CN102942790A - 一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料 - Google Patents

一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料 Download PDF

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王港
陈晓媛
杨建军
王强
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Abstract

本发明公开了一种耐高温、高强度聚苯硫醚基玻璃纤维增强反应性增韧复合材料及其制备方法,其特征在于它由如下重量百分比的组分组成:聚苯硫醚30~55%,玻璃纤维30~60%,增容剂0~10%,聚烯烃0~10%,高性能工程塑料0~20%,成核剂1~2%,助剂0.5~1%。其技术特点在于:通过界面反应实现相形态控制、成核诱导提高结晶速率,达到界面相容、结构增强之目的。该复合材料具有密度低、强度高、韧性好、耐高温、易成型等优点,适用于汽车零件、家电、化工等有耐高温、耐腐蚀、抗扭压、低蠕变、低成本化要求的应用领域。

Description

一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料
技术领域
[0001] 本发明涉及一种耐高温、高强度聚苯硫醚基玻璃纤维增强反应性增韧复合材料的制备方法。
背景技术
[0002]聚苯硫醚(Polyphenylene Sulf ide),是美国 Phillips Petroleum于 1971 年首次
实现工业化生产,并得到迅速发展的一种高性能热塑性工程塑料。其化学结构式为
[0003]
Figure CN102942790AD00041
[0004] 聚苯硫醚是白色粉末状的半结晶聚合物,具有优良的阻燃性、耐化学腐蚀性及良好的机械和电学性能,可用多种方法加工成型,还适合精密成型,在汽车制造、电子电气、化工、仪器仪表和航天工业等领域具有广泛的应用前景。
[0005] 但由于聚苯硫醚主链上大量苯环的存在,增加了材料的刚性,使其存在脆性大、韧性差的缺点。并且聚苯硫醚的玻璃化转变温度Tg较低(约为90°C ),当使用温度超过Tg时,常导致其力学性能和制品尺寸稳定性下降。上述缺点使聚苯硫醚的应用受到了很大的限制。通常需要将其与玻璃纤维进行复合以获得更高的强度、高温稳定性和尺寸稳定性。但玻璃纤维增强对其韧性的提高有限。在对聚苯硫醚增韧的研究中,橡胶弹性体增韧是最直接简单的办法。使用传统的橡胶弹性体改性时,由于分散差,且橡胶与基体粘结差,其增韧效果不明显,往往还导致刚性和耐热性能下降。选择高性能工程塑料与之共混形成合金是改善聚苯硫醚力学性能、耐热性能、尺寸稳定性等的有效手段。其中制备或选择适当的界面增容剂来加强界面粘接是合金化的关键。
[0006] 利用玻璃纤维对聚苯硫醚增强增韧的同时,沿用反应挤出思路,以带反应性基团的增容剂,通过反应实现相形态控制,进一步改善基体本身的脆性以及强化聚苯硫醚与玻璃纤维、聚苯硫醚与高性能聚合物的界面粘结;以成核剂加速聚苯硫醚结晶速率,从而获得高刚性、高强度、高韧性的耐高温聚苯硫醚复合材料,推动聚苯硫醚复合材料的应用。
发明内容
[0007] 本发明旨在克服现有技术缺点,提供一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料,其具有密度低、强度高、韧性好、耐高温,满足尺寸稳定性要求,适用于电子、电气、化工、汽车制造等领域。
[0008] 本发明的另一目的是提供上述复合材料的制备工艺。
[0009] 为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
[0010] 一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料,它是以聚苯硫醚为基体,玻璃纤维为增强相,以带反应性基团的增容剂强化聚苯硫醚与玻璃纤维、聚苯硫醚与高性能聚合物的界面粘结,以成核剂加速聚苯硫醚结晶速率。
[0011] 它由如下重量百分比的组分组成:
[0012] 聚苯硫醚30〜55% ;
[0013] 玻璃纤维30〜60%;
[0014] 增容剂O〜10%;
[0015] 聚烯烃O〜10%;
[0016] 高性能工程塑料O〜20 % ;
[0017] 成核剂I〜2%;·[0018]助剂 0.5 〜1%。
[0019] 所述的聚苯硫醚为交联型聚苯硫醚树脂,长分子链末端带化学活性端基,在适当条件下可发生交联反应,生成局部交联网络结构。
[0020] 所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维原丝,纤维直径10〜14 μ m,短切长度3〜6mm,表面涂覆硅烷基浸润剂,具有易分散、高强度特点。
[0021] 所述的增容剂为双酚A类固体环氧树脂或带环氧基的无规乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油脂-丙烯酸酯共聚物之一种或两种。
[0022] 所述的聚烯烃为马来酸酐接枝聚乙烯或无规乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐三元共聚物之一种或两种。
[0023] 所述的高性能工程塑料为聚苯醚、聚砜之一种或两种。
[0024] 所述成核剂为平均粒径O. 8-1. O μ m的超细滑石粉、硫酸钡之一种或两种。
[0025] 所述助剂为偶联剂、抗氧剂。
[0026] 所述偶联剂为Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
[0027] 所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯抗氧剂。
[0028] 聚苯硫醚基玻璃纤维增强反应性增韧复合材料的制备工艺步骤如下:
[0029] (I)预交联处理:聚苯硫醚粉末在220〜240°C热容器中处理4〜10小时,颜色由白色转变为掠色;
[0030] (2)将预交联处理后的聚苯硫醚树脂加入高速混合机,按比例加入偶联剂、成核剂并高速混合均匀后,再加入增容剂、聚烯烃、高性能工程塑料和助剂并低速混合均匀,形成预混物;
[0031] (3)预混物从主加料斗加入已分段预热好的双螺杆挤出机,在一定的转速下被均匀挤出;
[0032] (4)待稳定挤出后,玻璃纤维从侧向加料斗定量引入;
[0033] (5)熔融状料条从挤出机口模被牵引入水槽冷却固化后,进入切粒装置被切成颗粒状复合材料。
[0034] 本发明的有益效果在于:
[0035] (I)与传统玻璃纤维增强或弹性体增韧的聚苯硫醚复合材料相比,其刚性、强度、耐热性得以保持的同时,韧性得到很大提高。
[0036] (2)同时兼具有耐腐蚀、易成型、密度低、尺寸稳定性好的特点。
[0037] (3)适用于汽车零件、家电、化工等有耐高温、耐腐蚀、抗扭压、低蠕变、低成本化要求的应用领域。具体实施方式
[0038] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
[0039] 实施例I〜6
[0040] 聚苯硫醚在220〜240°C的烘箱中热处理4〜10小时,测试其熔融指数达到300〜500g/10min为宜。将预处理的聚苯硫醚按比例称量好后,加入高速混合机,再加入偶联剂和成核剂搅拌均匀,搅拌速度约1440转/分钟,搅拌时间为I分钟,再往高速混合机中加入增容剂、聚烯烃、高性能工程塑料以及助剂搅拌均匀,搅拌速度约720转/分钟,时间为3分钟,从而得到预混物。 [0041] 双螺柱挤出机的设定工艺条件如下:
[0042] I〜9区螺杆和机头温度控制为:260〜290°C ;
[0043] 螺杆转速:400〜500转/分;
[0044]真空度:-0· 09 〜-O. 06MPa。
[0045] 将上述预混物加入双螺杆挤出机主加料斗中,玻璃纤维从螺杆第五区的侧加料口加入。挤出的料条经过冷水槽被冷却后,进入切粒装置被切成直径3〜5_的颗粒状复合材料。
[0046] 按上述制备工艺制备本发明的复合材料,实施例I〜6,各组分含量见表I。
[0047] 表一实施例配方表及复合材料性能检测结果
[0048]
Figure CN102942790AD00071
[0050] 上表示出的配方表以总重量IOkg计算,得出各组分的具体数值进行加工,当然,在上表示出的组份百分比下还可以得出任意一种配方数值,此处仅仅示出一种情况。
[0051] 各实施例中所制备的复合材料按标准尺寸注塑成测试用的标准样条,各实施例中的物理性能分别按国家标准进行测试。
[0052] 虽然本发明所公开的实施方式如上,但所述的内容并非用以直接限定本发明的专利保护范围,任何本发明所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明所公开的精神和范围内,在实施的形式上及细节上所做的改进和润饰,均属本发明的专利保护范围,因此本发明的专利保护范围仍须以本说明书所附的权利要求书所界定的为准。
[0053] 为了简明,本说明书省略了对公知技术的描述。

Claims (11)

1. 一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料,其特征在于,它是以聚苯硫醚为基体,玻璃纤维为增强相,以带反应性基团的增容剂强化聚苯硫醚与玻璃纤维、聚苯硫醚与高性能聚合物的界面粘结,以成核剂加速聚苯硫醚结晶速率。
2.根据权利要求I所述的一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料,其特征在于,它按重量百分比包括下列组分: 聚苯硫醚 30〜55%; 玻璃纤维 30〜60%; 增容剂 O〜10% ; 聚烯烃 O〜10% ; 高性能工程塑料O〜20% ; 成核剂 I〜2%; 助剂 O. 5〜1%。
3.据权利要求I所述的一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料,其特征在于,所述的增强相为直径10〜14 μ m、长度3〜6_、表面涂覆娃烧基浸润剂的无碱短切玻璃纤维原丝。
4.根据权利要求I所述的一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料,其特征在于,所述的增容剂为双酚A类固体环氧树脂或带环氧基的无规乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油脂-丙烯酸酯共聚物之一种或两种。
5.根据权利要求I所述的一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料,其特征在于,所述的成核剂为平均粒径O. 8〜I. O μ m的超细滑石粉、硫酸钡之一种或两种。
6.根据权利要求I所述的一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料,其特征在于,所述的高性能工程塑料为聚苯醚、聚砜之一种或两种。
7.根据权利要求2所述的一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料,其特征在于,所述的聚烯烃为马来酸酐接枝聚乙烯或无规乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐三元共聚物之一种或两种。
8.根据权利要求2所述的一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料,其特征在于,所述助剂为偶联剂、抗氧剂。
9.根据权利要求8所述的一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料,其特征在于,所述偶联剂为Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
10.根据权利要求8所述的一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料,其特征在于,所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯抗氧剂。
11.根据权利要求I〜10任一项所述的一种耐高温、高强度聚苯硫醚基反应性增强增韧复合材料,其特征在于,其制备步骤为: (1)聚苯硫醚树脂在220〜240°C热容器中热处理4〜10小时,实现预交联; (2)将预交联处理后的聚苯硫醚树脂加入高速混合机,按比例加入偶联剂、成核剂并高速混合均匀后,再加入增容剂、聚烯烃、高性能工程塑料和助剂并低速混合均匀,形成预混物; (3)预混物加入已预热的双螺杆挤出机主加料斗,被均匀地熔融挤出;(4)稳定挤出后,玻璃纤维从侧向加料斗定量引入; (4)熔融状料条从挤出机口模被牵弓I入水槽冷却固化后,进入切粒装置被切成颗粒状复合材料。
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