CN103013107B - 一种液晶聚合物作为高聚物高温润滑剂的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液晶聚合物作为高聚物高温润滑剂的用途，所述液晶聚合物为热致型液晶聚合物，即在一定温度下形成既有液体的流动性又有晶体的各向异性。将其加入到一些晶态高熔点或非晶态高玻璃化转变温度的聚合物中可使得聚合物的熔融指数或加工流动性能明显提高且兼具增强增韧之功能，与加入一些常规润滑剂（如：硅酮、二甲基硅油等）相比，综合性能明显改善。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料改性领域，尤其涉及一种液晶聚合物作为高聚物高温润滑剂的用途。
背景技术
热致性液晶聚合物是1976年美国Eastman Kodak公司首次发现聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）改性对羟基苯甲酸显示热致性液晶之后才开始研究开发的，直到上世纪80年代中后期才进入实用阶段。美国 Dartco公司首先将“Xydar”的液晶聚合物投放市场，之后美国、日本等数家公司也相继研究出液晶聚合物。由于液晶聚合物在热、电、机械、化学等方面优良的综合性能越来越受到各国的重视，其产品被引入到各个高技术领域的应用中，被誉为超级工程塑料。
从目前研究的现状来看，热致型液晶聚合物主要用于合金化或提高聚合物的强度及韧性。如：张爱玲等研究了“液晶聚合物对尼龙1010/聚丙烯共混合金的结晶行为和力学性能的影响”（《高分子材料科学与工程》，2001年06期），冯建民等研究了“液晶聚合物增强PC/PET共混物挤出片材的性能研究”（《塑料工业》，1997年05期）。但将热致型液晶聚合物作为高温润滑剂至今未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液晶聚合物作为高聚物高温润滑剂的用途，本发明首次提出热致型液晶聚合物作为高聚物高温润滑剂使用，可明显改善高聚物的加工流动性能，减少资源损耗。
本发明的液晶聚合物作为高聚物高温润滑剂的用途，所述液晶聚合物为热致型液晶聚合物。
上述热致型液晶聚合物为聚酯类热致型液晶聚合物。
上述高聚物优选为晶态熔点大于250℃的高聚物或非晶态玻璃化转变温度大于140℃的高聚物；
上述晶态熔点大于250℃的高聚物优选为聚酰胺66、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮酮中至少一种，所述非晶态玻璃化转变温度大于140℃的高聚物优选为聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚砜、聚醚砜中至少一种。
上述聚酯类热致型液晶聚合物为芳香族聚酯类的主链型液晶聚合物。
上述芳香族聚酯类的主链型液晶聚合物包括下述聚合物中的至少一种：
A-型热致型液晶聚合物：由p-羟基安息香酸、6-羟基-2-萘甲酸组成的液晶聚合物，其单体结构如下：
如：德国Hoechet Celanese公司的Vectra系列中无填充、无增强的Vectra系列产品，如A950。
B-型热致型液晶聚合物：由p-羟基安息香酸、4,4’-二羟基连二苯、苯二酸组成的液晶聚合物，其单体结构如下：
如：日本住友化学公司的Sumikasuper系列中无填充、无增强的Sumikasuper系列产品，如E6000。
C-型热致型液晶聚合物：由p-羟基安息香酸、4,4’-二羟基连二苯、苯二酸、2,6-萘二甲酸、对二苯酚组成的液晶聚合物，其单体结构如下：
如：美国杜邦公司的Zenite系列中无填充、无增强的Zenite系列产品，如HX2000。
D-型热致型液晶聚合物：由p-羟基安息香酸、对苯二甲酸乙二醇酯组成的液晶聚合物，其单体结构如下：
如：日本Unitika公司的X7G/Rodrum系列中无填充、无增强的X7G/Rodrum系列产品，如LC5000。
热致型液晶聚合物直接与高聚物混合作为高温润滑剂使用，所述热致型液晶聚合物与所述高聚物的重量比为3~10:100。
本发明将热致型液晶聚合物首次作为高聚物高温润滑剂使用，可明显改善高聚物的加工流动性能，减少资源损耗，同时，本发明将热致型液晶聚合物作为高聚物高温润滑剂用于晶态熔点大于250℃的高聚物或非晶态玻璃化转变温度大于140℃的高聚物中，使得聚合物的熔融指数明显提高，且兼具增强增韧之功能，与加入的一些常规润滑剂（如：硅酮、二甲基硅油等）相比，综合性能明显改善。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
以下所有测试项目，均执行相应的国家标准，即拉伸执行GB/T 1040；弯曲执行GB/T 9341；冲击执行GB/T 1843。
熔融指数测试：聚醚醚酮类测试条件为350℃，5kg；聚苯硫醚类测试条件为315℃，5kg；聚醚酰亚胺类和聚砜类测试条件为330℃，5kg。
实施例1
在100重量份聚醚醚酮中加入3份的E6000液晶聚合物经高速混合机常温混合5min，混合速度为120转/min，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为260℃、300℃、340℃、340℃、340℃、350℃、350℃、350℃、350℃、355℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为340℃、350℃、350℃、350℃、355℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表1。
对比实施例1
将100重量份聚醚醚酮通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为260℃、300℃、340℃、340℃、340℃、350℃、350℃、350℃、350℃、355℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为340℃、350℃、350℃、350℃、355℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表1。
对比实施例1-1
在100重量份聚醚醚酮中加入3份的硅酮粉经高速混合机常温混合5min，混合速度为120转/min，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为260℃、300℃、340℃、340℃、340℃、350℃、350℃、350℃、350℃、355℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为340℃、350℃、350℃、350℃、355℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表1。
对比实施例1-2
在100重量份聚醚醚酮中加入3份的二甲基硅油经高速混合机常温混合5min，混合速度为120转/min，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为260℃、300℃、340℃、340℃、340℃、350℃、350℃、350℃、350℃、355℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为340℃、350℃、350℃、350℃、355℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表1。
表1复合材料基本性能
| 测试项目 | 实施例1 | 对比实施例1 | 对比实施例1-1 | 对比实施例1-2 |
| 熔融指数/(g/10min) | 28.8 | 17.3 | 22.3 | 23.1 |
| 悬臂梁（Izod）缺口冲击强度/(KJ/m2) | 45.6 | 37.8 | 36.1 | 35.4 |
| 拉伸强度/MPa | 101.1 | 96.2 | 94.2 | 92.7 |
| 断裂伸长率/% | 192.4 | 176.5 | 164.3 | 161.8 |
| 弯曲强度/MPa | 172.5 | 156.8 | 153.4 | 154.2 |
| 弯曲模量/GPa | 5.3 | 4.7 | 4.5 | 4.6 |
实施例2
在100重量份聚苯硫醚中加入5份的A950液晶聚合物经高速混合机常温混合5min，混合速度为120转/min，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为240℃、280℃、300℃、300℃、300℃、300℃、300℃、300℃、300℃、305℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为260℃、300℃、300℃、300℃、305℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表2。
对比实施例2
将100重量份聚苯硫醚通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为240℃、280℃、300℃、300℃、300℃、300℃、300℃、300℃、300℃、305℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为260℃、300℃、300℃、300℃、305℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表2。
对比实施例2-1
在100重量份聚苯硫醚中加入5份的硅酮粉经高速混合机常温混合5min，混合速度为120转/min，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为240℃、280℃、300℃、300℃、300℃、300℃、300℃、300℃、300℃、305℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为260℃、300℃、300℃、300℃、305℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表2。
对比实施例2-2
在100重量份聚苯硫醚中加入5份的二甲基硅油经高速混合机常温混合5min，混合速度为120转/min，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为240℃、280℃、300℃、300℃、300℃、300℃、300℃、300℃、300℃、305℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为260℃、300℃、300℃、300℃、305℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表2。
表2复合材料基本性能
| 测试项目 | 实施例2 | 对比实施例2 | 对比实施例2-1 | 对比实施例2-2 |
| 熔融指数/(g/10min) | 37.2 | 28.9 | 32.4 | 33.9 |
| Izod缺口冲击强度/(KJ/m2) | 7.3 | 4.5 | 4.3 | 4.4 |
| 拉伸强度/MPa | 72.1 | 65.7 | 62.1 | 63.2 |
| 断裂伸长率/% | 103.6 | 95.7 | 90.2 | 87.4 |
| 弯曲强度/MPa | 120.2 | 109.5 | 107.1 | 108.7 |
| 弯曲模量/GPa | 3.2 | 2.9 | 2.6 | 2.8 |
实施例3
在100重量份聚醚酰亚胺中加入8份的HX2000液晶聚合物经高速混合机常温混合5min，混合速度为120转/min，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为280℃、320℃、320℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、335℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为300℃、330℃、330℃、330℃、335℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表3。
对比实施例3
将100重量份聚醚酰亚胺通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为280℃、320℃、320℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、335℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为300℃、330℃、330℃、330℃、335℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表3。
对比实施例3-1
在100重量份聚醚酰亚胺中加入8份的硅酮粉经高速混合机常温混合5min，混合速度为120转/min，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为280℃、320℃、320℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、335℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为300℃、330℃、330℃、330℃、335℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表3。
对比实施例3-2
在100重量份聚醚酰亚胺中加入8份的二甲基硅油经高速混合机常温混合5min，混合速度为120转/min，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为280℃、320℃、320℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、335℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为300℃、330℃、330℃、330℃、335℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表3。
表3复合材料基本性能
| 测试项目 | 实施例3 | 对比实施例3 | 对比实施例3-1 | 对比实施例3-2 |
| 熔融指数/(g/10min) | 28.7 | 16.4 | 18.5 | 19.7 |
| Izod缺口冲击强度/(KJ/m2) | 9.8 | 7.2 | 7.0 | 6.8 |
| 拉伸强度/MPa | 95.6 | 83.8 | 80.8 | 81.4 |
| 断裂伸长率/% | 138.0 | 118.7 | 109.7 | 113.2 |
| 弯曲强度/MPa | 169.3 | 144.2 | 137.6 | 139.7 |
| 弯曲模量/GPa | 5.5 | 3.8 | 3.7 | 3.6 |
实施例4
在100重量份聚砜中加入10份的LC5000液晶聚合物经高速混合机常温混合5min，混合速度为120转/min，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为280℃、320℃、320℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、335℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为300℃、330℃、330℃、330℃、335℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表4。
对比实施例4
将100重量份聚砜通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为280℃、320℃、320℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、335℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为300℃、330℃、330℃、330℃、335℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表4。
对比实施例4-1
在100重量份聚砜中加入10份的硅酮粉经高速混合机常温混合5min，混合速度为120转/min，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为280℃、320℃、320℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、335℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为300℃、330℃、330℃、330℃、335℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表4。
对比实施例4-2
在100重量份聚砜中加入10份的二甲基硅油经高速混合机常温混合5min，混合速度为120转/min，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为280℃、320℃、320℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、330℃、335℃，挤出螺杆长径比为35，挤出螺杆转速为180转/分钟，喂料速度为26转/分钟；单螺杆注塑温度从喂料到机头依次为300℃、330℃、330℃、330℃、335℃，注塑机螺杆长径比为30，螺杆转速为100转/min，注塑压力为80MPa，螺杆背压为10MPa，注塑时间为10s，冷却时间为6s。基本性能如表4。
表4复合材料基本性能
| 测试项目 | 实施例4 | 对比实施例4 | 对比实施例4-1 | 对比实施例4-2 |
| 熔融指数/(g/10min) | 18.2 | 8.4 | 10.5 | 11.2 |
| Izod缺口冲击强度/(KJ/m2) | 66.7 | 42.5 | 40.2 | 39.8 |
| 拉伸强度/MPa | 89.4 | 76.8 | 73.2 | 74.8 |
| 断裂伸长率/% | 221.4 | 189.5 | 165.2 | 173.8 |
| 弯曲强度/MPa | 148.7 | 129.6 | 130.1 | 131.4 |
| 弯曲模量/GPa | 5.7 | 3.4 | 3.4 | 3.3 |
从实施例数据可以看出只要在树脂中加入3~10份的热致型液晶聚合物就可以使聚合物的熔融指数明显提高且比加入普通的润滑剂（如：硅酮、二甲基硅油等）效果及综合性能较好，同时也改善了聚合物的强度及韧性。例如：从表-1中可以看出，在PEEK中加入3份E6000液晶聚合物可以使PEEK的熔融指数从17.3 g/10min增加到28.8 g/10min，且Izod缺口冲击强度从37.8 KJ/m2增加到45.6 KJ/m2、拉伸强度从96.2MPa增加到101.1MPa、弯曲强度从156.8MPa增加到172.5MPa、弯曲模量从4.7GPa增加到5.3GPa；而加入同样份数的硅酮粉和二甲基硅油熔融指数稍有提高，但强度和模量都会下降。
Claims (2)
1.一种液晶聚合物作为高聚物高温润滑剂的用途，所述液晶聚合物为热致型液晶聚合物；所述热致型液晶聚合物为聚酯类热致型液晶聚合物；所述高聚物为晶态熔点大于250℃的高聚物或非晶态玻璃化转变温度大于140℃的高聚物；所述晶态熔点大于250℃的高聚物为聚酰胺66、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮酮中至少一种；所述非晶态玻璃化转变温度大于140℃的高聚物为聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚砜、聚醚砜中至少一种；所述聚酯类热致型液晶聚合物为芳香族聚酯类的主链型液晶聚合物；所述芳香族聚酯类的主链型液晶聚合物包括下述聚合物中的至少一种：
A-型热致型液晶聚合物：由p-羟基安息香酸、6-羟基-2-萘甲酸组成的液晶聚合物，其重复单元结构如下：
B-型热致型液晶聚合物：由p-羟基安息香酸、4,4’-二羟基联苯、苯二酸组成的液晶聚合物，其重复单元结构如下：
C-型热致型液晶聚合物：由p-羟基安息香酸、4,4’-二羟基联苯、对苯二甲酸、2,6-萘二甲酸、对二苯酚组成的液晶聚合物，其重复单元结构如下：
D-型热致型液晶聚合物：由p-羟基安息香酸、对苯二甲酸乙二醇酯组成的液晶聚合物，其重复单元结构如下：
2.根据权利要求1所述液晶聚合物作为高聚物高温润滑剂的用途，其特征在于：所述热致型液晶聚合物直接与高聚物混合作为高温润滑剂使用，所述热致型液晶聚合物与所述高聚物的重量比为3～10:100。
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