CN104277433A - 一种高性能热塑性聚酯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种热塑性聚酯复合材料及其制备方法，该复合材料由包括以下质量份的组分组成：连续玻璃纤维50-60份；热塑性聚酯树脂100份；相容剂0.5-1.5份；抗氧剂0.7-0.9份。本发明的优点是复合板材质量轻，具有较高的耐热性、较高的力学性能尤其弯曲性能显著，以及绿色环保、有可回收性。

Description

一种高性能热塑性聚酯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种热塑性聚酯复合材料及其制备方法。

背景技术

热塑性聚酯树脂具有热塑性特性的饱和聚酯。多指聚对苯二甲酸酯类。在聚对苯二甲酸酯中以聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸丁二酯产量大、用途广，其他多用作高性能薄膜和纤维。聚对苯二甲酸乙二酯（PET）和聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）具有良好的刚性、耐热性、耐疲劳性、耐摩擦性、耐化学药品性，在常温下，拉伸强度超过50MPa，这些优点使得PET和PBT成为工程材料领域开发的一个热点。为进一步提高PET和PBT的力学性能和耐高温性能，以适应更高要求和更广范围的应用场合，国内外专家都做了很多关于PET和PBT的改性工作。以玻纤增强改性的研究较多，国内外已报道过很多次。而目前采用玻纤增强热塑性聚酯产品的制备方法大都是先经双螺杆挤出机熔融共混造粒，再经过注塑成型，制成产品。虽然此方法，可大幅度提高PET或PBT的拉伸性能、弯曲性能和耐热性，但由于此加工方法使得玻纤在加工过程中受到双螺杆挤出机的剪切、磨损作用，不能充分发挥玻纤在复合体系中所起到的增强作用，同时此加工方法对玻纤的添加量有一定的局限性，因而限制了玻纤增强PET或PBT复合材料性能的进一步提升。

发明内容

本发明为解决上述现有技术存在的玻纤的添加量有一定的局限性、难以避免玻纤在加工过程中受到的剪切、磨损作用及热塑性聚酯树脂与玻纤界面结合性差的问题而提供一种高性能热塑性聚酯复合材料及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种热塑性聚酯复合材料，由包括以下质量份的组分制成：

所述的热塑性聚酯树脂选自聚对苯二甲酸乙二酯（PET）或聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）的一种或两种。

所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯（MAH-g-PP）或异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC）。

所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂按1:2的比例复配的复合抗氧剂；所述的受阻酚类抗氧剂选自抗氧剂1010，所述的亚磷酸酯类抗氧剂选自抗氧剂168。

一种上述热塑性聚酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照上述配比称取以下质量份的各组分原料：连续玻璃纤维50-60份；热塑性聚酯树脂100份；相容剂0.5-1.5份；抗氧剂0.7-0.9份；

（2）将热塑性聚酯树脂进行干燥；

（3）将干燥后的热塑性聚酯树脂与增容剂、抗氧剂在高速混合机中混合均匀，送入单螺杆挤出机中，在200℃-275℃温度范围内熔融挤出，在可旋转双挤出模头处均匀淋膜得到均匀的热塑性聚酯膜；

（4）将步骤（3）得到的均匀热塑性聚酯膜对经红外加热后的50-60份连续分散玻璃纤维两侧包覆进行辊压制备成预浸带，再经热压成型，得到热塑性聚酯复合材料。

所述的步骤（2）热塑性聚酯树脂的干燥条件为120～140℃，4h以上，直至含水率≤0.02%

所述的步骤（4）中，连续玻璃纤维经连续纤维分散装置的牵引送至双螺杆挤出机模头处，并且在双螺杆挤出机模头处上方的红外加热系统进行预加热，预加热温度为180～220℃，预加热时间为5～10s。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

本发明提供的高性能热塑性聚酯复合材料可将玻纤质量份数提高至50份以上，并且避免玻纤在加工过程中受到的剪切和磨损作用，充分发挥玻纤在复合体系中所起到的增强作用，大大提高其力学性能(尤其弯曲性能显著)，耐热性以及绿色环保，可回收等。

具体实施方式

下面结合各实施例详细描述本发明。

实施例1-3与对比例的组分和配比（以质量份计）见表1，其中聚对苯二甲酸乙二酯（仪征化纤有限公司）、聚对苯二甲酸丁二酯（新疆蓝山聚酯有限公司）或两者混合使用，熔融指数60～90g/10min；相容剂为马莱酸酐接枝聚丙烯（MAH-g-PP）（沈阳思维高聚物塑胶有限公司）、异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC）（安徽泰达新材料股份有限公司）中的一种；抗氧剂为受阻酚类(青岛赛诺化工有限公司，1010)、亚磷酸酯类(青岛赛诺化工有限公司，168)抗氧剂单独使用，或者按照1∶2复配的复合抗氧剂；润滑剂为改性的乙撑双脂肪酸酰胺TAF(苏州兴泰国光化学助剂有限公司)；玻璃纤维为连续玻璃纤维(PPG玻璃纤维有限公司)。

表1

实施例1

（1）按表1中给出的含量称取各组分；

（2）将PBT树脂进行干燥，干燥条件为120～140℃，4h以上，直至含水率≤0.02%；

（3）再将干燥后的PBT与相容剂MAH-g-PP、抗氧剂1010和抗氧剂168按实施例1的配比在高速混合机中混合均匀，送入单螺杆挤出机中，在210℃-268℃温度范围内熔融挤出，在可旋转双挤出模头处均匀淋膜得到均匀的热塑性聚酯膜；

（4）将得到的均匀热塑性聚酯膜对经红外加热后的连续分散玻璃纤维两侧包覆进行辊压制备成高性能PBT预浸带，再经热压成复合板材，板材的压制工艺：235℃，1MPa，热压30min，冷压30min，得到热塑性聚酯复合材料。

实施例2

（1）按表1中给出的含量称取各组分；

（2）将PBT树脂进行干燥，干燥条件为120～140℃，4h以上，直至含水率≤0.02%；

（3）再将干燥后的PBT与相容剂TGIC、抗氧剂1010和抗氧剂168按实施例2的配比在高速混合机中混合均匀，送入单螺杆挤出机中，在210℃-268℃温度范围内熔融挤出，在可旋转双挤出模头处均匀淋膜得到均匀的热塑性聚酯膜；

（4）将得到的均匀热塑性聚酯膜对经红外加热后的连续分散玻璃纤维两侧包覆进行辊压制备成高性能PBT预浸带，再经热压成复合板材，板材的压制工艺：235℃，1MPa，热压30min，冷压30min，得到热塑性聚酯复合材料。

实施例3

（1）按表1中给出的含量称取各组分；

（2）将PBT树脂进行干燥，干燥条件为120～140℃，4h以上，直至含水率≤0.02%；

（3）再将干燥后的PBT与相容剂TGIC、抗氧剂1010和抗氧剂168按实施例3的配比在高速混合机中混合均匀，送入单螺杆挤出机中，在210℃-268℃温度范围内熔融挤出，在可旋转双挤出模头处均匀淋膜得到均匀的热塑性聚酯膜；

（4）将得到的均匀热塑性聚酯膜对经红外加热后的连续分散玻璃纤维两侧包覆进行辊压制备成高性能PBT预浸带，再经热压成复合板材，板材的压制工艺：235℃，1MPa，热压30min，冷压30min，得到热塑性聚酯复合材料。

对比例

（1）按表1中给出的含量称取各组分；

（2）将PBT树脂进行干燥，干燥条件为120～140℃，4h以上，直至含水率≤0.02%；

（3）再将干燥后的PBT与相容剂TGIC、抗氧剂1010和抗氧剂168按对比例的配比在高速混合机中混合均匀，送入双螺杆挤出机中，在200℃-240℃温度范围内熔融挤出，玻璃纤维通过侧喂料口加入挤出复合，再经热压成复合板材，板材的压制工艺：235℃，1MPa，热压30min，冷压30min。

将实施例1-3及对比例制备得到的复合物进行性能测试，结果见表2。拉伸性能按照ASTMD638标准执行，尺寸为165×13×3.2，拉伸速度5mm/min；弯曲性能按照ASTMD790执行，尺寸为127×13×3.2，弯曲速度2mm/min；悬臂梁缺口冲击强度按照ASTM D256标准执行，尺寸为63.5×12.7×3.2，V型缺口，深度2.54mm；热变形温度按照ASTMD648标准执行，尺寸为127×13×3.2。

表2

从表2中的实施例和对比例的测试数据可以看出，采用本发明制备的玻纤增强热塑性聚酯复合材料的力学性能较高，并且玻纤含量可添加到50份，而对比例中的玻纤含量最多只能添加到45份。当玻纤添加量为50份时，尤其以添加TGIC相容剂的玻纤增强热塑性聚酯复合体系的力学性能最高，这是因为TGIC具有活性的环氧基团会在聚酯和玻纤之间的界面处发生化学反应，形成较强的化学键，显著提高了玻纤与聚酯之间的界面结合性。

实施例4

一种高性能热塑性聚酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照以下质量份数准备原料：连续玻璃纤维55份；PBT树脂100份；相容剂TGIC1份；抗氧剂10100.3份，抗氧剂1680.6份；

（2）将PBT进行干燥，干燥条件为120℃，4h以上，直至含水率≤0.02%，即可进行加工；

（3）将干燥后的PBT树脂与相容剂TGIC、抗氧剂在高速混合机中混合均匀，送入单螺杆挤出机中，在210℃-268℃温度范围内熔融挤出，在可旋转双挤出模头处均匀淋膜得到均匀的PBT膜；

（4）将步骤（3）得到的均匀PBT膜对经红外加热后的连续分散玻璃纤维两侧包覆进行辊压制备成PBT预浸带，再经热压成型，得到热塑性聚酯复合材料。

实施例5

一种高性能热塑性聚酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照以下质量份数准备原料：连续玻璃纤维60份；PET树脂100份；相容剂TGIC1份；抗氧剂10100.3份，抗氧剂1680.6份；

（2）将PET树脂进行干燥，干燥条件为120～140℃，4h以上，直至含水率≤0.02%，即可进行加工；

（3）将干燥后的PET树脂与相容剂TGIC、抗氧剂在高速混合机中混合均匀，送入单螺杆挤出机中，在230℃-275℃温度范围内熔融挤出，在可旋转双挤出模头处均匀淋膜得到均匀的PET膜；

（4）将步骤（3）得到的均匀PET膜对经红外加热后的连续分散玻璃纤维两侧包覆进行辊压制备成PET预浸带，再经热压成型，得到热塑性聚酯复合材料。

实施例6

一种高性能热塑性聚酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照以下质量份数准备原料：连续玻璃纤维60份；PBT树脂80份；PET树脂20份；相容剂TGIC1份；抗氧剂10100.3份，抗氧剂1680.6份；

（2）将热塑性聚酯树脂进行干燥，干燥条件为120～140℃，4h以上，直至含水率≤0.02%，即可进行加工；

（3）将干燥后的热塑性聚酯树脂与相容剂TGIC、抗氧剂在高速混合机中混合均匀，送入单螺杆挤出机中，在210℃-270℃温度范围内熔融挤出，在可旋转双挤出模头处均匀淋膜得到均匀的热塑性聚酯膜；

（4）将步骤（3）得到的均匀热塑性聚酯膜对经红外加热后的连续分散玻璃纤维两侧包覆进行辊压制备成热塑性聚酯预浸带，再经热压成型，得到高性能的热塑性聚酯复合材料。

由实施例4-6所得产品性能如下表3：

表3

从表3中的实施例的测试数据可以看出，采用本发明制备的玻纤增强热塑性聚酯复合材料的力学性能随玻纤含量的增加而提高，这是因为与现有技术相比，玻纤是经过连续纤维分散装置后被送到可旋转的双挤出模头处，而不是被送到挤出机的侧喂料口，因而玻纤丝毫不会受到剪切、磨损作用的影响，同时玻纤长度是保持连续的；玻纤含量的控制量是可以通过连续纤维分散装置的牵引走速或挤出机的转速参数来进行调节的，因而玻纤含量可提高至50份以上。并且本发明还选用了一种可有效提高玻纤与热塑性聚酯之间界面结合强度的相容剂，所以采用本发明可制备出一种高性能的热塑性聚酯复合材料。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种热塑性聚酯复合材料，其特征在于：由包括以下质量份的组分制成：

2.根据权利要求1所述的热塑性聚酯复合材料，其特征在于：所述的热塑性聚酯树脂选自聚对苯二甲酸乙二酯或聚对苯二甲酸丁二酯的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的热塑性聚酯复合材料，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯或异氰尿酸三缩水甘油酯。

4.根据权利要求1所述的热塑性聚酯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂按1:2的比例复配的复合抗氧剂；所述的受阻酚类抗氧剂选自抗氧剂1010，所述的亚磷酸酯类抗氧剂选自抗氧剂168。

5.一种权利要求1-4中任一所述的热塑性聚酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照权利要求1所述的配比称取以下质量份的各组分原料：连续玻璃纤维50-60份；热塑性聚酯树脂100份；相容剂0.5-1.5份；抗氧剂0.7-0.9份；

（2）将热塑性聚酯树脂进行干燥；

（3）将干燥后的热塑性聚酯树脂与增容剂、抗氧剂在高速混合机中混合均匀，送入单螺杆挤出机中，在200℃-275℃温度范围内熔融挤出，在可旋转双挤出模头处均匀淋膜得到均匀的热塑性聚酯膜；

（4）将步骤（3）得到的均匀热塑性聚酯膜对经红外加热后的50-60份连续分散玻璃纤维两侧包覆进行辊压制备成预浸带，再经热压成型，得到热塑性聚酯复合材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）热塑性聚酯树脂的干燥条件为120～140℃，4h以上，直至含水率≤0.02%。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（4）中，连续玻璃纤维经连续纤维分散装置的牵引送至双螺杆挤出机模头处，并且在双螺杆挤出机模头处上方的红外加热系统进行预加热，预加热温度为180～220℃，预加热时间为5～10s。