CN105907095A - 一种热塑性树脂复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种热塑性树脂复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热塑性树脂复合材料及其制备方法。本发明的热塑性树脂复合材料包括按质量百分比计的下述组份：聚苯硫醚，20～50％；尼龙66，3～40％；短切无碱玻璃纤维，25％～55％；纳米蒙脱土，1～6％；增容剂，1～5％；增韧剂，2.5～6％；偶联剂，0.25～0.55％；抗氧剂，0.05～0.4％；热稳定剂，0～0.4％。本发明的热塑性树脂复合材料具有优良的电绝缘性能，良好的机械性能、低吸水率、较强的阻燃性能和良好的加工性能，适用于12kV及以上高电压绝缘部件制造；采用本发明提供的材料注塑成型绝缘部件，无需长时间高温后固化，工艺简单，可操作性强，实用性强，成本低，可回收再利用。

Description

一种热塑性树脂复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种绝缘材料，具体讲，涉及一种高压绝缘用热塑性树脂复合材料及其制备方法。
背景技术
绝缘材料是高压电气设备的重要组成部分，而高压电气设备是输配电网的核心。这就要求高压电气设备用的绝缘材料为了避免发生电击穿和局部漏电事故应具备良好的介电强度和较高的体积电阻率，同时还需有良好的机械性、较强的耐热性能、低吸水率且有利于加工成型等特点，例如开关设备用固封极柱的中高压固体绝缘封装材料。
随着电网及终端电力用户对开关等小型化电气设备的维护成本和耐用性能等要求的提高，使环氧树脂作为绝缘介质被广泛应用于紧凑型、小型化电气设备中。传统环氧绝缘材料加工成型性能优良、绝缘性好，但材料脆性较高，在热环境下机械性能不足，且该材料无法回收再利用，形成的固体废料对环境造成累积型污染。
因此，急需开发具有较强机械性、电绝缘性、热性能及能回收利用的绝缘材料来满足当今高压电气设备快速发展的需要。
发明内容
本发明提供一种高压绝缘用热塑性树脂复合材料及其制备方法，本发明制备的热塑性树脂复合材料具有良好的机械性能、电绝缘性能和耐热性能，可回收再利用，能够有效降低产品体积和材料成本，适用于中高压电气设备绝缘部件的制造。
本发明采用玻纤增强热塑性塑料作为绝缘材料制备绝缘制品，其机械性、电绝缘性和热性能均有显著提高，并降低了绝缘制品的重量和成本，有效降低了在制造过程中CO2排放量，同时解决了绝缘产品回收利用问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种热塑性树脂复合材料，所述热塑性树脂复合材料包括按质量百分比计的下述组份：聚苯硫醚(PPS)，20～50％；尼龙66(PA66)，3～40％；短切无碱玻璃纤维(GF)，25％～55％；纳米蒙脱土，1～6％；增容剂，1～5％；增韧剂，2.5～6％；偶联剂，0.25～0.55％；抗氧剂，0.05～0.4％；热稳定剂，0～0.4％。
进一步的，所述抗氧剂为1098、1010、1035和168中的一种或几种组合物。抗氧化剂的加入可有效改善热塑性塑料在加工和使用中的引起的热老化现象，延长材料的使用寿命。
进一步的，所述抗氧剂为1098和1035，所述1098和1035的质量比为1:1。
进一步的，所述聚苯硫醚为线性聚苯硫醚；所述聚苯硫醚和尼龙66的质量比大于等于1:1。
进一步的，聚苯硫醚和尼龙66的质量比为(1.4～4):1。
进一步的，所述短切无碱玻璃纤维采用EDR玻璃制备，短切纤维长度为1～4mm，单丝直径为7～13μm。
进一步的，所述短切无碱玻璃纤维采用偶联剂进行表面处理，可使短切无碱玻璃纤维与热塑性树脂的结合性更强；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550和钛酸酯偶联剂中一种或多种组合物。
进一步的，所述纳米蒙脱土为层间距60～110nm的层状结构；所述热稳定剂为S-EED。
进一步的，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-乙烯-氢化丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种组合物。
进一步的，所述增容剂为POE-g-MAH和POE-g-GMA(乙烯-辛烯共聚物-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物)中的一种或多种组合物。增容剂能有效地促进两种塑料基体间以及与玻璃纤维的结合，进一步提高复合材料的机械强度。
进一步的，所述增容剂为POE-g-MAH和POE-g-GMA，所述POE-g-MAH和POE-g-GMA的质量比为3:1。
进一步的，所述的热塑性树脂复合材料的制备方法包括以下步骤：将原料按比例混合制成预混料，并通过熔融共混挤出造粒，得热塑性树脂复合材料；其中，挤出造粒采用的设备为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机喂料段温度为270℃～285℃，塑化剪切段温度为285～295℃，机头温度为270～300℃，螺杆转速为150r/min～250r/min，切料机转速为120r/min～150r/min。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
1、本发明提供的高压绝缘用热塑性树脂复合材料具有优异的电绝缘性能，与现有技术比，本发明达到同等电绝缘性能所需绝缘材料厚度更小，有效降低绝缘部件的体积和重量，使电气设备进一步向小型化、轻型化方向发展，并有效降低了生产成本。
2、本发明提供的高压绝缘用热塑性树脂复合材料的机械性能和耐热性能优异，特别是该材料的冲击强度较传统环氧体材料有较大提升，本发明可使绝缘部件在热、机械的复杂环境下具有更高的稳定性。
3、采用本发明提供的高压绝缘用热塑性树脂复合材料注塑成型绝缘部件，无需长时间高温后固化，生产工艺简单，可操作性强，生产周期短，实用性强，生产成本低，二氧化碳排放有效降低；
4、本发明提供的热塑性材料，可回收再利用，符合环境友好型社会的发展理念。
5、本发明制备的热塑性树脂复合材料具有优良的电绝缘性能，良好的机械性能、低吸水率、较强的阻燃性能和良好的加工性能，适用于12kV及以上高电压绝缘部件制造。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将PPS、PA66、GF、纳米蒙脱土等组分在干燥机中充分干燥，再按比例将PPS、PA66、纳米蒙脱土、经过偶联剂处理的短切无碱玻璃纤维、增容剂、增韧剂、抗氧剂、热稳定剂充分混匀制成预混料，预混料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中双螺杆挤出机工艺参数为：喂料段温度为280℃，塑化剪切段温度为290℃，机头温度为300℃，螺杆转速为210r/min，切料机转速为120r/min。
实施例2
将PPS、PA66、GF、纳米蒙脱土等组分在干燥机中充分干燥，再按比例将PPS、PA66、纳米蒙脱土、经过偶联剂处理的短切无碱玻璃纤维、增容剂、增韧剂、抗氧剂、热稳定剂充分混匀制成预混料，预混料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中双螺杆挤出机工艺参数为：喂料段温度为275℃，塑化剪切段温度为285℃，机头温度为295℃，螺杆转速为200r/min，切料机转速为120r/min。
实施例3
将PPS、PA66、GF、纳米蒙脱土等组分在干燥机中充分干燥，再按比例将PPS、PA66、纳米蒙脱土、经过偶联剂处理的短切无碱玻璃纤维、增容剂、增韧剂、抗氧剂、热稳定剂充分混匀制成预混料，预混料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中双螺杆挤出机工艺参数为：喂料段温度为275℃，塑化剪切段温度为290℃，机头温度为295℃，螺杆转速为190r/min，切料机转速为120r/min。
实施例4
将PPS、PA66、GF、纳米蒙脱土等组分在干燥机中充分干燥，再按比例将PPS、PA66、纳米蒙脱土、经过偶联剂处理的短切无碱玻璃纤维、增容剂、增韧剂、抗氧剂、热稳定剂充分混匀制成预混料，预混料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中双螺杆挤出机工艺参数为：喂料段温度为270℃，塑化剪切段温度为285℃，机头温度为285℃，螺杆转速为190r/min，切料机转速为120r/min。
实施例5
将PPS、PA66、GF、纳米蒙脱土等组分在干燥机中充分干燥，再按比例将PPS、PA66、纳米蒙脱土、经过偶联剂处理的短切无碱玻璃纤维、增容剂、增韧剂、抗氧剂、热稳定剂充分混匀制成预混料，预混料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中双螺杆挤出机工艺参数为：喂料段温度为275℃，塑化剪切段温度为280℃，机头温度为285℃，螺杆转速为210r/min，切料机转速为120r/min。
上述实施例中所用的原料种类、含量分别列于下表1和表2；检测结果列于下表3。
表1
表2
表3
由表3可知，上述实施例所制得的高压绝缘用热塑性树脂复合材料具有优良的力学性能、电气绝缘性能和耐热性能，适用于高压设备的绝缘，特别是对力学和耐热有较高要求的绝缘结构。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述热塑性树脂复合材料包括按质量百分比计的下述组份：聚苯硫醚，20～50％；尼龙66，3～40％；短切无碱玻璃纤维，25％～55％；纳米蒙脱土，1～6％；增容剂，1～5％；增韧剂，2.5～6％；偶联剂，0.25～0.55％；抗氧剂，0.05～0.4％；热稳定剂，0～0.4％。
2.如权利要求1所述的热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述抗氧剂从1098和1035中选出的一种或多种组合物。
3.如权利要求2所述的热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述抗氧剂1098和1035的质量比为1:1。
4.如权利要求1所述的热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述聚苯硫醚为线性聚苯硫醚；所述聚苯硫醚和尼龙66的质量比大于等于1:1。
5.如权利要求4所述的热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述聚苯硫醚和尼龙66的质量比为(1.4～4):1。
6.如权利要求1所述的热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述短切无碱玻璃纤维的长度为1～4mm，单丝直径为7～13μm。
7.如权利要求1所述的热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述短切无碱玻璃纤维采用偶联剂进行表面处理；所述偶联剂从硅烷偶联剂KH-550和钛酸酯偶联剂中选出的一种或多种组合物。
8.如权利要求1所述的热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述纳米蒙脱土为层间距60～110nm的层状结构；所述热稳定剂为S-EED。
9.如权利要求1所述的热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述增韧剂从甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-乙烯-氢化丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中选出的一种或多种组合物。
10.如权利要求1所述的热塑性树脂复合材料，其特征在于，所述增容剂从POE-g-MAH和POE-g-GMA中选出的一种或多种组合物。
11.如权利要求1所述的热塑性树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将原料按比例混合制成预混料，并通过熔融共混挤出造粒，得热塑性树脂复合材料；其中，挤出造粒采用的设备为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的工艺参数包括：喂料段温度为270℃～285℃，塑化剪切段温度为285～295℃，机头温度为270～300℃，螺杆转速为150r/min～250r/min，切料机转速为120r/min～150r/min。
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