石墨烯；碳氧比为2.5到6之间；
步骤二、在氮气保护下，将上述分散液在缩聚反应釜中升温至250-270℃，在0.5-1MPa下反应3小时；然后在真空下反应4小时，得到聚合物熔体；最后将聚合物熔体经水冷造粒得到石墨烯/PA6纳米复合材料。
该单螺杆挤出机的工作步骤为：
步骤一、将ABS、石墨烯/PA6纳米复合材料和增容剂ABS-g-MAH原料加入到单螺杆挤出机的混合箱6中，然后启动电机二7，带动搅拌轴30转动，搅拌轴30的卡槽31中插入有搅拌叶29，进而带动搅拌叶29转动，将原料进行预混，得到预混料；
步骤二、然后将预混料排入到出箱10中，启动电机三8，通过减速器9减速后带动螺杆12转动，加热器进行加热，加热温度230-250℃，螺杆12将熔融料输送挤出头20挤出；
步骤三、驱动电机一5，通过齿轮箱17带动偏心轮18转动，偏心轮18带动连接板23转动，连接板23带动切割刀24升降，进而对挤出头20挤出的熔融料进行切断造粒，得到ABS塑料。
该单螺杆挤出机包括安装侧板1、横板2、机架3、混合箱6、挤出箱10，所述安装侧板1有两块，两块所述安装侧板1平行设置，所述安装侧板1的顶部中心处固定安装有横板2，所述横板2的顶部固定安装有挤出箱10，所述挤出箱10的顶部固定安装有混合箱6，所述混合箱6的顶部安装有顶盖28，所述顶盖28的顶部开设有进料口，所述顶盖28的顶部中心处固定安装有电机二7，所述电机二7的输出轴端部固定安装有搅拌轴30，所述搅拌轴30贯穿顶盖28延伸至混合箱6内，所述搅拌轴30外周面上竖直开设有四条卡槽31，所述混合箱6的底部内壁开设有圆周形滑槽，圆周形滑槽上通过滑块滑动连接有四块搅拌叶29，所述搅拌叶29与卡槽31适配，所述混合箱6的底部设置有排料管，排料管上安装阀门；
所述挤出箱10为中空结构，所述挤出箱10的一侧固定安装有电机三8，所述电机三8通过减速器9与水平设置的螺杆12连接，所述螺杆12贯穿挤出箱10延伸至输送箱19内，所述输送箱19安装在挤出箱10的另一侧，所述输送箱19的另一侧固定安装有挤出头20，所述挤出头20上均匀开设有挤出孔25。
所述安装侧板1的顶部一端固定安装有机架3，所述机架3的顶部固定安装有U型板4，所述U型板4的顶部开设有安装槽一16，所述安装槽一16内通过螺栓固定安装有齿轮箱17，所述齿轮箱17位于U型板4的顶部内壁，所述齿轮箱17的顶部固定安装有电机一5，所述齿轮箱17的两侧均转动连接有偏心轮18，两个所述偏心轮18的外侧均活动连接有连接板23，所述连接板23与偏心轮18呈30-60度角设置，两块所述连接板23的内侧之间固定安装有切割刀24，两块所述连接板23的外侧均通过转轴连接有活动板22，所述活动板22上设置有两排导轮21；所述U型板4的内侧均开设有两条倾斜设置的安装槽二27，安装槽二27与U型板4呈30-60度角设置，两条所述安装槽二27之间通过螺栓固定安装有导轨26，所述导轨26与导轮21适配。
所述挤出箱10的一侧转动连接有齿轮二15，所述齿轮二15的一端与挤出箱10内部设置的旋转辊一11传动连接，所述齿轮二15与齿轮一14啮合连接，所述齿轮一14的一端固定安装有旋转辊二13，所述旋转辊二13贯穿挤出箱10，所述旋转辊二13与旋转辊一11平行设置，便于旋转辊二13与旋转辊一11就那些转动，利于混合。
本发明的工作原理：将ABS、石墨烯/PA6纳米复合材料和增容剂ABS-g-MAH原料加入到单螺杆挤出机的混合箱6中，然后启动电机二7，带动搅拌轴30转动，搅拌轴30的卡槽31中插入有搅拌叶29，进而带动搅拌叶29转动，将原料进行预混，得到预混料；通过顶盖的设置，便于将顶盖拿起，方便对混合箱6内部进行清理，同时通过卡槽31与搅拌叶29的设置，便于将搅拌叶29与搅拌轴30拆分，便于分别对其进行清理，同时也便于搅拌轴30带动搅拌叶29转动，方便使用；
驱动电机一5，通过齿轮箱17带动偏心轮18转动，偏心轮18带动连接板23转动，连接板23带动切割刀24升降，同时通过导轨26与导轮21适配，便于导轮21在导轨26上滑动，使得活动板22升降稳定，切割刀24升降稳定，进而对挤出头20挤出的熔融料进行切断造粒，得到ABS塑料；同时可以通过在安装槽二27中调节导轨26的位置，以及在安装槽一16中调节齿轮箱17的位置，进而对切割刀24位置进行调节，方便操作使用，适用范围广。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
