CN106633689A - 一种高性能耐刮擦pbt‑pa66复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高性能耐刮擦pbt‑pa66复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高性能耐刮擦PBT‑PA66复合材料及其制备方法，由以下重量份的组分制成：PBT为50份‑70份；PA66为30份‑50份；处理后的纳米MoS2为8份‑12份；环氧树脂为0.1份‑0.5份；抗氧剂为0.1份‑0.5份；润滑剂为0.4份‑0.8份；所述处理后的纳米MoS2为通过偶联剂KH570处理后的纳米MoS2。本发明提供的纳米MoS2经硅烷偶联剂KH570处理后，能更好地分散在PBT‑PA66中，这有利于增强PBT‑PA66复合材料的物理性能和耐摩擦性能。

Description

一种高性能耐刮擦PBT-PA66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，特别是指一种高性能耐刮擦PBT-PA66复合材料及其制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一种重要的热塑性聚合物，尺寸稳定性好，绝缘性佳，耐油，广泛应用于家用电器、机械配件、办公用品和通讯器材等领域。聚酰胺66(PA66)作为具有一定极性的工程塑料，也被广泛应用于化工、建材、家电、汽车等领域。
由于PBT和PA66两种材料有一定的互补作用，我们会合成PBT-PA66复合材料。然而PBT和PA66的分子链结构存在着不少差异，它们的相容性不好，耐刮擦性能也一般，这限制了PBT-PA66复合材料的广泛应用。提高PBT和PA66的相容性以及提高PBT-PA66复合材料的耐刮擦性能是本领域的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能耐刮擦PBT-PA66复合材料及其制备方法，以解决现有技术的提高PBT和PA66的相容性以及提高PBT-PA66复合材料的耐刮擦性能的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高性能耐刮擦PBT-PA66复合材料，由以下重量份的组分制成：
所述处理后的纳米MoS2为通过偶联剂KH570处理后的纳米MoS2。
所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或多种。
所述的润滑剂为硬脂酸钙或硬质酸钠中的一种或两种组合。
纳米MoS2与偶联剂的质量比为5-10：2-4。
所述处理后的纳米MoS2的制备方法，包括以下步骤：
1)称取设定量的纳米MoS2加入到乙醇中，再加入设定量的偶联剂KH570；所述纳米MoS2与偶联剂的质量比为5-10：2-4；超声波处理1-2小时，滴加醋酸调节pH值3-5之间；
2)将步骤1)的混合液在60-80℃恒温搅拌6-8小时，冷却后固定分离，然后在100-120℃的真空干燥箱里干燥得到处理后的纳米MoS2。
上述任一项高性能耐刮擦PBT-PA66复合材料制备方法，包括以下步骤：
1)称取50份-70份的PBT、30份-50份的PA66、8份-12份的处理后的MoS2、0.1份-0.5份的环氧树脂、0.1份-0.5份的抗氧剂和0.4份-0.8份的润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的所述混合料挤出造粒，即得到PBT-PA66复合材料。
步骤1)中的各原料在混合前在100℃下干燥5小时。
步骤2)具体为，将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为170～230℃，第二温度区的温度为230～270℃，第三温度区的温度为230～270℃，第四温度区的温度为230～270℃，第五温度区的温度为230～270℃，第六温度区的温度为230～270℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为230～270℃，螺杆转速为180～300r/min。
本发明的有益效果是：
本发明提供的纳米MoS2经硅烷偶联剂KH570处理后，能更好地分散在PBT-PA66中，这有利于增强PBT-PA66复合材料的物理性能和耐摩擦性能。
纳米MoS2具有层状的构造，在摩擦力的剪切作用下其片层之间会发生相对滑移，并能在材料表面生成转移膜，减少滑动面的直接接触和摩擦，从而提高材料的耐摩擦能力。
环氧树脂的环氧基团能够与PA66的氨基(-NH2)反应，在接触面形成环氧基团与PA66的共聚物，减少PA66与PBT之间的张力，提高两者之间的相容性，增强材料的物理性能。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本发明各实施例中的原料及制造商如下：
PBT(型号2002U)，日本宝理；PA66(型号FR50)，美国杜邦；纳米MoS2，上海申雨；抗氧剂(型号Irganox1010、Irganox168、Irganox1330)，瑞士汽巴精化；硬脂酸钙，湖北中料化工；硬质酸钠，湖北兴银河化工；环氧树脂，台湾南亚塑料厂；硅烷偶联剂(KH570)，南京奥诚化工。
本发明所用的测试仪器如下：
ZSK30型双螺杆挤出机，德国W&P公司；JL-1000型拉力试验机，广州市广才实验仪器公司生产；HTL900-T-5B型注射成型机，海太塑料机械有限公司生产；XCJ-500型冲击测试机，承德试验机厂生产；QT-1196型拉伸测试仪，东莞市高泰检测仪器有限公司；QD-GJS-B12K型高速搅拌机，北京恒奥德仪器仪表有限公司。
本发明提供一种高性能耐刮擦PBT-PA66复合材料，由以下重量份的组分制成：
所述处理后的纳米MoS2为通过偶联剂KH570处理后的纳米MoS2。
所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(Irganox168)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(Irganox1010)或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯(Irganox1330)中的一种或多种。
所述的润滑剂为硬脂酸钙或硬质酸钠中的一种或两种组合。
纳米MoS2与偶联剂的质量比为5-10：2-4。
所述处理后的纳米MoS2的制备方法，包括以下步骤：
1)称取设定量的纳米MoS2加入到乙醇中，再加入设定量的偶联剂KH570；所述纳米MoS2与偶联剂的质量比为5-10：2-4；超声波处理1-2小时，滴加醋酸调节pH值3-5之间；
2)将步骤1)的混合液移入到三口烧瓶中，在60-80℃恒温搅拌6-8小时，冷却后固定分离，然后在100-120℃的真空干燥箱里干燥得到处理后的纳米MoS2。
上述任一项高性能耐刮擦PBT-PA66复合材料制备方法，包括以下步骤：
1)称取50份-70份的PBT、30份-50份的PA66、8份-12份的处理后的MoS2、0.1份-0.5份的环氧树脂、0.1份-0.5份的抗氧剂和0.4份-0.8份的润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的所述混合料挤出造粒，即得到PBT-PA66复合材料。
步骤1)中的各原料在混合前在100℃下干燥5小时。
步骤2)具体为，将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为170～230℃，第二温度区的温度为230～270℃，第三温度区的温度为230～270℃，第四温度区的温度为230～270℃，第五温度区的温度为230～270℃，第六温度区的温度为230～270℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为230～270℃，螺杆转速为180～300r/min。
首先制备处理后的纳米MoS2：
制备例1
1)称取5克的纳米MoS2加入到150ml的乙醇中，再加入2克的偶联剂KH570；超声波处理1-2小时，滴加醋酸调节pH值3-5之间；
2)将步骤1)的混合液移入到三口烧瓶中，在60-80℃恒温搅拌6-8小时，冷却后固定分离，然后在100-120℃的真空干燥箱里干燥得到处理后的纳米MoS2。
制备例2
1)称取10克的纳米MoS2加入到200ml的乙醇中，再加入4克的偶联剂KH570；超声波处理1-2小时，滴加醋酸调节pH值3-5之间；
2)将步骤1)的混合液移入到三口烧瓶中，在60-80℃恒温搅拌6-8小时，冷却后固定分离，然后在100-120℃的真空干燥箱里干燥得到处理后的纳米MoS2。
制备例3
1)称取5克的纳米MoS2加入到150ml的乙醇中，再加入4克的偶联剂KH570；超声波处理1-2小时，滴加醋酸调节pH值3-5之间；
2)将步骤1)的混合液移入到三口烧瓶中，在60-80℃恒温搅拌6-8小时，冷却后固定分离，然后在100-120℃的真空干燥箱里干燥得到处理后的纳米MoS2。
制备例4
1)称取10克的纳米MoS2加入到150ml的乙醇中，再加入2克的偶联剂KH570；超声波处理1-2小时，滴加醋酸调节pH值3-5之间；
2)将步骤1)的混合液移入到三口烧瓶中，在60-80℃恒温搅拌6-8小时，冷却后固定分离，然后在100-120℃的真空干燥箱里干燥得到处理后的纳米MoS2。
制备例5
1)称取8克的纳米MoS2加入到180ml的乙醇中，再加入3克的偶联剂KH570；超声波处理1-2小时，滴加醋酸调节pH值3-5之间；
2)将步骤1)的混合液移入到三口烧瓶中，在60-80℃恒温搅拌6-8小时，冷却后固定分离，然后在100-120℃的真空干燥箱里干燥得到处理后的纳米MoS2。
制备例6
1)称取5克的纳米MoS2加入到200ml的乙醇中，再加入3克的偶联剂KH570；超声波处理1-2小时，滴加醋酸调节pH值3-5之间；
2)将步骤1)的混合液移入到三口烧瓶中，在60-80℃恒温搅拌6-8小时，冷却后固定分离，然后在100-120℃的真空干燥箱里干燥得到处理后的纳米MoS2。
制备例7
1)称取10克的纳米MoS2加入到200ml的乙醇中，再加入3克的偶联剂KH570；超声波处理1-2小时，滴加醋酸调节pH值3-5之间；
2)将步骤1)的混合液移入到三口烧瓶中，在60-80℃恒温搅拌6-8小时，冷却后固定分离，然后在100-120℃的真空干燥箱里干燥得到处理后的纳米MoS2。
制备例8
1)称取8克的纳米MoS2加入到200ml的乙醇中，再加入2克的偶联剂KH570；超声波处理1-2小时，滴加醋酸调节pH值3-5之间；
2)将步骤1)的混合液移入到三口烧瓶中，在60-80℃恒温搅拌6-8小时，冷却后固定分离，然后在100-120℃的真空干燥箱里干燥得到处理后的纳米MoS2。
实施例1
1)称取重量份为50份PBT、30份PA66、8份制备例1至8中任一制备例制备的处理后的纳米MoS2、0.1份环氧树脂、0.1份Irganox1330和0.4份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PBT-PA66复合材料P1，其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为190℃，第二温度区的温度为230℃，第三温度区的温度为230℃，第四温度区的温度为230℃，第五温度区的温度为230℃，第六温度区的温度为230℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为230℃，螺杆转速为180r/min。
实施例2
1)称取重量份为70份PBT、50份PA66、12份制备例1至8中任一制备例制备的处理后的纳米MoS2、0.5份环氧树脂、0.2份Irganox1330、0.3份Irganox168、0.4份硬脂酸钙和0.4份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PBT-PA66复合材料P2，其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为230℃，第二温度区的温度为270℃，第三温度区的温度为270℃，第四温度区的温度为270℃，第五温度区的温度为270℃，第六温度区的温度为270℃℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为270℃，螺杆转速为300r/min。
实施例3
1)称取重量份为60份PBT、40份PA66、10份制备例1至8中任一制备例制备的处理后的纳米MoS2、0.3份环氧树脂、0.3份Irganox1010、0.2份硬脂酸钙和0.4份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PBT-PA66复合材料P3，其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为200℃，第二温度区的温度为250℃，第三温度区的温度为250℃，第四温度区的温度为250℃，第五温度区的温度为250℃，第六温度区的温度为250℃℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为250℃，螺杆转速为240r/min。
实施例4
1)称取重量份为50份PBT、45份PA66、11份制备例1至8中任一制备例制备的处理后的纳米MoS2、0.4份环氧树脂、0.4份Irganox1010、0.1份Irganox1330、0.2份硬脂酸钙和0.4份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PBT-PA66复合材料P4,其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为180℃，第二温度区的温度为260℃，第三温度区的温度为260℃，第四温度区的温度为260℃，第五温度区的温度为260℃，第六温度区的温度为260℃℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为260℃，螺杆转速为250r/min。
实施例5
1)称取重量份为55份PBT、50份PA66、12份制备例1至8中任一制备例制备的处理后的纳米MoS2、0.4份环氧树脂、0.4份Irganox1010、0.1份Irganox168、0.5份硬脂酸钙混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PBT-PA66复合材料P5,其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为180℃，第二温度区的温度为245℃，第三温度区的温度为245℃，第四温度区的温度为245℃，第五温度区的温度为245℃，第六温度区的温度为245℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为245℃，螺杆转速为260r/min。
对比例1
1)称取重量份为65份PBT、50份PA66、0.3份Irganox1010、0.1硬脂酸钙和0.5份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PBT-PA66复合材料D1,其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为180℃，第二温度区的温度为260℃，第三温度区的温度为260℃，第四温度区的温度为260℃，第五温度区的温度为260℃，第六温度区的温度为260℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为260℃，螺杆转速为260r/min。
将上述实施例1-5及对比例1制备的复合材料用注塑机制成样条测试，测试数据如下表：
通过上表对比可看出，本发明制得的PBT-PA66复合材料较对比例中PBT-PA66相比，不但其耐摩擦性能得到了很大的提升，而且拉伸强度、悬臂梁缺口冲击强度均很大程度上得到了提升，这大大扩展PBT-PA66复合材料的应用领域，具有非常现实的意义。
以上仅是本发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高性能耐刮擦PBT-PA66复合材料，其特征在于：由以下重量份的组分制成：
所述处理后的纳米MoS2为通过偶联剂KH570处理后的纳米MoS2。
2.根据权利要求1所述的高性能耐刮擦PBT-PA66复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的高性能耐刮擦PBT-PA66复合材料，其特征在于：所述的润滑剂为硬脂酸钙或硬质酸钠中的一种或两种组合。
4.根据权利要求1所述的高性能耐刮擦PBT-PA66复合材料，其特征在于：纳米MoS2与偶联剂的质量比为5-10：2-4。
5.根据权利要求1所述的高性能耐刮擦PBT-PA66复合材料，其特征在于：所述处理后的纳米MoS2的制备方法，包括以下步骤：
1)称取设定量的纳米MoS2加入到乙醇中，再加入设定量的偶联剂KH570；所述纳米MoS2与偶联剂的质量比为5-10：2-4；超声波处理1-2小时，滴加醋酸调节pH值3-5之间；
2)将步骤1)的混合液在60-80℃恒温搅拌6-8小时，冷却后固定分离，然后在100-120℃的真空干燥箱里干燥得到处理后的纳米MoS2。
6.根据权利要求1至5中任一项高性能耐刮擦PBT-PA66复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)称取50份-70份的PBT、30份-50份的PA66、8份-12份的处理后的MoS2、0.1份-0.5份的环氧树脂、0.1份-0.5份的抗氧剂和0.4份-0.8份的润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的所述混合料挤出造粒，即得到PBT-PA66复合材料。
7.根据权利要求6所述的高性能耐刮擦PBT-PA66复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中的各原料在混合前在100℃下干燥5小时。
8.根据权利要求6所述的高性能耐刮擦PBT-PA66复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2)具体为，将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为170～230℃，第二温度区的温度为230～270℃，第三温度区的温度为230～270℃，第四温度区的温度为230～270℃，第五温度区的温度为230～270℃，第六温度区的温度为230～270℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为230～270℃，螺杆转速为180～300r/min。
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