CN104693802A - 一种高强度聚苯硫醚复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高强度聚苯硫醚复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种聚苯硫醚复合材料，它是由以下配比的原料按重量份数配制而成：聚苯硫醚树脂40~70份，接枝改性聚苯硫醚10~30份，碳纤维15~30份，成核剂0.5~1份，抗氧化剂0.5~1份。将聚苯硫醚树脂，接枝改性聚苯硫醚，成核剂，抗氧化剂用高速混合机混合后，所得物料和碳纤维一起加入密炼机进行混炼制得聚苯硫醚复合材料。本发明制得的聚苯硫醚复合材料具有高强度，耐冲击性能好，以及良好的耐溶剂性、耐高温性能和阻燃性能好，可广泛用于航天航空、船舶、汽车、电子电气等领域，作为零部件的原材料。

Description

一种高强度聚苯硫醚复合材料及其制备方法
技术领域
    本发明涉及了一种高强度聚苯硫醚复合材料及其制备方法，属于高分子材料改性和加工技术领域。
背景技术
近年来，聚苯硫醚作为第六大工程塑料得到了广泛的应用。聚苯硫醚耐高温、耐腐蚀、耐辐射、耐磨损、优良的介电性能、良好的阻燃性能及力学性能、尺寸稳定性好等。但聚苯硫醚也有较明显的缺点：韧性较差，合成成本高等。因此在实际使用时，往往对其进行改性以增加其强度和改良韧性，制成复合材料后使用。常见的手段有添加无机填料、有机弹性体、纤维、晶须等进行改性。但是由于聚苯硫醚分子链上不含有极性基团，与所填物料界面结合力较差，导致所得复合材料力学性能不够理想。鉴于现有技术的缺点，本发明目的是将极性基团引入聚苯硫醚，改善聚苯硫醚和填充物的界面结合力，制成一种高强度聚苯硫醚复合材料。
发明内容
    本发明的目的在于提供一种高强度、韧性好的聚苯硫醚复合材料及其制备。
本发明的一种高强度聚苯硫醚复合材料，其是由以下重量份的组分制成：
聚苯硫醚树脂          40~70份，
接枝改性聚苯硫醚      10~30份，
碳纤维                15~30份，
成核剂                0.5~1份，
抗氧化剂              0.5~1份。
上述所述聚苯硫醚树脂密度为1.3~1.4g/cm3，平均分子量为4~5万。
所述的接枝改性聚苯硫醚制备步骤如下：
1）将聚苯硫醚粉末，无水ZnCl2，三聚甲醛溶液混合，搅拌形成均匀的悬浮液，升温至70~90℃，滴加盐酸，进行氯甲基化反应3~5h，用蒸馏水冲洗至中性，抽滤，得到氯甲基化聚苯硫醚粉末；所述聚苯硫醚、无水ZnCl2、三聚甲醛的质量比为10：1：5；
2）将步骤1制得的氯甲基化聚苯硫醚加入NaOH溶液，搅拌，升温至50~60℃，反应1~2h，用蒸馏水冲洗至中性，干燥，得到羟甲基化聚苯硫醚粉末即接枝改性聚苯硫醚。
合成及加入接枝改性聚苯硫醚的目的是将极性基团羟基引入聚苯硫醚，引入的羟基与碳纤维表面的羟基和羧基反应，形成较强的化学键，大大提高聚苯硫醚与碳纤维的界面结合力，从而提高复合材料的力学性能。
上述所述碳纤维为碳纤维短切丝，长度4~7mm，单丝直径5~8μm，抗拉强度为4000MPa以上，通过浓硝酸氧化处理。经浓硝酸氧化后，碳纤维表面富含羟基和羧基。
上述所用成核剂为纳米二氧化硅，纳米碳酸钙，纳米二氧化钛中的至少一种。
上述所用抗氧化剂为亚磷酸酯类，酚类，胺类中的至少一种。
本发明提供了上述所述高强度聚苯硫醚复合材料的制备方法，其是将聚苯硫醚树脂，接枝改性聚苯硫醚，抗氧剂，成核剂加入高速混合机混合，所得物料和碳纤维短切丝一起加入密炼机进行混炼，加工温度为280~300℃，转速为30~50r/min，加工时间为0.5~1h。
与未接枝聚苯硫醚碳纤维复合材料相比，本发明所制得的复合材料力学性能得到极大提高，可广泛用于航天航空、船舶、汽车、电子电气等领域，作为零部件的原材料。
具体实施方式
下述实施例是对于本发明内容的进一步说明以作为对本发明技术内容的阐释，但本发明的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本发明实质精神的简单变化或替换均应属于本发明所要求的保护范围。
实施例1
将70份聚苯硫醚树脂，15份接枝改性聚苯硫醚，0.5份纳米二氧化硅，0.5份抗氧化剂168用高速混合机混合30min后，与15份碳纤维短切丝加入密炼机混炼，工艺条件为290℃，转速40r/min，混炼时间1h。所得物料经破碎机破碎后干燥12h，用注塑机注塑制成标准样条。
实施例2
将60份聚苯硫醚树脂，20份接枝改性聚苯硫醚，0.5份纳米碳酸钙，0.5份抗氧化剂1098F用高速混合机混合30min后，与20份碳纤维短切丝加入密炼机混炼，工艺条件为290℃，转速40r/min，混炼时间1h。所得物料经破碎机破碎后干燥12h，用注塑机注塑制成标准样条。
实施例3
将40份聚苯硫醚树脂，30份接枝改性聚苯硫醚，1份纳米二氧化硅，1份抗氧化剂168用高速混合机混合30min后，与30份碳纤维短切丝加入密炼机混炼，工艺条件为290℃，转速50r/min，混炼时间1h。所得物料经破碎机破碎后干燥12h，用注塑机注塑制成标准样条。
对比例1
将85份聚苯硫醚树脂， 0.5份纳米二氧化硅，0.5份抗氧化剂168用高速混合机混合30min后，与15份碳纤维短切丝加入密炼机混炼，工艺条件为290℃，转速40r/min，混炼时间1h。所得物料经破碎机破碎后干燥12h，用注塑机注塑制成标准样条。
对比例2
将80份聚苯硫醚树脂，0.5份纳米碳酸钙，0.5份抗氧化剂1098F用高速混合机混合30min后，与20份碳纤维短切丝加入密炼机混炼，工艺条件为290℃，转速40r/min，混炼时间1h。所得物料经破碎机破碎后干燥12h，用注塑机注塑制成标准样条。
对比例3
将70份聚苯硫醚树脂， 1份纳米二氧化硅，1份抗氧化剂168用高速混合机混合30min后，与30份碳纤维短切丝加入密炼机混炼，工艺条件为290℃，转速50r/min，混炼时间1h。所得物料经破碎机破碎后干燥12h，用注塑机注塑制成标准样条。
产品性能检测：
将实施例1-3及对比例1-3所制得的样条分别进行拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁缺口冲击强度测试，测试标准及测试结果如下表1：
表1
指标 测试标准 实施例1 对比例1 实施例2 对比例2 实施例3 对比例3
拉伸强度（MPa） GB/T1040-1992 151 127 189 156 208 182
弯曲强度（MPa） GB/T1843-1996 223 210 258 227 270 248
悬臂梁缺口冲击强度强度（KJ/m2） GB/T9341-2000 12 10 14 11 16 13
由表1可见，与未接枝聚苯硫醚碳纤维复合材料相比，本发明所制得的复合材料力学性能得到极大提高。

Claims (7)

1.一种高强度聚苯硫醚复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分制成：
聚苯硫醚树脂          40~70份，
接枝改性聚苯硫醚      10~30份，
碳纤维                15~30份，
成核剂                0.5~1份，
抗氧化剂              0.5~1份。
2.根据权利要求1所述的高强度聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述聚苯硫醚树脂密度为1.3~1.4g/cm3，平均分子量为4~5万。
3.根据权利要求1所述的高强度聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述的接枝改性聚苯硫醚制备步骤如下：
1）将聚苯硫醚粉末，无水ZnCl2，三聚甲醛溶液混合，搅拌形成均匀的悬浮液，升温至70~90℃，滴加盐酸，进行氯甲基化反应3~5h，用蒸馏水冲洗至中性，抽滤，得到氯甲基化聚苯硫醚粉末；所述聚苯硫醚、无水ZnCl2、三聚甲醛的质量比为10：1：5；
2）将步骤1制得氯甲基化聚苯硫醚加入NaOH溶液，搅拌，升温至50~60℃，反应1~2h，用蒸馏水冲洗至中性，干燥，得到羟甲基化聚苯硫醚粉末。
4.根据权利要求1所述的高强度聚苯硫醚复合材料，其特征在于，根据权利要求1所述的高强度聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述碳纤维为碳纤维短切丝，长度4~7mm，单丝直径5~8μm，抗拉强度为4000MPa以上，通过浓硝酸氧化处理。
5.根据权利要求1所述的高强度聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所用成核剂为纳米二氧化硅，纳米碳酸钙，纳米二氧化钛中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的高强度聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所用抗氧化剂为亚磷酸酯类，酚类，胺类中的至少一种。
7.权利要求1-6任一项所述高强度聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于，将聚苯硫醚树脂，接枝改性聚苯硫醚，抗氧剂，成核剂加入高速混合机混合，所得物料和碳纤维短切丝一起加入密炼机进行混炼，加工温度为280~300℃，转速为30~50r/min，加工时间为0.5~1h。
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