CN102977560A - 一种低翘曲碳纤维增强pbt支架专用料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料及其制备方法，所述低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料包括如下重量份的组分：100重量份的PBT、20～50重量份的碳纤维、3～10重量份的增韧剂、2～10重量份的界面增强剂、5～15重量份的防翘曲剂、2～7重量份的偶联剂、2～7重量份的分散润滑剂、2～8重量份的抗氧剂。本发明采用PBT树脂作为主体，以碳纤维作为增强剂，在有关助剂配合下制得的碳纤维增强PBT支架专用料不仅具有优良机械物理性能，而且具有尺寸稳定、低翘曲的优良性能，提升了PBT树脂的应用附加值，可用于制造精密仪器的支架或护架。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料中热塑性聚酯组合物领域，具体涉及一种低翘曲碳纤维增强聚对苯二甲酸丁二醇酯(简称PBT、下同)支架专用料的配方及其制备方法。
背景技术
PBT是热塑性聚酯系列中一种重要的结晶性树脂，是由丁二醇与对苯二甲酸或者对苯二甲酸酯缩合聚合而成。PBT机械性能好、具有强度高、耐疲劳性、尺寸稳定、蠕变也小的性能，有一定的自润滑性和耐磨性，耐热耐候好，此外电性能优良、耐电弧性好；抗化学药品性优异。
碳纤维是一种高性能的结构纤维，具有高比强度、结构稳定性好、抗疲劳断裂及特殊的电磁性能和吸波隐身等特点，同时兼备纤维的柔软可加工性，从而成为高性能复合材料中最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料，本发明制得的碳纤维增强PBT支架专用料不仅具有优良的机械物理性能，而且具有尺寸稳定、低翘曲的优良性能，提升了PBT树脂的应用附加值，可用于制造精密仪器的支架或护架。
本发明所要解决的技术问题还在于提供上述的低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料，其包括如下重量份的组分：
所述PBT在250℃、2.16Kg负荷下的熔体流动速率为18～80g/10min、特性粘度为0.65～1.30dl/g、端羧基含量为20～45mol/t。优选的，所述PBT树脂的熔体流动速率为20～60g/10min(250℃、2.16Kg)、特性粘度为0.75～1.10dl/g、端羧基含量为25～40mol/t。更优选的，所述PBT树脂的熔体流动速率为25～50g/10min(250℃、2.16Kg)、特性粘度为0.85～1.00dl/g、端羧基含量为30～35mol/t。
所述碳纤维为沥青基短切碳纤维、聚丙烯腈基短切碳纤维、粘胶基短切碳纤维、酚醛基短切碳纤维和木质素基短切碳纤维中的至少一种。优选的是，所述碳纤维为沥青基短切碳纤维、聚丙烯腈基短切碳纤维中的至少一种。更优选的是，所述碳纤维为聚丙烯腈基短切碳纤维。
所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物接枝马来酸酐、乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、乙烯-辛烯共聚物接枝丙烯酸酯、乙烯-辛烯共聚物接枝缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物和丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的至少一种。优选的是，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、乙烯-辛烯共聚物接枝缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的至少一种。更优选的是，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物接枝缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的至少一种。
所述界面增强剂为酚醛型缩水甘油醚、双酚A型缩水甘油醚、双酚F型缩水甘油醚、双酚S型缩水甘油醚和邻甲酚型缩水甘油醚中的至少一种。优选的是，所述界面增强剂为双酚A型缩水甘油醚、双酚F型缩水甘油醚中的至少一种。更优选的是，所述界面增强剂为双酚A型缩水甘油醚。
所述防翘曲剂为钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须、氧化锌晶须、碳化硅晶须和硅灰石晶须中的至少一种。优选的是，所述防翘曲剂为硫酸钙晶须、硅灰石晶须、钛酸钾晶须的至少一种。更优选的是，所述防翘曲剂为硅灰石晶须、钛酸钾晶须中的至少一种。
所述偶联剂为n-丙基三甲氧基硅烷、n-甲基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙磷酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。优选的是，所述偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙磷酰氧)丙基三甲氧基硅烷和n-丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。更优选的是，所述偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、n-丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
所述分散润滑剂为酯化蜡、蒙旦蜡、褐煤蜡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、乙烯-丙烯酸共聚物和乙烯-丙烯酸盐离子共聚物中的至少一种。优选的是，所述分散润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、酰胺蜡、蒙旦蜡、酯化蜡、乙烯-丙烯酸共聚物中的至少一种。更优选的是，所述分散润滑剂为蒙旦蜡、硬脂酸锌中的至少一种。
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、β－(3,5－二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯、双异癸氧基季戊四醇二亚磷酸酯、（2，4二叔丁基苯基）亚磷酸三酯和双（2,4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种。优选的是，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、β－(3,5－二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯、（2，4二叔丁基苯基）亚磷酸三酯、双（2,4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种。更优选的是，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、（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸三酯中的至少一种。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案还包括，一种低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料的制备方法，包括如下步骤:
(1).将各组分按照所述重量份数称取；
(2).将所述步骤(1)称量的PBT置于125～135℃鼓风干燥3～4h，所述步骤(1)称量的碳纤维置于410±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；
(3).将所述步骤(1)称量的增韧剂、界面增强剂、防翘曲剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及所述步骤(2)处理后的PBT，置于高速搅拌机中，于600～900转/分钟下高速搅拌10～15分钟，待所述物料混合均匀后放料；
(4).将所述步骤（3）混合后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度为235～270℃、转速280～360转/分钟状态下运转，将所述步骤(2)处理后的碳纤维由侧向喂料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明采用PBT树脂作为主体，以碳纤维作为增强剂，在有关助剂配合下制得的碳纤维增强PBT支架专用料不仅具有优良机械物理性能，而且具有尺寸稳定、低翘曲的优良性能，提升了PBT树脂的应用附加值，可用于制造精密仪器仪器的支架或护架。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不局限于以下实施例，基于本发明的变化同样在保护范围内。
在下列实施例中，低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料所需各组分均从市场购得，其中PBT树脂采用TUNHE公司的TH6075或TH6085，短切碳纤维采用MITSUBISHI RAYON公司的PYROFIL TR06或TOHO公司的TUNHE C227，增韧剂采用DUPONT公司的PTW，界面增强剂采用BLUESTAR公司的0161L，防翘曲剂采用SIYUAN公司的SYW-XA1250，偶联剂采用DIAMOND公司的DB560，分散润滑剂采用Clariant公司的Licolu b we4、抗氧剂采用JINHAI ALBEMARLE公司的AT10和AT168。
实施例中性能试验采用的方法为:密度按ISO1183要求进行测试。拉伸强度按ISO527要求进行测试，状态为5mm/min。弯曲强度及模量按ISO178要求进行测试，状态为2mm/min。缺口冲击性能按ISO180要求进行测试。热变形温度按ISO75-2要求进行测试、状态为1.80MPa负载。线性热膨胀系数按ISO11359-2要求进行测试。
实施例1
PBT树脂(TH6075)100份、短切碳纤维(PYROFIL TR06)22份、增韧剂(PTW)5份、界面增强剂(0161L)2份、防翘曲剂(SYW-XA1250)10份、偶联剂(DB561)3份、分散润滑剂(Licolu b we4)5份、抗氧剂(AT10和AT168)3份。
制备方法是：将各组分按照上述重量份数称取；称取的PBT树脂置于125～135℃鼓风干燥3～4h，称取的短切碳纤维置于410±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；将称取的所述增韧剂、界面增强剂、防翘曲剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及鼓风干燥处理后的PBT，置于高速搅拌机中，于700转/分钟下高速搅拌8分钟待物料混合均匀后放料。再将混匀后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度在235～270℃、转速在300转/分钟状态下运转，热处理后的短切碳纤维由侧向喂料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。
实施例2
PBT树脂(TH6075)100份、短切碳纤维(PYROFIL TR06)32份、增韧剂(PTW)6份、界面增强剂(0161L)2份、防翘曲剂(SYW-XA1250)10份、偶联剂(DB561)3份、分散润滑剂(Licolu b we4)5份、抗氧剂(AT10和AT168)3份。
制备方法是：将各组分按照上述重量份数称取；称取的PBT树脂置于125～135℃鼓风干燥3～4h，称取的短切碳纤维置于410±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；将称取的所述增韧剂、界面增强剂、防翘曲剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及鼓风干燥处理后的PBT，置于高速搅拌机中，于700转/分钟下高速搅拌8分钟待物料混合均匀后放料。再将混匀后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度在235～270℃、转速在300转/分钟状态下运转，热处理后的短切碳纤维由侧向喂料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。
实施例3
PBT树脂(TH6075)100份、短切碳纤维(PYROFIL TR06)22份、增韧剂(PTW)5份、界面增强剂(0161L)2份、防翘曲剂(SYW-XA1250)12份、偶联剂(DB561)2份、分散润滑剂(Licolu b we4)5份、抗氧剂(AT10和AT168)2份。
制备方法是：将各组分按照上述重量份数称取；称取的PBT树脂置于125～135℃鼓风干燥3～4h，称取的短切碳纤维置于410±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；将称取的所述增韧剂、界面增强剂、防翘曲剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及鼓风干燥处理后的PBT，置于高速搅拌机中，于700转/分钟下高速搅拌8分钟待物料混合均匀后放料。再将混匀后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度在235～270℃、转速在300转/分钟状态下运转，热处理后的短切碳纤维由侧向喂料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。
实施例4
PBT树脂(TH6075)100份、短切碳纤维(PYROFIL TR06)32份、增韧剂(PTW)6份、界面增强剂(0161L)2份、防翘曲剂(SYW-XA1250)10份、偶联剂(DB561)3份、分散润滑剂(Licolu b we4)5份、抗氧剂(AT10和AT168)3份。
制备方法是：将各组分按照上述重量份数称取；称取的PBT树脂置于125～135℃鼓风干燥3～4h，称取的短切碳纤维置于410±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；将称取的所述增韧剂、界面增强剂、防翘曲剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及鼓风干燥处理后的PBT，置于高速搅拌机中，于700转/分钟下高速搅拌8分钟待物料混合均匀后放料。再将混匀后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度在235～270℃、转速在300转/分钟状态下运转，热处理后的短切碳纤维由侧向喂料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。
实施例5
PBT树脂(TH6075)100份、短切碳纤维(PYROFIL TR06)43份、增韧剂(PTW)7份、界面增强剂(0161L)2份、防翘曲剂(SYW-XA1250)10份、偶联剂(DB561)3份、分散润滑剂(Licolu b we4)5份、抗氧剂(AT10和AT168)3份。
制备方法是：将各组分按照上述重量份数称取；称取的PBT树脂置于125～135℃鼓风干燥3～4h，称取的短切碳纤维置于410±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；将称取的所述增韧剂、界面增强剂、防翘曲剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及鼓风干燥处理后的PBT，置于高速搅拌机中，于700转/分钟下高速搅拌8分钟待物料混合均匀后放料。再将混匀后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度在235～270℃、转速在300转/分钟状态下运转，热处理后短切碳纤维由侧向喂料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。
实施例6
PBT树脂(TH6075)100份、短切碳纤维(PYROFIL TR06)43份、增韧剂(PTW)7份、界面增强剂(0161L)2份、防翘曲剂(SYW-XA1250)12份、偶联剂(DB561)3份、分散润滑剂(Licolu b we4)5份、抗氧剂(AT10和AT168)3份。
制备方法是：将各组分按照上述重量份数称取；称取的PBT树脂置于125～135℃鼓风干燥3～4h，称取的短切碳纤维置于410±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；将称取的所述增韧剂、界面增强剂、防翘曲剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及鼓风干燥处理后的PBT，置于高速搅拌机中，于700转/分钟下高速搅拌8分钟待物料混合均匀后放料。再将混匀后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度在235～270℃、转速在300转/分钟状态下运转，热处理后的短切碳纤维由侧向喂料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。
实施例1～6所获得的数据见表1。
表1实施例1～6技术性能
以上所述的实施例只是本发明的一种示例，并非对本发明任何形式上的限制，在不超过权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体以及改型。
Claims (10)
1.一种低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料，其特征在于，其包括如下重量份的组分：
2.根据权利要求1所述的一种低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料，其特征在于，所述PBT在250℃、2.16Kg负荷下的熔体流动速率为18～80g/10min、特性粘度为0.65～1.30dl/g、端羧基含量为20～45mol/t。
3.根据权利要求1所述的一种低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料，其特征在于，所述碳纤维为沥青基短切碳纤维、聚丙烯腈基短切碳纤维、粘胶基短切碳纤维、酚醛基短切碳纤维和木质素基短切碳纤维中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物接枝马来酸酐、乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、乙烯-辛烯共聚物接枝丙烯酸酯、乙烯-辛烯共聚物接枝缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物和丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料，其特征在于，所述界面增强剂为酚醛型缩水甘油醚、双酚A型缩水甘油醚、双酚F型缩水甘油醚、双酚S型缩水甘油醚和邻甲酚型缩水甘油醚中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料，其特征在于，所述防翘曲剂为钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须、氧化锌晶须、碳化硅晶须和硅灰石晶须中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料，其特征在于，所述偶联剂为n-丙基三甲氧基硅烷、n-甲基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙磷酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料，其特征在于，所述分散润滑剂为酯化蜡、蒙旦蜡、褐煤蜡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、乙烯-丙烯酸共聚物和乙烯-丙烯酸盐离子共聚物中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料，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、β－(3,5－二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯、双异癸氧基季戊四醇二亚磷酸酯、（2，4二叔丁基苯基）亚磷酸三酯和双（2,4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的一种低翘曲碳纤维增强PBT支架专用料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
(1).将各组分按照所述重量份数称取；
(2).将所述步骤(1)称量的PBT置于125～135℃鼓风干燥3～4h，所述步骤(1)称量的碳纤维置于410±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；
(3).将所述步骤(1)称量的增韧剂、界面增强剂、防翘曲剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及所述步骤(2)处理后的PBT，置于高速搅拌机中，于600～900转/分钟下高速搅拌10～15分钟，待所述物料混合均匀后放料；
(4).将所述步骤（3）混合后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度为235～270℃、转速280～360转/分钟状态下运转，将所述步骤(2)处理后的碳纤维由侧向喂料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。
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