CN102977488A - 一种聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物及其制备方法，组合物包括以下重量份：聚苯乙烯50－80，聚苯醚纤维20－50，抗氧剂0.5－1。制备方法是按所述重量份数称取原料，将除聚苯醚纤维外的原料投入到混合器中干混；将混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，所述聚苯醚纤维通过加纤口加入，经熔融挤出，造粒制得所述聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物。与目前市场上常见的玻璃纤维增强聚苯乙烯组合物相比,本发明中使用的聚苯醚纤维与聚苯乙烯基体可以完全相容，而不需加入昂贵的增韧剂和偶联剂。本发明制备的聚苯乙烯组合物具有抗冲击性能大幅度提升，组分间相容性好等明显优点。

Description

一种聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯(PS)是非常重要的塑料品种，年产量(包括改性产品)居于塑料行业前列。但由于其大分子链上连有苯环侧基，导致链结构不规整，分子链过于刚硬，使聚苯乙烯不易结晶，是一种硬而脆的高分子材料。聚苯乙烯虽然具有较高的拉伸、弯曲性能，但抗冲击性能较差，同时耐热性不高，最高连续使用温度低于80℃。针对以上性能缺陷，工业界主要采用共混和接枝共聚的方法，对聚苯乙烯进行增韧改性，目前市场上常见的聚苯乙烯均为改性产品。虽然改性后聚苯乙烯的韧性明显提高，但刚性、拉伸、弯曲性能却明显降低。如果采用玻璃纤维对聚苯乙烯进行增强，由于两种组分间相容性较差，故改性效果也不是非常理想。
相对而言，高分子纤维因为化学组成相似，与树脂基体间具有良好的相容性。但目前没有出现用高分子纤维增强聚苯乙烯材料的研究报告。市场上常见的高分子纤维主要作为纺织原料使用。高分子纤维的主要制备方法包括熔融纺丝法和溶液纺丝法。而溶液纺丝法又根据成丝原理不同而分为干法和湿法纺丝两种类型。目前尼龙纤维（中国发明专利CN 101139748 B）、涤纶纤维（中国发明专利CN 1304653 C）主要采用熔融纺丝法生产，而氨纶纤维（中国发明专利 CN 102154729 B）、纤维素纤维（中国发明专利 CN 1180142 C）、聚乙烯醇纤维（中国发明专利 CN 1253616 C）主要采用溶液纺丝法生产。聚苯醚材料因为熔体流动性很差，不适合熔融纺丝，所以只能使用溶液纺丝法制备成纤维。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物，以重量份数计，包括如下组分： 
聚苯乙烯     50－80；
聚苯醚纤维   20－50； 
抗氧剂       0.5－1。
进一步优化的，所述的聚苯乙烯为苯乙烯的均聚物，未经过共混或接枝共聚的增韧处理。
进一步优化的，所述的聚苯醚纤维是由以下工艺制备而得：将聚苯醚树脂溶于二甲苯中制成纺丝原液，60℃下表观粘度为3200－8000 poise。将纺丝原液采用干法纺丝的方法制成聚苯醚纤维。干法纺丝工艺：喷丝头温度选定230℃，纺丝速度为550－650m/min，纤维的线密度为100－500 dtex。
进一步优化的，所述的抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂 245。所述的抗氧剂1010为四〔β- (3,5 - 二叔丁基- 4 -羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯, 所述的抗氧剂245为三甘醇－双－〔3－（3－叔丁基－4－基－5－甲基苯）〕丙酸酸酯。
进一步优化的，所述组分还包括0－3份其它助剂；所述其他助剂为润滑剂(如硬脂酸钙、硬脂酸等)或色粉。
上述聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物的制备方法，其包括步骤：
（1）按所述重量份数称取原料，将除聚苯醚纤维外的原料投入到混合器中干混；
（2）将（1）中混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，所述聚苯醚纤维通过加纤口加入，经熔融挤出，造粒制得所述聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物。
进一步优化的，步骤（2）所述双螺杆挤出机的一区温度160-170℃，二区温度190-220℃，三区温度200-230℃，四区温度200-220℃，机头温度为200-220℃，停留时间2～3min，压力为9-16MPa。
进一步优化的，步骤（1）所述干混时间为3～5min。
进一步优化的，所述干混采用SHR系列高速混合器，主轴转速300～900转/分钟。
 由于采用以上技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：
聚苯醚是一种高性能的工程塑料，由于其分子链结构与聚苯乙烯相似，所以两者间具有非常良好的相容性，可以实现任意比例混溶。与玻璃纤维相比，聚苯醚纤维与聚苯乙烯树脂间结合力更强，分散更加均匀，使聚苯乙烯组合物的抗冲击性能大幅度提升。同时配方中不用加入增韧剂和偶联剂，可以降低成本。由于聚苯醚的熔融温度高于220℃，所以聚苯醚纤维在本发明的制备方法中始终以固体状态存在，可以通过加纤口加入挤出机中，操作非常方便。
具体实施方式
本实施方式中的聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物制备方法包括，a：按重量配比称取聚苯乙烯及其它原料(聚苯醚纤维除外)；b：将称好的原材料投入到SHR系列高速混合器中干混3～5min，主轴转速300～900转/分钟；c：将b中混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度160-170℃，二区温度190-220℃，三区温度200-230℃，四区温度200-220℃，机头200-220℃，聚苯醚纤维通过加纤口加入，停留时间2～3min，压力为9-16MPa。
为便于对本发明进一步理解，现结合具体实施例对本发明进行详细描述：
实施例1：
按重量份数称取PS 78份，抗氧剂1010  0.5份，硬脂酸钙1.5份。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，聚苯醚纤维通过加纤口加入，控制纤维含量20份，混合3分钟，经熔融共混，挤出造粒成复合材料。其中，螺杆各加温区温度设置分别为：一区温度：160℃；二区：220℃；三区：230℃；四区：220℃；机头：220℃；停留时间3min。压力为10MPa。
实施例2：
按重量份数称取PS 53份，抗氧剂1010  0.5份，硬脂酸钙1.5份。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，聚苯醚纤维通过加纤口加入，控制纤维含量45份，混合5分钟，经熔融共混，挤出造粒成复合材料。其中，螺杆各加温区温度设置分别为：一区温度：160℃；二区：220℃；三区：230℃；四区：220℃；机头：220℃；停留时间2min。压力为12MPa。
实施例3：
按重量份数称取PS 48份，抗氧剂1010  0.5份，硬脂酸钙1.5份。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，聚苯醚纤维通过加纤口加入，控制纤维含量50份，混合5分钟，经熔融共混，挤出造粒成复合材料。其中，螺杆各加温区温度设置分别为：一区温度：160℃；二区：220℃；三区：230℃；四区：220℃；机头：220℃；停留时间3min。压力为13MPa。
对比例1：
按重量份数称取PS 73.5份，聚苯乙烯接枝马来酸酐 3份，硅烷偶联剂KH-550  1.5份，抗氧剂1010  0.5份，硬脂酸钙1.5份。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，玻璃纤维通过加纤口加入，控制纤维含量20份，混合3分钟，经熔融共混，挤出造粒成复合材料。其中，螺杆各加温区温度设置分别为：一区温度：160℃；二区：220℃；三区：230℃；四区：220℃；机头：220℃；停留时间3min。压力为9MPa。
对比例2：
按重量份数称取PS 48.5份，聚苯乙烯接枝马来酸酐 3份，硅烷偶联剂KH-550  1.5份，抗氧剂1010  0.5份，硬脂酸钙1.5份。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，玻璃纤维通过加纤口加入，控制纤维含量45份，混合5分钟，经熔融共混，挤出造粒成复合材料。其中，螺杆各加温区温度设置分别为：一区温度：160℃；二区：220℃；三区：230℃；四区：220℃；机头：220℃；停留时间3min。压力为12MPa。
性能测试：
拉伸强度按GB/T 1040标准进行检验。试样类型为I型，样条尺寸（mm）：170（长）×（20±0.2）（端部宽度）× ( 4±0.2 )（厚度），拉伸速度为50 mm/min；
弯曲强度和弯曲模量按GB/T 9341标准进行检验。试样类型为试样尺寸（mm）：（80±2）×（10±0.2）×(4±0.2)，弯曲速度为20 mm/min；
缺口冲击强度按GB/T 1043标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸（mm）：（80±2）×（10±0.2）×(4±0.2)；缺口类型为A类，缺口剩余厚度为3.2 mm。
实施例1~3的配方及材料性能见表1：
表1
Figure 201210511753X100002DEST_PATH_IMAGE001
对比例1~2的配方及材料性能见表2：
表2
  1# 2#
PS 73.5 48.5
聚苯乙烯接枝马来酸酐 3 3
玻璃纤维 20 45
KH-550 1.5 1.5
抗氧剂1010 0.5 0.5
硬脂酸钙 1.5 1.5
拉伸强度（MPa） 96 135
弯曲强度（MPa） 206 294
弯曲模量（GPa） 4.9 6.3
缺口冲击强度（KJ/m2） 12.4 17.0
从以上实施例和比较例性能可以看出，本发明的聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物体系是一种具有超强抗冲击性能、高强度、高刚性的组合物体系。与常见的玻璃纤维和金属纤维增强聚苯乙烯材料相比，聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物更加适合被应用于航空、航天、航海等领域。
以上对本发明所提供的一种聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物，其特征在于以重量份数计，包括如下组分： 
聚苯乙烯     50－80；
聚苯醚纤维   20－50； 
抗氧剂       0.5－1。
2.如权利要求1所述的聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物，其特征在于：所述的聚苯乙烯为苯乙烯的均聚物，未经过共混或接枝共聚的增韧处理。
3.如权利要求1所述的聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物，其特征在于：所述的聚苯醚纤维是由以下工艺制备而得：将聚苯醚树脂溶于二甲苯中制成纺丝原液，60℃下表观粘度为3200－8000 poise；将纺丝原液采用干法纺丝的方法制成聚苯醚纤维；干法纺丝工艺条件为：喷丝头温度230℃，纺丝速度为550－650m/min，纤维的线密度为100－500 dtex。
4.如权利要求1所述的聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂 245。
5.如权利要求1所述的聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物，其特征在于：所述组分还包括0－3份其它助剂；所述其他助剂为润滑剂或色粉。
6.制备权利要求1所述聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物的方法，其特征在于，包括步骤：
（1）按所述重量份数称取原料，将除聚苯醚纤维外的原料投入到混合器中干混；
（2）将（1）中混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，所述聚苯醚纤维通过加纤口加入，经熔融挤出，造粒制得所述聚苯醚纤维增强聚苯乙烯组合物。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于步骤（2）所述双螺杆挤出机的一区温度160-170℃，二区温度190-220℃，三区温度200-230℃，四区温度200-220℃，机头温度为200-220℃，原料在挤出机中停留时间2～3min，压力为9-16MPa。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于步骤（1）所述干混时间为3～5min。
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