CN105733261A - 传感器用高性能纤维增强聚苯硫醚复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传感器用高性能纤维增强聚苯硫醚复合材料，包括百分比的组分：聚苯硫醚树脂50—70%、增强纤维30—40%、相容剂3.5—7%、偶联剂0.5—2%、润滑剂0.3—0.8%、母粒3—6%。制备易连接组件、耐高温、耐高抗冲击强度、耐腐蚀传感器的组件。

Description

传感器用高性能纤维增强聚苯硫醚复合材料

技术领域

本发明涉及一种汽车传感器用高性能纤维增强聚苯硫醚复合材料的制备，特别是涉及一种可用于易连接材料、耐高温、耐高抗冲击强度、阻燃的聚苯硫醚复合材料及其制备方法，可以解决聚苯硫醚用做汽车传感器耐高温、耐高抗冲击断裂和耐阻燃性的问题。

背景技术

聚苯硫醚（PPS）是一种半结晶材料，具有极好的耐高温、耐化学品、流动性、尺寸稳定性和电性能的综合性能。这种材料可以填充增强纤维和填料以用于注塑等特点，而获得广泛的应用，是高性能工程塑料中工业化程度最高的材料。由于聚苯硫醚熔融粘度低，因而可以负载高达70％的各种填料和增强剂。不同的填料用量改变材料的耐高温、耐冲击强度、电性能、表面性能和尺寸稳定性，以及混合料的成本。热熔化温度在545°F左右的PPS，能短期内经受住500°F的考验。在1．82MPa的负荷下，PPS的热变形温度一般高于500T，其上限温度还取决于所受的应力。PPS复合材料是目前用于汽车传感器最理想的高性能工程塑料。在工业应用中，组件的耐高温、耐高冲击强度和耐阻燃性要求很高是困扰汽车传感器制造者的难题，目前采用的方法有：1.选用国外进口的耐高温、高强度高韧性材料，但进口材料的价格偏高。2.选用添加了大量增韧剂的复合材料，虽然产品韧性上能够满足，但材料流动性差，难以保证成型工艺的稳定性。

现在发动机舱正在变小，而对发动机性能要求却越来越高，随着发动机温度提高，与机油、燃料（汽油和甲醇）、防冻剂、传导液、刹车液等接触，对常用于机罩下的塑料来说是十分重要的问题。聚苯硫醚具有抗腐蚀和耐高温的优点。

工业上先后采用了各种耐腐蚀材料或耐腐蚀处理方法来制造耐腐蚀传感器，主要包括：直接采用不锈钢制作组件，在组件的表面衬陶瓷、衬橡胶或衬聚四氟乙烯等耐腐蚀塑料，这些方法无疑极大地改善了组件的耐腐蚀性能，但同时也存在着各自的缺点：不锈钢制作组件原料价格成本高，且耐腐蚀性能力不高；衬胶或衬塑组件，由于表面衬材与铸铁热胀系数的差别，在受热或受冷的过程中易造成表面衬层的分离或脱落；陶瓷组件或衬陶瓷组件韧性不足，易破坏，且制造工艺过程过于复杂。

开发高性能增强聚苯硫醚全塑组件，利用聚苯硫醚材料固有的耐腐蚀性，是解决组件耐腐蚀问题的一个重点。全塑料传感器是指传感器的过流组件都有工程塑料制造，全塑料传感器主要有以下优点：塑料成型过程生产率高，节约能源；可以实现进型成型，后加工量很少；材料价格低；耐腐蚀能力强，在某些情况下可代替或超过不锈钢和铜；与表面涂耐腐蚀层的金属传感器相比，不存在涂层磨损和脱层的问题，耐腐蚀寿命更长。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种高性能纤维增强聚苯硫醚复合材料，并在此基础上提出了应用该复合材料制备组件连接处易开裂断裂和材料耐腐蚀传感器过流组件的工艺。

本发明的目的是通过下列技术方案实现的。

一、实验配方组分配比

一种易连接、耐腐蚀汽车传感器用高性能纤维增强聚苯硫醚复合材料，包括下列重量百分子的组分：聚苯硫醚树脂50—70%、增强纤维30—40%、相容剂3.5—7%、偶联剂0.5—2%、润滑剂0.3—0.8%、母粒3—6%。

二、物料的选择

根据权利要求1所述的一种易连接、耐腐蚀汽车传感器用高性能纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：所述的增强纤维包括：短切碳纤维、短切玻纤、长纤维、天然纤维、石英纤维。

根据权利要求1所述的一种易连接、耐腐蚀汽车传感器用高性能纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：所述的相容剂为无定型苯乙烯—丁二烯共聚物（SB）、接枝型马来酸酐接枝苯乙烯/乙烯/苯乙烯嵌段共聚物、嵌段型丁苯共聚物（SBS）、苯乙烯三段嵌段共合物弹性体中的一种或多种复配。

根据权利要求1所述的一种易连接、耐腐蚀汽车传感器用高性能纤维聚增强苯硫醚复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机铬络合物偶联剂和其他类型偶联剂中的一种或多种复配。

偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，它们分子中的一部分官能团可与有机分子反应，另一部分官能团可与无机物表面的吸附水反应，形成牢固的粘合。偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与基体树脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能，同时还可以防止不与其它介质向界面渗透，改善了界面状态，有利于制品的耐候性、耐应力、调整摩擦和摩阻性能、高温热衰退及电绝缘性能。并能有效清理对偶之功效.有机铬络合物是偶联剂中的一种.由三价铬离子形成的金属铬络合物，如铬铁矿，应用技术均较成熟，而且成本低，但品种比较单一。

三、高性能纤维聚苯增强硫醚复合材料的制备方法如下

将聚苯硫醚树脂50—70%、、相容剂3.5—7%和偶联剂0.5—2%先加入高混机中，低速搅拌2分钟，再将润滑剂0.3—0.8%和母粒3—6%加入高混机中，高速搅拌3—4分钟；将物料置入双螺杆挤出机中，挤出温度控制在270—325℃，通过挤拉包覆口模时添加高性能纤维；挤出料经风冷、切粒得到一种传感器用高性能增强纤维增强聚苯硫醚复合材料颗粒。

由于温度低于270℃易造成流动性不好造成塑化不均匀，温度高于325℃易造成原料热分解加速所以，挤出机控制温度在270—325℃。

四、成型工艺

一种易连接、耐腐蚀汽车传感器用高性能纤维增强聚苯硫醚复合材料，可以采用模压成型工艺和注塑成型工艺。

注塑成型工艺为：将聚苯硫醚复合材料干燥处理后，在螺杆注塑机中注塑成型，注塑过程中料筒温度为300—360℃，注塑压力55—140MPa，模具温度控制在115—150℃，低于115℃，熔体冷却过速易导致冲模不完全，高于150℃则产品出模后收缩变形严重。

模压成型工艺为：将聚苯硫醚复合材料粒料干燥处理；干燥后的聚苯硫醚复合材料粒料加入模具中，加热到135℃后进行一次压，压力为3-6MPa；将模具加热到300—360℃后，加压到20-30MPa进行二次压制。模具冷却到135℃后，卸压出模，即制的成型胚件。

本工艺干燥处理条件为155℃下干燥1-3h。当温度低于310℃，聚苯硫醚复合材料熔体流动性不好，高于365℃，则长时间加热导致聚苯硫醚复合材料流体分解严重。模具温度必须降到135℃出模，否则产品收缩变形严重。采用模压成型的工艺，不但容易成型大型厚壁的制件，而且产品尺寸精度高。

从本发明的上述技术特征可以看出，本发明的优点在于：通过用增强纤维和特殊的增韧体系和复合技术，大幅度的提升材料的耐高温、耐高抗冲击强度、耐腐蚀性和韧性等性能。利用该复合材料，采用模压成型工艺和注塑成型工艺制备耐腐蚀传感器的组件。本发明高性能增强纤维聚苯硫醚复合材料的熔体流动性好易注塑成型。

具体应用实例

下面通过实施例对本发明涉及的技术方案进行一步描述，但不作为对本发明保护范围的限制。

实施例1

一种高性能增强纤维复合材料采用下列重量百分比的组分:聚苯硫醚树脂50%、嵌段型丁苯共聚物（SBS）3%、铬铁矿偶联剂0.8%、润滑剂硅酮母粒（GM-50）0.5%和母粒4%。

按照上述配比称取相应的原料，其中，聚苯硫醚应于130℃鼓风干燥处理3h，用铬铁矿偶联剂处理干燥。聚苯硫醚树脂、相容剂和偶联剂先加入高混机中，低速搅拌2分钟，再将润滑剂和硅酮母粒加入高混机中，高速搅拌3—4分钟；将物料置入双螺杆挤出机中经熔融挤出造粒，挤出工艺为：一段温度300℃、二段温度300℃、三段温度305℃、四段温度310℃、五段温度315℃、机头温度320℃。主机频率：60Hz；喂料频率：15Hz；从侧喂料口加入增强纤维，含量控制在45%、切粒机转速：400r/min；将挤出的物料冷却，送入切粒机中切粒，将切好的粒子打包，即得到一种传感器用高性能增强纤维聚苯硫醚复合材料。

应用上述聚苯硫醚复合材料，采用注塑成型工艺制备易连接组件、耐腐蚀、耐高抗冲击传感器过流组件，其过程为：将聚苯硫醚复合材料置于干燥箱中在135℃下干燥2h后，在螺杆注塑机中注塑成型，注塑过程中料筒温度为：315℃，螺杆转速为80ppm，注塑压力为140MPa，模具温度控制在135℃。

实施例2

一种高性能增强纤维复合材料采用下列重量百分比的组分:聚苯硫醚树脂60%、嵌段型丁苯共聚物（SBS）4%、铬铁矿偶联剂0.7%、润滑剂硅酮母粒（GM-50）0.6%和母粒4%。

按照上述配比称取相应的原料，其中，聚苯硫醚应于130℃鼓风干燥处理3h，用铬铁矿偶联剂处理干燥。聚苯硫醚树脂、相容剂和偶联剂先加入高混机中，低速搅拌2分钟，再将润滑剂硅酮母粒和母粒加入高混机中，高速搅拌3—4分钟；将物料置入双螺杆挤出机中经熔融挤出造粒，挤出工艺为：一段温度300℃、二段温度300℃、三段温度305℃、四段温度310℃、五段温度315℃、机头温度320℃。主机频率：60Hz；喂料频率：15Hz；从侧喂料口加入增强纤维，含量控制在38%、切粒机转速：400r/min；将挤出的物料冷却，送入切粒机中切粒，将切好的粒子打包，即得到一种传感器用高性能增强纤维聚苯硫醚复合材料。

应用上述聚苯硫醚复合材料，采用模压成型工艺制备易连接组件、耐高抗冲击强度、耐腐蚀性传感器过流组件，主要包括以下步骤：

将聚苯硫醚复合材料在135℃下干燥2h；干燥后的聚苯硫醚复合材料料粒加入模具中，加热到150℃后进行一次压，压力为3MPa；将模具加热到320℃后，加压到15MPa进行二次压制。模具冷却到150℃后，卸压出模，即制的成型肧件。

Claims (5)

1.一种传感器用高性能纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于包括下列重量百分比的组分：聚苯硫醚树脂50—70%、增强纤维30—40%、相容剂3.5—7%、偶联剂0.5—2%、润滑剂0.3—0.8%、母粒3—6%。

2.根据权利要求1所述的一种传感器用高性能纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：所述的高性能纤维包括：短切碳纤维、短切玻纤、长纤维、天然纤维、石英纤维。

3.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片用高性能纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：所述的相容剂为无定型苯乙烯—丁二烯共聚物（SB）、接枝型马来酸酐接枝苯乙烯/乙烯/苯乙烯嵌段共聚物、嵌段型丁苯共聚物（SBS）、苯乙烯三段嵌段共合物弹性体中的一种或多种复配。

4.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片用高性能纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机铬络合物偶联剂和其他类型偶联剂中的一种或多种复配。

5.如权利要求1所述的一种传感器用高性能纤维增强聚苯硫醚复合材料的应用，其特征在于：该聚苯硫醚复合材料用于制备易连接组件、耐高温、耐高抗冲击强度、耐腐蚀传感器的组件。