CN106065165B - 一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料 - Google Patents

一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料，按重量百分比计由以下原料组分混合制成：热塑性树脂30‑80％，改性凹凸棒粉0.5‑15％，二氧化钛5‑30％，抗氧剂0.1‑0.5％，脱模剂0.2‑0.5％，玻璃纤维3‑10％，矿物粉5‑20％。本发明耐高温、抗老化性能好，结构强度高，长期高温条件下使用尺寸稳定性高，抗黄变性能高，在加工条件下流动性能高，适宜于薄壁制件中应用。

Description

一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料
技术领域
本发明涉及一种聚酯树脂基复合材料，特别涉及一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，简称PET)属结晶型饱和聚酯树脂，一般为乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。其在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，短期使用温度可达150℃，可耐-70℃低温，且高、低温时对其机械性能影响很小；电绝缘性优良，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性，尺寸稳定性都很好；耐化学品性稳定，气体和水蒸气渗透率低，具有良好的阻隔气、水、油及异味性能；透明度高，可阻挡紫外线，光泽性好；无毒、无味，卫生安全性好。由于成本低廉，成纤和成膜性优异，目前被大量纺成酯纤维；被制成薄膜用于录音、录像、电影胶片等的基片、绝缘膜、产品包装；被吹制成各种容器；被制成电器零部件、轴承、齿轮等。
然后，PET含有大量酯健，在酸、碱和水蒸气作用下会发生分解，即使在环境温度不是很高的前提下，由于材料在服役过程中面临各种复杂湿热环境条件，长期使用过程中也会发生分解生成酸和醇，而生成的酸会进一步加剧PET分解的速度，导致机械性能下降，大大限制了其应用。PET结晶速度低，在使用过程中将持续结晶，导致材料尺寸稳定性差，力学不稳定。
PCT树脂是一种耐高温、半结晶型的热塑性塑料耐高温、半结晶型的热塑性塑料，系聚酯家族又一新品，由美国伊斯曼化学公司(Eastman)于1987年实现工业化并至今垄断PCT的生产。PCT树脂由1,4-环己烷二甲醇(简称CHDM)和对苯二甲酸二甲酯(简称DMT)聚合而成。PCT树脂的主要生产原料是CHDM、DMT或对苯二甲酸(简称PTA)等，DMT是PTA与甲醇的反应产物。PCT作为聚酯家族的一种新品种，其性质与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)相似，具有PBT的强度、韧性，而耐热性优于PET。PCT具有较高的耐热性，其连续应用温度范围在130℃～150℃之间，挠曲温度为243℃～260℃，可以代替耐热级的PBT用作印刷电路板生产中的波峰焊接板和回流焊接板。以PCT(聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲醇酯)为基体的树脂，耐温性能好，但材料性能强度不足，成本高。
现有的聚酯树脂基复合材料均采用大量的玻璃纤维或滑石粉为增强材料体系，但随着应用产品的薄壁化和小型化，玻璃纤维或滑石粉的大量使用导致材料加工时流动性不佳，难以加工成薄壁化和小型化器件，且增强效果也不足，已经不能完全适用市场的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料，耐高温、抗老化性能好，结构强度高，长期高温条件下使用尺寸稳定性高，抗黄变性能高，在加工条件下流动性能高，适宜于薄壁制件中应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料，按重量百分比计由以下原料组分混合制成：热塑性树脂30-80％，改性凹凸棒粉0.5-15％，二氧化钛5-30％，抗氧剂0.1-0.5％，脱模剂0.2-0.5％，玻璃纤维3-10％，矿物粉5-20％。
本发明改进了聚酯树脂基复合材料的复合体系，针对薄壁化和小型化产品中使用时材料性能的不足，本发明特别添加改性凹凸棒粉，利用表面改性后的高长径比、纳米及亚微米尺寸凹凸棒，与PCT/PET树脂合金体系进行复合材料化，改性凹凸棒粉在材料体系中作为增强剂和聚酯材料的高效成核剂和阳离子捕捉剂，对材料体系有明显增强和增韧作用。
作为优选，按重量百分比计由以下原料组分混合制成：热塑性树脂40-60％，改性凹凸棒粉3-15％，二氧化钛8-20％，抗氧剂0.1-0.5％，脱模剂0.2-0.5％，玻璃纤维3-10％，矿物粉8-15％。
作为优选，所述热塑性树脂由聚对苯二甲酸-1,4-环己烷二甲醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯按照1:1～20:1的质量比混合组成。
作为优选，所述改性凹凸棒粉通过以下步骤制备而得：
(1)将凹凸棒粉在400-450℃下煅烧90-120min，冷却后，粉碎，过筛；
(2)将步骤(1)处理后的凹凸棒粉与质量浓度20-30％的二甲基亚砜溶液中，搅拌混合均匀得凹凸棒粉分散液；
(3)向凹凸棒粉分散液中加入酸溶液搅拌混匀后，超声处理10-30min，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤，然后在70-80℃下真空干燥2-3h得初级改性凹凸棒粉；
通过将凹凸棒粉加入二甲基亚砜溶液中，能够使得凹凸棒粉分散均匀，这样利于后续的酸溶液氧化改性。酸溶液能够使得凹凸棒粉亲水性降低，亲油性增加，从而提高凹凸棒粉与树脂的结合力。
(4)将质量浓度为50-60％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与初级改性凹凸棒粉混合10-30min，然后再加入质量浓度为50-60％的硅烷偶联剂无水乙醇溶液混合10-30min，然后80-100℃下真空干燥30-60min，研磨后得改性凹凸棒粉。
初级改性凹凸棒粉由于颗粒较细，容易团聚，这样不利于后续加工，且对复合材料的性能有较大影响。发明人通过长期的实验研究后发现，先通过使用钛酸酯偶联剂对初级改性凹凸棒粉进行第一次表面处理，后再通过添加硅烷偶联剂对处理过的初级改性凹凸棒粉进行第二次表面处理，这样能有效解决初级改性凹凸棒粉团聚的问题，使硅烷偶联剂有效的包裹初级改性凹凸棒粉，进一步的防止了初级改性凹凸棒粉的团聚，为后续与树脂的混合做好了有效的铺垫作用，由于偶联剂的处理，初级改性凹凸棒粉与树脂混合的更均匀，结合强度更好，形成的复合材料成分均匀，力学性能佳。钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂均配成无水乙醇溶液的形式添加，这样与初级改性凹凸棒粉的混合均匀性好，起效好。
作为优选，步骤(2)中质量浓度20-30％的二甲基亚砜溶液用量为每克凹凸棒粉使用10-15mL。
作为优选，步骤(3)中所述酸溶液为质量浓度为5-10％的硝酸溶液与质量浓度为10-15％的乙酸溶液按照1:3-5体积比的混合物。本发明的特定酸溶液是针对凹凸棒粉的改性设计的，能够有效使得凹凸棒粉亲水性降低，亲油性增加，从而提高凹凸棒粉与树脂的结合力，从而增强凹凸棒粉的增强、增韧作用。
作为优选，步骤(4)中钛酸酯偶联剂的用量为初级改性凹凸棒粉重量的0.2-0.3％，硅烷偶联剂的用量为初级改性凹凸棒粉重量的1-1.5％。
作为优选，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂P-EPQ、抗氧剂PEP-36A、抗氧剂300、抗氧剂S-9299中的一种或几种。
作为优选，所述脱模剂为脱模剂PETs或脱模剂GSC-9032PC；所述矿物粉为滑石粉或轻质碳酸钙。
作为优选，所述改性凹凸棒粉的粒度D50为20nm-150nm，长径比为10-50：1；所述玻璃纤维为超细玻璃纤维，直径2-8微米。
本发明的有益效果是：耐高温、抗老化性能好，结构强度高，长期高温条件下使用尺寸稳定性高，抗黄变性能高，在加工条件下流动性能高，适宜于薄壁制件中应用。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
总实施方案：
一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料，按重量百分比计由以下原料组分混合制成：热塑性树脂30-80％，改性凹凸棒粉0.5-15％，二氧化钛5-30％，抗氧剂0.1-0.5％，脱模剂0.2-0.5％，玻璃纤维3-10％，矿物粉5-20％。所述热塑性树脂由聚对苯二甲酸-1,4-环己烷二甲醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯按照1:1～20:1的质量比混合组成。所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂P-EPQ、抗氧剂PEP-36A、抗氧剂300、抗氧剂S-9299中的一种或几种。所述脱模剂为脱模剂PETs或脱模剂GSC-9032PC；所述矿物粉为滑石粉或轻质碳酸钙。所述改性凹凸棒粉的粒度D50为20nm-150nm，长径比为10-50：1；所述玻璃纤维为超细玻璃纤维，直径2-8微米。
所述改性凹凸棒粉通过以下步骤制备而得：
(1)将凹凸棒粉在400-450℃下煅烧90-120min，冷却后，粉碎，过筛；
(2)将步骤(1)处理后的凹凸棒粉与质量浓度20-30％的二甲基亚砜溶液中，搅拌混合均匀得凹凸棒粉分散液；质量浓度20-30％的二甲基亚砜溶液用量为每克凹凸棒粉使用10-15mL。
(3)向凹凸棒粉分散液中加入酸溶液搅拌混匀后，超声处理10-30min，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤，然后在70-80℃下真空干燥2-3h得初级改性凹凸棒粉；酸溶液为质量浓度为5-10％的硝酸溶液与质量浓度为10-15％的乙酸溶液按照1:3-5体积比的混合物。
(4)将质量浓度为50-60％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与初级改性凹凸棒粉混合10-30min，然后再加入质量浓度为50-60％的硅烷偶联剂无水乙醇溶液混合10-30min，然后80-100℃下真空干燥30-60min，研磨后得改性凹凸棒粉。钛酸酯偶联剂的用量为初级改性凹凸棒粉重量的0.2-0.3％，硅烷偶联剂的用量为初级改性凹凸棒粉重量的1-1.5％。
具体实施例1
一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料，按重量百分比计由以下原料组分混合制成：PCT 33％，PET 20％，改性凹凸棒粉15％，二氧化钛20％，抗氧剂1010 0.3％，抗氧剂168 0.2％，脱模剂(GSC-9032PC，市售)0.5％，玻璃纤维(直径5微米)5％，滑石粉6％。
具体实施例2
一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料，按重量百分比计由以下原料组分混合制成：PCT 33％，PET 20％，改性凹凸棒粉4％，二氧化钛20％，抗氧剂1010 0.2％，抗氧剂168 0.3％，脱模剂(脱模剂PETs市售)0.5％，玻璃纤维(直径5微米)5％，滑石粉17％。
具体实施例3
一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料，按重量百分比计由以下原料组分混合制成：PCT 33％，PET 20％，改性凹凸棒粉1％，二氧化钛20％，抗氧剂1010 0.2％，抗氧剂168 0.2％，抗氧剂PEP-36A 0.1％，脱模剂(脱模剂PETs市售)0.5％，玻璃纤维(直径5微米)5％，滑石粉20％。
具体实施例4
一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料，按重量百分比计由以下原料组分混合制成：PCT 33％，PET 20％，改性凹凸棒粉13％，二氧化钛20％，抗氧剂1010 0.2％，抗氧剂168 0.2％，抗氧剂PEP-36A 0.1％，脱模剂(脱模剂PETs市售)0.5％，玻璃纤维(直径5微米)5％，滑石粉8％。
改性凹凸棒粉的改性方法参见总实施方案。
本发明的高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料制备时，采用双螺杆挤出机进行熔融共混挤出造粒,然后注塑机制备样条。双螺杆挤出机各区温度控制为:1区180℃,2区205℃,3区270℃,4-9区275℃；机头温度270℃。
对比例1
一种聚酯树脂基复合材料，按重量百分比计由以下原料组分混合制成：PCT 53％，二氧化钛20％，抗氧剂1010 0.3％，抗氧剂168 0.2％，脱模剂(GSC-9032PC，市售)0.5％，玻璃纤维(直径13微米)16％，滑石粉10％。
对比例2
一种聚酯树脂基复合材料，按重量百分比计由以下原料组分混合制成：PET 53％，二氧化钛20％，抗氧剂1010 0.2％，抗氧剂168 0.3％，脱模剂(脱模剂PETs市售)0.5％，玻璃纤维(直径13微米)16％，滑石粉10％。
对比例3
一种聚酯树脂基复合材料，按重量百分比计由以下原料组分混合制成：PCT 20％，PET 33％，二氧化钛20％，抗氧剂1010 0.2％，抗氧剂1680.2％，抗氧剂PEP-36A 0.1％，脱模剂(脱模剂PETs市售)0.5％，玻璃纤维(直径13微米)16％，滑石粉10％。
对比例4
一种聚酯树脂基复合材料，按重量百分比计由以下原料组分混合制成：PCT 33％，PET 20％，二氧化钛20％，抗氧剂1010 0.2％，抗氧剂1680.2％，抗氧剂PEP-36A 0.1％，脱模剂(脱模剂PETs市售)0.5％，玻璃纤维(直径13微米)5％，滑石粉21％。
性能测试：
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (6)

1.一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料，其特征在于：按重量百分比计由以下原料组分混合制成：热塑性树脂30-80％，改性凹凸棒粉0.5-15％，二氧化钛5-30％，抗氧剂0.1-0.5％，脱模剂0.2-0.5％，玻璃纤维3-10％，矿物粉5-20％；
所述热塑性树脂由聚对苯二甲酸-1，4-环己烷二甲醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯按照1∶1～20∶1的质量比混合组成；
所述改性凹凸棒粉通过以下步骤制备而得：
(1)将凹凸棒粉在400-450℃下煅烧90-120min，冷却后，粉碎，过筛；
(2)将步骤(1)处理后的凹凸棒粉与质量浓度20-30％的二甲基亚砜溶液中，搅拌混合均匀得凹凸棒粉分散液；
(3)向凹凸棒粉分散液中加入酸溶液搅拌混匀后，超声处理10-30min，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤，然后在70-80℃下真空干燥2-3h得初级改性凹凸棒粉；其中所述酸溶液为质量浓度为5-10％的硝酸溶液与质量浓度为10-15％的乙酸溶液按照1∶3-5体积比的混合物；
(4)将质量浓度为50-60％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与初级改性凹凸棒粉混合10-30min，然后再加入质量浓度为50-60％的硅烷偶联剂无水乙醇溶液混合10-30min，然后80-100℃下真空干燥30-60min，研磨后得改性凹凸棒粉；
所述改性凹凸棒粉的粒度D50为20nm-150nm，长径比为10-50∶1；所述玻璃纤维为超细玻璃纤维，直径2-8微米。
2.根据权利要求1所述的一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料，其特征在于：按重量百分比计由以下原料组分混合制成：热塑性树脂40-60％，改性凹凸棒粉3-15％，二氧化钛8-20％，抗氧剂0.1-0.5％，脱模剂0.2-0.5％，玻璃纤维3-10％，矿物粉8-15％。
3.根据权利要求1所述的一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料，其特征在于：步骤(2)中质量浓度20-30％的二甲基亚砜溶液用量为每克凹凸棒粉使用10-15mL。
4.根据权利要求1所述的一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料，其特征在于：步骤(4)中钛酸酯偶联剂的用量为初级改性凹凸棒粉重量的0.2-0.3％，硅烷偶联剂的用量为初级改性凹凸棒粉重量的1-1.5％。
5.根据权利要求1或2所述的一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料，其特征在于：所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂P-EPQ、抗氧剂PEP-36A、抗氧剂300、抗氧剂S-9299中的一种或几种。
6.根据权利要求1或2所述的一种高抗环境老化耐高温型聚酯树脂基复合材料，其特征在于：所述脱模剂为脱模剂PETs或脱模剂GSC-9032PC；所述矿物粉为滑石粉或轻质碳酸钙。
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