CN106243718A - 一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，由聚苯硫醚（PPS）、短切玄武岩纤维（BF）、硫酸钙晶须、乙烯‑辛烯共聚物‑甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物（POE‑g‑GMA)和硅烷偶联剂KH560组成，各原料重量百分比为：聚苯硫醚60%~75%，短切玄武岩纤维15%~25%，硫酸钙晶须4%~8%，乙烯‑辛烯共聚物‑甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物5%~10%，硅烷偶联剂0.05%~0.2%。本产品既保证了材料的高强度，又提高了聚苯硫醚材料的冲击性能，大大增加了聚苯硫醚材料的使用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料。
背景技术
目前，针对聚苯硫醚各项性能优良，但韧性不足的缺点，其主要增强材料是玻璃纤维、芳纶纤维和纳米碳酸钙等，这些材料仍存在污染大、分散性差等缺点。而玄武岩纤维是一种新型环保高性能纤维，具有强度高、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。此外，玄武岩纤维的生产，产生的废弃物少，产品废弃后可直接在环境中降解，已实现工业化生产。它的引入既可以节约成本、保护环境，也可以显著提高复合材料的性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的，在于提供一种高强度的聚苯硫醚基复合材料，同时还兼具优良的耐冲击性能、耐热性能以及加工性能，以满足实际中的需要。
本发明还针对聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料脆性大的缺点，引入相容剂乙烯-辛烯共聚物-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物，改善了树脂与纤维的界面结合，大大增强复合材料的冲击强度，同时引入硫酸钙晶须，进一步增加复合材料的力学强度并改善材料的加工流变行为。
本发明采用如下技术方案：
本发明按照以下配方进行配料：聚苯硫醚60％～75％，短切玄武岩纤维15％～25％，硫酸钙晶须4％～8％，乙烯-辛烯共聚物-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(POE-g-GMA)5％～10％，硅烷偶联剂0.05％～0.2％。
其中，所用PPS树脂为注塑级。
其中，所用玄武岩纤维为短切型，纤维直径为10μm～15μm，纤维长度为3mm～6mm。
其中，所用硅烷偶联剂为KH-560。
其中，所用晶须为硫酸钙晶须，经过偶联剂KH-560表面处理，晶须直径1-4μm，长径比为50-80。
其中，所用相容剂为乙烯-甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物。
本发明采用的晶须经过偶联剂KH560表面处理，可以在复合材料中均匀分散，进一步提高聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料的力学强度，也可以降低材料的粘度，改善加工性能。
本发明的复合材料中还可以加入少量硫化助剂，如二乙烯基苯均聚微球来提高材料的强度，其用量为1％～2％，微球的直径一半为80～800nm，优选100～600nm。
上述高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料的生产工艺为：
(1)将硅烷偶联剂配成溶液，均匀地喷洒在玄武岩纤维和硫酸钙晶须上，然后将各原材料按比例混合；
(2)将混合好的原料用平行双螺杆挤出机挤出造粒制得聚苯硫醚基复合材料，其中双螺杆挤出机工作温度为270℃～290℃，螺杆转速为65r/min～90r/min，切料机转速为100r/min～140r/min；
(3)在100℃～120℃温度下干燥3h～4h。
本发明采用的相容剂和偶联剂均带有环氧基团，可以与聚苯硫醚、无机填料发生反应，发生协同效应，大大改善了填料在基体中的分散与结合。
按本发明配方称料后用平行双螺杆挤出机挤出造粒，各段温度控制在270℃～290℃，螺杆转速采用65r/min～95r/min，将造好的粒在100℃～120℃的烘箱中下干燥3～4h，然后称重包装。加工出标准要求的试样进行测试的各项性能见表1：
表1本发明材料性能
| 性能 | 测试值 | 执行标准 |
| 拉伸强度，MPa | 75～105 | GB/T1040.2-2006/1A/20 |
| 弯曲强度，MPa | 150～170 | GB/T 9341-2008 |
| 悬臂梁无缺口冲击强度，kJ/m2 | 24～30 | GB/T 1843-2008/U |
| 悬臂梁缺口冲击强度，kJ/m2 | 5.0～7.5 | GB/T1843-2008/A |
| 热变形温度(8.0MPa,平放)，℃ | 100～115 | GB/T1634.2-2004 |
| 阻燃性能 | HB | UL 94 |
| 成型收缩率，％ | 0.05％～0.3％ | GB/T 17037.4-2003 |
具体实施方式
下面用实施例1-3和比较例1-4对本发明作进一步发明，而本发明并不限于此。
采用聚苯硫醚为主体材料，按照表2所列配方制备符合本发明要求的以玄武岩纤维和晶须为补强填料，以乙烯-辛烯共聚物-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物为增容剂实施例1-3，采用相似的配料方法，使用硅烷偶联剂KH550作为比较1，使用玻璃纤维作为比较2，使用芳纶纤维作为比较3，不使用相容剂为比较4。根据表2中的配方生产得到的7中不同产品的物性测定结果如表3所示。本发明中，硅烷偶联剂的用量为0.1％，均匀地喷洒在玄武岩纤维、硫酸钙晶须、玻璃纤维或芳纶纤维上，玄武岩纤维、硫酸钙晶须、玻璃纤维或芳纶纤维之和包括了0.1％的硅烷偶联剂。例如，实施例1中玄武岩纤维与硫酸钙晶须、偶联剂之和为22％，其中包含了0.1％的偶联剂。
实施例1、一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料的生产工艺为：
(1)将硅烷偶联剂配成溶液，均匀地喷洒在玄武岩纤维和硫酸钙晶须上，然后将聚苯硫醚70％，短切玄武岩纤维18％，硫酸钙晶须4％(短切玄武岩纤维和硫酸钙晶须包含了硅烷偶联剂KH560)，乙烯-辛烯共聚物-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(POE-g-GMA)8％混合；
(2)将混合好的原料用平行双螺杆挤出机挤出造粒制得聚苯硫醚基复合材料，其中双螺杆挤出机工作温度为270℃～290℃，螺杆转速为65r/min～90r/min，切料机转速为100r/min～140r/min；
(3)在100℃～120℃温度下干燥3h～4h；
(4)将造好的粒料称重包装。
实施例2、主要步骤与实施例1相同，除了短切玄武岩纤维、硫酸钙晶须以及POE-g-GMA含量不同。
实施例3、主要步骤与实施例1相同，除了短切玄武岩纤维、硫酸钙晶须以及POE-g-GMA含量不同。
比较例1、主要步骤与实施例1相同，偶联剂由KH550替代KH560。
比较例2、主要步骤与实施例1相同，玄武岩纤维由玻璃纤维替代。
比较例3、主要步骤与实施例1相同，玄武岩纤维由芳纶纤维替代。
比较例4、主要步骤与实施例1相同，除了短切玄武岩纤维、硫酸钙晶须含量不同外，未加入POE-g-GMA相容剂。
表2本发明具体实施方式(单位：％)
| 组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | 比较例2 | 比较例3 | 比较例4 |
| PPS | 70 | 70 | 65 | 70 | 70 | 70 | 70 |
| 玄武岩纤维 | 18 | 15 | 20 | 18 | 0 | 0 | 20 |
| 玻璃纤维 | 0 | 0 | 0 | 0 | 18 | 0 | 0 |
| 芳纶纤维 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 18 | 0 |
| 硫酸钙晶须 | 4 | 5 | 10 | 4 | 4 | 4 | 10 |
| POE-g-GMA | 8 | 10 | 5 | 8 | 8 | 8 | 0 |
| 偶联剂 | KH560 | KH560 | KH560 | KH550 | KH560 | KH560 | KH560 |
表3材料性能
以上实施得到的产品，经过试验测试：聚苯硫醚60％～75％，短切玄武岩纤维15％～25％，硫酸钙晶须4％～8％，乙烯-辛烯共聚物-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物5％～10％，硅烷偶联剂0.05％～0.2％，采用双螺杆挤出造粒再进行注塑制备试样的方法，测试结果表明材料具有优良的力学强度和耐热性能。
以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效替换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，由聚苯硫醚、短切玄武岩纤维、硫酸钙晶须、乙烯-辛烯共聚物-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和硅烷偶联剂组成，其特征在于：各原料重量百分比为：聚苯硫醚60%~75%，短切玄武岩纤维15%~25%，硫酸钙晶须4%~8%，乙烯-辛烯共聚物-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物5%~10%，硅烷偶联剂0.05%~0.2%。
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，其特征在于，所述PPS树脂为注塑级。
3.根据权利要求1所述的一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，其特征在于，所述玄武岩纤维为短切型，纤维直径为10μm~15μm，纤维长度为3mm~6mm。
4.根据权利要求1所述的一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，其特征在于，所述晶须为硫酸钙晶须，经过偶联剂KH-560表面处理，晶须直径1-4μm，长径比为50-80。
5.根据权利要求1所述的一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，其特征在于，硅烷偶联剂均匀地喷洒在玄武岩纤维和硫酸钙晶须上进行表面处理。
6.权利要求1-5任一项所述的一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料的生产工艺为：
（1）将硅烷偶联剂配成溶液，均匀地喷洒在玄武岩纤维和硫酸钙晶须上，然后将各原材料按比例混合；
（2）将混合好的原料用平行双螺杆挤出机挤出造粒制得聚苯硫醚基复合材料，其中双螺杆挤出机工作温度为270℃~290℃，螺杆转速为65 r/min ~90r/min，切料机转速为100r/min ~140 r/min；
（3）在100℃~120℃温度下干燥3h~4h。
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