CN106349695A - 食品级高耐热pps复合材料及其制备方法 - Google Patents

食品级高耐热pps复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种食品级高耐热PPS复合材料，由按照重量份数计算的下列组分组成：聚苯硫醚原粉18~51.8份；聚对苯二甲酸乙二醇酯切片5~15份；增韧剂1~3份；热稳定剂0.3~1份；润滑剂0.3~1.0份；玻璃纤维40~60份；所述的聚苯硫醚原粉为线形聚苯硫醚；所述的增韧剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝氢化苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物；所述的热稳定剂为N，N'‑双‑（3‑（3，5‑二叔丁基‑4‑羟基苯基）丙酰基）己二胺；所述的润滑剂为脂肪酸酰胺；所述的玻璃纤维为长玻纤，热塑性塑料用无碱合股无捻粗纱，长玻纤直径为3~5微米。本发明针对现有玻纤增强聚苯硫醚原粉成本过高、不符合食品级要求、加工能耗过高等问题，提供一种成本低廉、易于加工的食品级高耐热PPS复合材料。

Description

食品级高耐热PPS复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种食品级高耐热PPS复合材料及其制备方法，该材料可广泛用于卫浴领域、家电领域、电子电器领域、汽车配件等领域。
背景技术
聚苯硫醚(PPS)是一种结晶性的聚合物，分子主链中含有苯硫基。PPS原粉的熔点常在275---290度之间，没经过改性的PPS其缺陷是强度低、制品易应力开裂。经过玻璃纤维改性增强的PPS具有很高的刚性，摔落在地上有清脆的钢铁声音。聚对苯二甲酸乙二醇酯(英文：Polyethylene terephthalate，简称PET)是乳白色或无色透明的高结晶性聚合物。在没有添加改性助剂前，结晶速度很慢，注塑成型时模温高，生产周期长，不能当作工程塑料使用。上世纪80年代，各大塑料公司相继推出了含有成核剂和促进剂的改性PET塑料。
PPS合成工艺较为复杂，原料成本较高，因而售价较普通工程塑料高，限制了PPS的使用范围.PET切片合成制造工艺相对简单，原料来源广泛，导致PET切片在5大普通工程塑料中售价最低。如何将两种不同熔点和性能不同的树脂熔合在一起制成能普遍使用的工程塑料，国内华南理工大学和波斯塑胶颜料有限公司王冰、赵耀明、阳范文等人对高粘度PET/PPS共混物的力学及流变性能进行了研究，天津工业大学纺织学院和中国纺织科学研究院江南分院修俊峰、李淑莉等人对PPS/PET海岛型复合纤维开纤工艺进行研究。国外PPS/PET合金研究最早的是日本的专家，Kobayashi,Sadayuki等人在2004.10.21公开的美国专利《Polymer alloy and method for manufacturing polymer alloy》就阐述了PPS/PET合金的相关特性.在本发明专利中,为尽量保持PPS阻燃特性,我们将PPS作为连续相，PET作为分散相，故此我们将PET的含量控制在15％以下，使用万能合金相容增韧剂：甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝氢化(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)(简称SEBS-g-GMA).SEBS-g-GMA既具有使PPS、PET相容的作用，又具有增韧PPS/PET合金的作用，考虑到最终材料具有良好的阻燃性，我们添加SEBS-g-GMA的分量在1-3％之间。SEBS-g-GMA为自制品
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中PPS+玻纤成本高昂，且注塑温度过高，导致能耗过高，提供一种成本低廉、低能耗的食品级高耐热PPS复合材料及其制备方法，工艺简单，操作方便。
为了解决上述技术问题，本发明提出下列技术方案是：一种食品级高耐热PPS复合材料，其由按照重量份数计算的下列组分组成：
所述的聚苯硫醚原粉为线形聚苯硫醚；
所述的增韧剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；
所述的热稳定剂为N，N'-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺；
所述的润滑剂为脂肪酸酰胺；
所述的玻璃纤维为长玻纤，热塑性塑料用无碱合股无捻粗纱，长玻纤直径为3～5微米。
为了解决上述技术问题，本发明提出下列技术方案是：所述的食品级高耐热PPS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照重量份数称取下列组分：聚苯硫醚原粉18～51.8份；聚对苯二甲酸乙二醇酯切片5～15份；增韧剂1～3份；热稳定剂0.3～1份；润滑剂0.3～1.0份；玻璃纤维40～60份；
步骤2：将其中的聚苯硫醚原粉、聚对苯二甲酸乙二醇酯切片、增韧剂、热稳定剂、润滑剂先进行中速混合3～7分钟；
步骤3：然后将步骤2中混好的原料与玻璃纤维掺混在一起，再经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，双螺杆挤出机工艺条件为：双螺杆挤出机一区温度为240～300℃，二区温度为240～300℃，三区温度为240～300℃，四区温度为240～300℃，五区240～300℃，混合料在螺杆中输送时间为20～40秒钟。
与现有技术相比，本发明具有下列有益效果：
本发明采用线型注塑级聚苯硫醚,增粘级PET,没有使用纺丝级PET(特性粘度为0.65～0.68dL/g)和瓶级PET切片(特性粘度为0.75～0.85dL/g),两种粘度相差较大的树脂，即使加了相容增韧剂，加工也比较麻烦。使用增粘的PET,耐热也高。加增韧剂、热稳定剂、润滑剂、玻璃纤维等助剂对PPS/PET合金进行改性处理；在较低的模温(60-80℃)下能快速成型，成型后的制品表面光亮无浮纤，能长时间耐140℃左右的高温。其中添加增韧剂可使复合材料在打螺钉时不开裂；热稳定剂可抑制制品不发黄；润滑剂使制品表面光洁没有浮纤；玻璃纤维使制品有很高的强度。上述助剂均为市售商品，无需特殊制备或处理，降低了生产成本，使制得的产品极具竞争优势。
本发明中采用长玻纤，可以达到产品表面光亮的效果。因为PPS的流动性好，且为连续相，玻纤在产品中容易分散，PET为分散相，最大含量为15％.
本发明制备方法可以生产出表面光亮无浮纤、耐较高温度的产品，其生产工艺简单可控，生产易操作。
具体实施方式
本发明提出一种食品级高耐热PPS复合材料，其由按照重量份数计算的下列组分组成：
所述的聚苯硫醚原粉为线形聚苯硫醚。
所用的聚苯硫醚原粉为四川德阳化学公司生产的线型注塑级PPS(PPS-hb)。
所述的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片，优先选用的特性粘数为0.93～1.0dL/g的增粘级PET。
所用的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片为上海远纺工业生产的CH-610。
所述的增韧剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物，简称SEBS-g-GMA。其他增韧剂在本发明中的效果较差，且没有增容作用，对阻燃和耐热有影响。
所述的热稳定剂为N，N'-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。
所用的热稳定剂为BASF公司生产的GX2921；
所述的润滑剂为脂肪酸酰胺，该脂肪酸酰胺(TAF)作用效果好、耐高温。
所述的润滑剂为苏州兴泰国光生产的TAF。
所述的玻璃纤维为长玻纤，热塑性塑料用无碱合股无捻粗纱，长玻纤直径为3～5微米。
所述的玻璃纤维为巨石集团生产，牌号为988A；
所述的食品级高耐热PPS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照重量份数称取下列组分：聚苯硫醚原粉18～51.8份；聚对苯二甲酸乙二醇酯切片5～15份；增韧剂1～3份；热稳定剂0.3～1份；润滑剂0.3～1.0份；玻璃纤维40～60份；
步骤2：将其中的聚苯硫醚原粉、聚对苯二甲酸乙二醇酯切片、增韧剂、热稳定剂、润滑剂先进行中速混合3～7分钟；
步骤3：然后将步骤2中混好的原料与玻璃纤维掺混在一起，再经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，双螺杆挤出机工艺条件为：双螺杆挤出机一区温度为240～300℃，二区温度为240～300℃，三区温度为240～300℃，四区温度为240～300℃，五区240～300℃，混合料在螺杆中输送时间为20～40秒钟。
制备实施例1
选用以下重量份数的原料：PPS(PPS-hb)51.8份、PET(CH-610)5份、热稳定剂(GX2921)0.3份、增韧剂(SEBS-g-GMA)1份、润滑剂(TAF)0.3份，在中速搅拌机中混合5分钟，再与40份的988A玻纤掺混，经过熔融温度为240～300℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中双螺杆挤出机各区段温度设定为：一区240℃，二区280℃，三区300℃，四区290℃，五区280℃，六区270℃，七区260℃，停留时间为30秒钟。
制备实施例2
选用以下重量份数的原料：PPS(PPS-hb)43.2份、PET(CH-610)5份、热稳定剂(GX2921)0.5份、增韧剂(SEBS-g-GMA)1份、润滑剂(TAF)0.5份，在中速搅拌机中混合5分钟，再与50份的988A玻纤掺混，经过熔融温度为240～300℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中双螺杆挤出机各区段温度设定为：一区240℃，二区280℃，三区300℃，四区290℃，五区280℃，六区270℃，七区260℃，停留时间为30秒钟。
制备实施例3
选用以下重量份数的原料：PPS(PPS-hb)47.2份、PET(CH-610)10份、热稳定剂(GX2921)0.3份、增韧剂(SEBS-g-GMA)2份、润滑剂(TAF)0.5份，在中速搅拌机中混合5分钟，再与40份的988A玻纤掺混，经过熔融温度为240～300℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中双螺杆挤出机各区段温度设定为：一区240℃，二区280℃，三区300℃，四区290℃，五区280℃，六区270℃，七区260℃，停留时间为30秒钟。
制备实施例4
选用以下重量份数的原料：PPS(PPS-hb)18份、PET(CH-610)10份、热稳定剂(GX2921)0.3份、增韧剂(SEBS-g-GMA)2份、润滑剂(TAF)1份，在中速搅拌机中混合5分钟，再与50份的988A玻纤掺混，经过熔融温度为240～300℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中双螺杆挤出机各区段温度设定为：一区240℃，二区280℃，三区300℃，四区290℃，五区280℃，六区270℃，七区260℃，停留时间为30秒钟。
制备实施例5
选用以下重量份数的原料：PPS(PPS-hb)26.2份、PET(CH-610)10份、热稳定剂(GX2921)0.3份、增韧剂(SEBS-g-GMA)3份、润滑剂(TAF)0.5份，在中速搅拌机中混合5分钟，再与60份的988A玻纤掺混，经过熔融温度为240～300℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中双螺杆挤出机各区段温度设定为：一区240℃，二区280℃，三区300℃，四区290℃，五区280℃，六区270℃，七区260℃，停留时间为30秒钟。
制备实施例6
选用以下重量份数的原料：PPS(PPS-hb)41.2份、PET(CH-610)15份、热稳定剂(GX2921)0.8份、增韧剂(SEBS-g-GMA)3份、润滑剂(TAF)0.5份，在中速搅拌机中混合5分钟，再与40份的988A玻纤掺混，经过熔融温度为240～300℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中双螺杆挤出机各区段温度设定为：一区240℃，二区280℃，三区300℃，四区290℃，五区280℃，六区270℃，七区260℃，停留时间为30秒钟。
制备实施例7
选用以下重量份数的原料：PPS(PPS-hb)31.2份、PET(CH-610)15份、热稳定剂(GX2921)1份、增韧剂(SEBS-g-GMA)3份、润滑剂(TAF)0.5份，在中速搅拌机中混合5分钟，再与50份的988A玻纤掺混，经过熔融温度为240～300℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中双螺杆挤出机各区段温度设定为：一区240℃，二区280℃，三区300℃，四区290℃，五区280℃，六区270℃，七区260℃，停留时间为30秒钟。
性能评价方式及实行标准
将实施例1～7完成造粒的粒子在130～150℃的鼓风烘箱中干燥4～6小时，再将干燥的粒子在80T注塑机上注塑制样，制样过程中保持模温在70～100℃之间。
1、拉伸强度按GB/T 1040标准进行检验。试样类型为I型，样条尺寸(mm)：170(长)×(20±0.2)(端部宽度)×(4±0.2)(厚度)，拉伸速度为50mm/min。
2、弯曲强度和弯曲模量按GB 9341/T标准进行检验。试样类型为试样尺寸(mm)：(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2)，弯曲速度为20mm/min。
3、缺口冲击强度按GB/T 1043标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸(mm)：(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2)；缺口类型为A类，缺口剩余厚度为3.2mm。
4、热变形温度按GB/T 1634.2标准进行检验。负载为1.80MPa.跨距为100mm。
5、阻燃性能按照GB/T 4609-84标准进行检验.(mm)：(125±5)×(13±0.5)×(1.5±0.1)
实施例1-7原料重量份数及制成的复合材料性能表
从上面的数据可以得出，在PPS中在添加高粘PET后热变形温度降低，随着PET份量增多，热变形温度迅速降低，当高粘PET增大到15份时，热变形温度降到247度，比纯PPS+GF降低20度。具体原因是PET结晶型塑料，改性后最高热变形温度为225度(杜邦FR530为业内标杆)。缺口冲击强度随着增韧相容剂的增多而增大。
综合热变形温度、阻燃性能、缺口冲击强度等三大衡量材料的使用标准，我们初步得出实例4的性能可满足锅底支架的使用标准，因而本专利的实施例4就是最终的结果。

Claims (2)

1.一种食品级高耐热PPS复合材料，其特征在于，其由按照重量份数计算的下列组分组成：
聚苯硫醚原粉 18~51.8份；
聚对苯二甲酸乙二醇酯切片 5~15份；
增韧剂 1~3份；
热稳定剂 0.3~1份；
润滑剂 0.3~1.0份；
玻璃纤维 40~60份；
所述的聚苯硫醚原粉为线形聚苯硫醚；
所述的增韧剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；
所述的热稳定剂为N，N'-双-（3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酰基）己二胺；
所述的润滑剂为脂肪酸酰胺；
所述的玻璃纤维为长玻纤，热塑性塑料用无碱合股无捻粗纱，长玻纤直径为3~5微米。
2.一种如权利要求1所述的食品级高耐热PPS复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照重量份数称取下列组分：聚苯硫醚原粉18~51.8份；聚对苯二甲酸乙二醇酯切片5~15份；增韧剂1~3份；热稳定剂0.3~1份；润滑剂0.3~1.0份；玻璃纤维40~60份；
步骤2：将其中的聚苯硫醚原粉、聚对苯二甲酸乙二醇酯切片、增韧剂、热稳定剂、润滑剂先进行中速混合3~7分钟；
步骤3：然后将步骤2中混好的原料与玻璃纤维掺混在一起，再经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，双螺杆挤出机工艺条件为：双螺杆挤出机一区温度为240~300℃，二区温度为240~300℃，三区温度为240~300℃，四区温度为240~300℃，五区240~300℃，混合料在螺杆中输送时间为20~40秒钟。
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