CN105238049A - 一种抗氧化抗弯的复合聚苯硫醚及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种工程塑料，特别是涉及一种抗氧化抗弯的复合聚苯硫醚及其制备方法，所述复合聚苯硫醚按重量百分比包括以下成组分：聚苯硫醚55-65％、聚酰胺5-12％、碳纤维25-35％、抗氧化剂1-2％、增韧剂0.1-1％、润滑剂1-2％和相容剂0.1-1，其中，所述各组分含量百分比之和为100％。采用本发明所述的组份以及制备方法制作出的聚苯硫醚复合材料具有耐磨性好、抗腐蚀、强度高、质量轻、无污染的特点。

Description

一种抗氧化抗弯的复合聚苯硫醚及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种工程塑料，特别是涉及一种抗氧化抗弯的复合聚苯硫醚及其制备方法。

背景技术

聚苯硫醚全称为聚苯基硫醚，是分子主链中带有苯硫基的热塑性树脂，是一种综合性能优异的特种工程塑料。聚苯硫醚因具有优良的耐高温、耐腐蚀、耐辐射、阻燃、均衡的物理机械性能和极好的尺寸稳定性以及优良的电性能等特点，被广泛用作结构性高分子材料，通过填充、改性后广泛用作特种工程塑料。

在油田开发中后期，有杆泵抽油井由于井斜和高腐蚀产出液的影响，抽油井管杆偏磨腐蚀问题普遍存在。抽油杆的磨损主要是接箍磨损。对抽油杆磨损部位的统计表明，抽油杆接箍磨损占抽油杆磨损的60～70％，即抽油杆接箍偏磨造成抽油杆柱断脱是检泵作业的主要原因。现在解决的方法是在抽油杆接箍表面喷镀一层抗磨防腐保护层，如：表面镀铬接箍、表面镍磷镀接箍、表面镍合金粉末喷焊接箍等，经过表面处理的抽油杆接箍自身具有较好的防腐、耐磨特性，但在应用过程中，由于与其相配套的油管硬度低，而接箍本身硬度高，所以出现早期油管磨漏的严重问题，影响了整体油井生产周期的延长。

CN101061182B公开了一种聚苯硫醚树脂组合物，其是含有聚苯硫醚树脂99-60重量％以及聚酰胺树脂1-40重量％的聚苯硫醚树脂组合物，上述聚苯硫醚树脂形成海相，聚酰胺树脂形成岛相，聚酰胺树脂的数均分散粒径小于500nm；以及上述聚苯硫醚树脂组合物，相对于聚苯硫醚树脂和聚酰胺树脂的合计100重量份，还添加了0.1-10重量份具有选自环氧基、氨基、异氰酸酯基中的一种以上基团的化合物作为相容剂。该专利对聚苯硫醚树脂的弯折性进行了改进，但对其拉伸伸长率和柔韧性能等并未作出创造性的改进。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种抗氧化抗弯的复合聚苯硫醚及其制备方法，所述聚苯硫醚，具有耐磨性好、抗腐蚀、强度高、质量轻、无污染的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供一种抗氧抗弯复合聚苯硫醚，所述复合聚苯硫醚按重量百分比包括以下成组分：

其中，所述各组分含量百分比之和为100％。

本发明中的碳纤维是通过大气低温等离子体处理。当碳纤维束通过低温等离子处理设备时，低温等离子体中的电子从电场中获得能量成为自由的高能电子，它与气体中的原子和分子碰撞产生激发和电离现象，由此生成的激发分子，原子，离子和游离基都是极不稳定的具有较高的化学反应性，很容易与碳纤维发生一般情况下无法生成的反应，去除可能阻碍碳纤表面一些活性点的表面污物(事实上碳纤维活性表面暴露于空气中时，会导致一个很强的物理吸附水分层，这将阻碍纤维与环氧树脂的反应，因为水分有阻聚作用)；或使纤维表表面层发生刻蚀而形成微孔和刻蚀沟槽，使表面积增大，有利于两相之问的物理聚合；或生成新化合物或反应性的基团以及形成与树脂起反应的中间层，从而改善炭纤维与基体之间的结合力。并且低温等离子体在性质上与普通气体有很大的差别。低温等离子体中电子温度可高达数千到数万K，而气体温度很低，大致在室温至上百摄氏度，而电子能量约为几个至十几个电子伏特。这个能量大于聚合物材料的结合键能(几个至十几电子伏特)，完全可以打断有机大分子的化学键而形成新键；但远低于高能射线，只涉及材料表面，所以不影响基体的性能。

优选地，所述抗氧化剂为β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯)丙酸十八碳醇酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N，N’-1，6-亚己基-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯或对苯二酚或喹啉衍生物中的任意一种或至少两种的混合。

优选地，所述增韧剂为无规乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、粉末橡胶有机超细粒子、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶或马来酸酐接枝聚烯烃弹性体或甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯三元共聚物中的任意一种或至少两种的混合。

优选地，所述的润滑剂为硅酮粉、乙撑双油酸酰胺润滑剂EBO、马来酸酐接枝EPDM、马来酸酐接枝PP或乙撑双硬脂酰胺类EBS中的任意一种或至少两种的混合。

优选地，所述的相容剂为N，N-乙撑双硬脂酰胺和/或硅酮粉。

另一方面，本发明提供一种如第一方面所述的聚苯硫醚复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将碳纤维通过低温等离子处理箱的处理，同时将聚苯硫醚进行烘干处理；

(2)将步骤(1)处理后的聚苯硫醚中加入助剂混合，经双螺杆挤出机挤出造粒过程中，加入步骤(1)处理后的碳纤维，最后处理得到抗氧化抗弯的聚苯硫醚复合材料。

优选地，步骤(1)所述碳纤维的处理过程为：

在室温条件下，碳纤维以束状形式并且以2m/s的速度通过低温等离子处理箱，并且装箱备用。

优选地，步骤(1)所述聚苯硫醚的处理过程为：所述聚苯硫醚在100-120℃下烘干4-6小时。

优选地，所述双螺杆挤出机的温度区为：一段温度270-300℃，二段温度280-310℃，三段温度285-310℃，四段温度290-315℃，五段温度295-315℃，机头温度295-315℃。

优选地，其特征在于，所述双螺杆机的主机频率为30-40Hz，喂料频率为10-15Hz。

优选地，所述双螺杆机的切粒机转速为300-600r/min。

本发明的有益效果是：采用本发明所述的组份以及制备方法制作出的聚苯硫醚复合材料具有耐磨性好、抗腐蚀、强度高、质量轻、无污染的特点，将其报复在抽油杆接箍表面，可以有效的提高抽油杆接箍的防腐性能、耐磨性能，从而延长了其使用寿命，进行也就节省了使用成本以及提高了其在油田开发中后期的生产小效率。另外，对于本发明所述的聚苯硫醚复合材料，当然不仅限于作为抽油杆接箍的包覆层，还可以运用在具有同种功效的其他领域的物件中。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

以下实施例中

碳纤维为购自市售的日本东丽公司生产的碳纤维；

聚苯硫醚选用的是四川德阳注塑级聚苯硫醚树脂(PPS-hb)，其重均分子量为48000，熔体流动速率192g/10min，灰分为0.27％，水分为0.22％，燃烧等级为V-0。

实施例1：

本发明所述的聚苯硫醚复合材料，其按重量百分比包括以下组分：

本发明所述的碳纤增强聚苯硫醚复合材料的制备方法，是采用以上组份作为原料进行的，具体步骤如下：

(1)在室温条件下，碳纤维以束状形式并且以2m/s的速度通过低温等离子处理箱，并且装箱备用；同时聚苯硫醚在110℃下烘干5小时；

(2)将步骤(1)处理后的聚苯硫醚中加入助剂，助剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、马来酸酐接枝EPDM和N,N-乙撑双硬脂酰胺，并且混合均匀，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒的过程中，通过双螺杆挤出机的加料孔加入步骤(1)处理后的碳纤维，经生产收集后得碳纤增强聚苯硫醚符合材料，其中所述双螺杆挤出机的工作温度为275℃、转速为290r/min、喂料转速为500r/min、切料速度为550r/min。

实施例2：

本发明所述的聚苯硫醚复合材料，其按重量百分比包括以下组分：

所述的碳纤增强聚苯硫醚复合材料的制备方法，是采用以上组份作为原料进行的，具体步骤同实施例1。

实施例3：

本发明所述的聚苯硫醚复合材料，其按重量百分比包括以下组分：

所述的碳纤增强聚苯硫醚复合材料的制备方法，是采用以上组份作为原料进行的，具体步骤如同实施例1，助剂中的抗氧剂为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；润滑剂为马来酸酐接枝PP；相容剂为硅铜粉。

实施例4：

本发明所述的聚苯硫醚复合材料，其按重量百分比包括以下组分：

所述的碳纤增强聚苯硫醚复合材料的制备方法，是采用以上组份作为原料进行的，具体步骤如实施例3。

对比例

本发明所述的聚苯硫醚复合材料，其按重量百分比包括以下组分：

所述的碳纤增强聚苯硫醚复合材料的制备方法，是采用以上组份作为原料进行的，具体步骤如实施例3。

将实施例1-4进行性能测试，测试结果如表1所示：

表1

从表1可知，本发明制备的复合材料具有导电、润滑、高模量、低密度、耐高温、低磨耗的优点，可以完全替代现有石油抽油杆接箍产品。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种抗氧抗弯复合聚苯硫醚，其特征在于，所述复合聚苯硫醚按重量百分比包括以下成组分：

其中，所述各组分含量百分比之和为100％。

2.根据权利要求1所述的复合聚苯硫醚，其特征在于，所述抗氧化剂为β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯)丙酸十八碳醇酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N，N’-1，6-亚己基-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯或对苯二酚或喹啉衍生物中的任意一种或至少两种的混合。

3.根据权利要求1或2所述的复合聚苯硫醚，其特征在于，所述增韧剂为无规乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、粉末橡胶有机超细粒子、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶或马来酸酐接枝聚烯烃弹性体或甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯三元共聚物中的任意一种或至少两种的混合。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的复合聚苯硫醚，其特征在于，所述的润滑剂为硅酮粉、乙撑双油酸酰胺润滑剂EBO、马来酸酐接枝EPDM、马来酸酐接枝PP或乙撑双硬脂酰胺类EBS中的任意一种或至少两种的混合。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的复合聚苯硫醚，其特征在于，所述的相容剂为N，N-乙撑双硬脂酰胺和/或硅酮粉。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将碳纤维通过低温等离子处理箱的处理，同时将聚苯硫醚进行烘干处理；

(2)将步骤(1)处理后的聚苯硫醚中加入助剂混合，经双螺杆挤出机挤出造粒过程中，加入步骤(1)处理后的碳纤维，最后处理得到抗氧化抗弯的聚苯硫醚复合材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳纤维的处理过程为：

在室温条件下，碳纤维以束状形式并且以2m/s的速度通过低温等离子处理箱，并且装箱备用。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述聚苯硫醚的处理过程为：

所述聚苯硫醚在100-120℃下烘干4-6小时。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的温度区为：一段温度270-300℃，二段温度280-310℃，三段温度285-310℃，四段温度290-315℃，五段温度295-315℃，机头温度295-315℃。

10.根据权利要求6-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆机的主机频率为30-40Hz，喂料频率为10-15Hz；

优选地，所述双螺杆机的切粒机转速为300-600r/min。