CN103665867A - 一种增强聚苯硫醚复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强聚苯硫醚复合材料及其制备方法，其特点是将聚苯硫醚树脂40～80份、增强填料15～40份、耐高温相容剂1～20份和抗氧剂0～0.8份，加入到高速混合器中，室温下混合3-8min，得到混合料；再将上述混合后的混合料加入到双螺杆挤出机中，于温度285～325℃，螺杆转速为75～200rpm，熔融共混3～12min，然后挤出造粒，得到增强聚苯硫醚复合材料。它具有优异的力学性能、耐热性能、加工稳定性和生产效率高、成本低的优点。

Description

一种增强聚苯硫醚复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种增强聚苯硫醚复合材料及其制备方法，属于高分子复合材料制备领域。 

背景技术

聚苯硫醚是以苯环和硫原子交替排列构成的线性高分子化合物，其分子结构式为 聚苯硫醚是继聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、热塑性聚酯、聚苯醚之后的第六大工程塑料。聚苯硫醚的密度为1.31-1.36g/cm3，熔点为285℃，作为结晶性热塑性聚合物，线性聚苯硫醚结晶度高达65%，玻璃化温度为92℃，分解温度>400℃，具有较好的耐热性能、耐化学腐蚀性、电气特性及阻燃性。同时，聚苯硫醚是耐高温塑料中价格最低，综合性能优异的热塑性塑料，具有良好的市场竞争力和发展潜力。其主要的应用领域为：电子电气工业、机械工业领域、汽车工业、军工及航空航天。但是随着工业生产和科学技术的发展，在电气工业、机械工业，特别是军工和航空航天工业领域，对材料的的要求提出了更高的要求，希望材料具有优异的综合力学性能。 

常用的聚苯硫醚的改性方法主要有：合成角度对其进行结构改性、与其他聚合物共混制备合金、改性无机粒子或纤维填充改性等。合成改性聚苯硫醚成本较高，且工艺较复杂；而与其他聚合物共混制备合金、无机粒子或纤维填充改性聚苯硫醚的方法相对简单，可行性强。与聚苯硫醚共混制备合金的聚合物通常有：聚酰胺、聚四氟乙烯和聚芳砜等。但是，一方面，因为聚苯硫醚树脂分子链高度对称，树脂表现出非极性，与其他极性树脂相容性不好，所以聚苯硫醚合金的力学强度仍然不理想；另一方面，聚酰胺，聚四氟乙烯等材料成本高，不利于广泛运用。所以聚苯硫醚中常需要添加增强填料来提高材料的综合力学性能。用于增强改性聚苯硫醚的纤维主要有玻璃纤维、碳纤维等。用于填充改性聚苯硫醚的无机粒子主要有纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、碳纳米管、石墨、纳米稀土金属氧化物等。但是，一方面同样在增强填料和聚苯硫醚之间也存在相容性不好的问题；另一方面因为增强填料（如纳米粒子）之间存在大量氢键，混合过程中填料团簇现象严重，导致分散不均，也会影响复合材料的性能。所以在实际应用过程中需要添加相容剂，一方面能够改善聚合物与填料之间的界面结合性能，另一方面可以促进填料之间的均匀分散。但是在实际生产 运用过程中并没有一种聚苯硫醚复合材料专用的耐高温相容剂。一般使用马来酸酐接枝氢化苯乙烯丁二烯苯乙烯（SEBS-g-MAH）、马来酸酐接枝苯乙烯（PS-g-MAH）、马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物（POE-g-MAH）的一种或几种的混合物。这类相容剂耐高温性较差，且该相容剂力学强度较聚苯硫醚力学强度低。所以这类相容剂与聚苯硫醚-增强填料共混制备得到复合材料的综合力学性能并不十分理想。 

发明内容

本发明的的目的是针对现有技术的不足而提供一种增强聚苯硫醚复合材料及其制备方法，其特点是将耐高温相容剂加入到增强填料和聚苯硫醚中，改善聚苯硫醚和增强填料界面结合性能，同时又减弱填料由氢键导致的团簇效应，使填料均匀分散在聚苯硫醚树脂中。从而增强聚苯硫醚复合材料的力学性能和机械强度。 

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外均为重量份数。 

增强聚苯硫醚复合材料的起始原料由以下组分组成： 

所述增强填料为玻璃纤维、石英纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、纳米碳酸钙、纳米二氧化硅和纳米蒙脱土中的至少一种。 

所述耐高温相容剂为：胺化聚苯硫醚(PPS-g-NH₂)

聚芳硫醚砜（PASS） 聚芳硫醚酮（PASK）和聚芳硫醚酰胺（PASA） 中的至少一种。 

所述抗氧剂为双（3，5-三级丁基-4-羟基苯基）硫醚、四〔甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯、β-（4’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基）丙酸十八基酯和N,N’-双[3-（3,5-二叔丁基）-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺中的至少一种。 

增强聚苯硫醚复合材料的制备方法包括以下步骤： 

步骤（1）：将聚苯硫醚树脂40～80份、增强填料15～40份、耐高温相容剂1～20份和 抗氧剂0～0.8份，加入到高速混合器中，室温下混合3-8min，得到混合料； 

步骤（2）：将步骤（1）混合后的混合料加入到双螺杆挤出机中，于温度285～325℃，螺杆转速为75～200rpm，熔融共混3～12min，然后挤出造粒，得到增强聚苯硫醚复合材料。 

性能测试： 

1，采用Instron4302万能拉伸试验机，根据标准GB13022-91，对碳纤维增强聚苯硫醚复合材料（聚苯硫醚树脂，碳纤维和耐高温相容剂各组分份数之比为75∶20∶5）的综合力学性能。其中，图1（a）为复合材料的拉伸强度；图1（b）为复合材料的弯曲强度；图1（c）为复合材料的弯曲模量；图1（d）为复合材料的无缺口冲击强度。 

结果表明相比与未加入耐高温相容剂的碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，加入耐高温相容剂的碳纤维增强聚苯硫醚复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和无缺口冲击强度提高了10%～30%。 

2，采用日本JEOLJSM-5900LV型扫描电镜，对未加入耐高温相容剂的碳纤维增强聚苯硫醚复合材料和加入耐高温相容剂改性碳纤维增强聚苯硫醚复合材料拉伸断面测试，详见图2（a）和图2（b）所示，结果表明图2（a）中树脂与纤维界面的结合较差；图2（b）中树脂与纤维界面的结合好。 

本发明具有如下优点： 

本发明制备的增强聚苯硫醚复合材料，由于耐高温相容剂能够与聚苯硫醚产生很好的相容性，又能够与增强填料上的活性基团（如羟基，酯基等）产生化学作用。从而在聚苯硫醚树脂与增强填料之间形成“桥接”，改善了复合材料界面结合效果；对增强填料的均匀分散起到积极的作用。它具有优异的力学性能、耐热性能、加工稳定性和生产效率高、成本低的优点。 

附图说明

图1(a)为复合材料的拉伸强度图 

图1(b)为复合材料的弯曲强度图 

图1(c)为复合材料的弯曲模量图 

图1(d)为复合材料的无缺口冲击强度图 

图2(a)为复合材料的扫描电镜图 

图2(b)为复合材料的扫描电镜图 

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整。 

实施例1 

将2400克聚苯硫醚、450克纳米二氧化硅、150克PPS-g-NH2和18克四（甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸）季戊四醇酯加入高速混合机中，混合8min。再将上述混合后的物料，加入到双螺杆挤出机中，机筒温度为295℃，螺杆转速200rpm，共混时间3min，挤出造粒，得到3000克PPS-g-NH2改性纳米二氧化硅增强的聚苯硫醚复合材料。 

表1不同相容剂改性纳米二氧化硅增强聚苯硫醚复合材料机械性能 

实施例2 

将1800克聚苯硫醚、1170克3mm短切玻璃纤维、30克PASS和9克β-（4’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基）丙酸十八基酯同时加入高速混合机中，混合6min。再将上述混合后的物料，加入到双螺杆挤出机中，机筒温度为320℃，螺杆转速100rpm，共混时间7min，挤出造粒后得到3000克PASS改性玻璃纤维增强的聚苯硫醚复合材料。 

表2不同相容剂改性玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料机械性能 

实施例3 

将1500克聚苯硫醚、1200克3mm短切碳纤维、300克PASK和24克N,N’-双[3-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酰基]己二胺同时加入高速混合机中，混合5min。再将上述混合后的物料，加入到双螺杆挤出机中，机筒温度为310℃，螺杆转速150rpm，共混时间5min，挤出造粒后得到3000克PASK改性碳纤维增强的聚苯硫醚复合材料。 

表3不同相容剂改性碳纤维增强聚苯硫醚复合材料机械性能 

实施例4 

将1800克聚苯硫醚、600克3mm短切玻璃纤维，540克纳米二氧化硅和60克PASA和15克N,N’-双[3-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酰基]己二胺同时加入高速混合机中，混合5min。再将上述混合后的物料，加入到双螺杆挤出机中，机筒温度为310℃，螺杆转速120rpm，共混时间6min，挤出造粒后得到300克玻璃纤维/PASA/纳米二氧化硅增强的聚苯硫醚复合材料。 

表4不同相容剂改性玻璃纤维/纳米二氧化硅增强聚苯硫醚复合材料机械性能 

实施例5 

将1500克聚苯硫醚、900克纳米碳酸钙、300克PASS和300克PPS-g-NH2同时加入高速混合机中，混合5min。再将上述混合后的物料，加入到双螺杆挤出机中，机筒温度为285℃，螺杆转速70rpm，共混时间12min，挤出造粒后得到3000克耐高温相容剂改性的纳米碳酸钙增强的聚苯硫醚复合材料。 

表5不同相容剂改性纳米碳酸钙增强聚苯硫醚复合材料机械性能 

Claims (5)

1.一种增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于该复合材料起始原料由以下组分组成，按重量份计：

2.根据权利要求1所述增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于增强填料为玻璃纤维、石英纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、纳米碳酸钙、纳米二氧化硅和纳米蒙脱土中的至少一种。

3.根据权利要求1所述增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于耐高温相容剂为胺化聚苯硫醚，聚芳硫醚砜，聚芳硫醚酮和聚芳硫醚酰胺中的至少一种。

4.根据权利要求1所述增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于抗氧剂为双（3，5-三级丁基-4-羟基苯基）硫醚、四〔甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯、β-（4’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基）丙酸十八基酯和N,N’-双[3-（3,5-二叔丁基）-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺中的至少一种。

5.根据权利要求1～4之一所述增强聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤（1）：将聚苯硫醚树脂40～80份、增强填料15～40份、耐高温相容剂1～20份和抗氧剂0～0.8份，加入到高速混合器中，室温下混合3-8min，得到混合料；

步骤（2）：将步骤（1）混合后的混合料加入到双螺杆挤出机中，于温度285～325℃，螺杆转速为75～200rpm，熔融共混3～12min，然后挤出造粒，得到增强聚苯硫醚复合材料。

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