CN106928710B - 聚苯硫醚复合材料及其制备方法 - Google Patents

聚苯硫醚复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚苯硫醚复合材料，其包括50～150重量份的聚苯硫醚树脂、1～20重量份的改性剂；改性剂的结构通式为：其中，n为1～10；R1选自H、至少一个羟基取代的C1‑C4烷基或烷氧基；R2选自H、或至少一个羟基取代的C3‑C10环烷基；R3选自H、至少一个羟基取代的C6‑C20芳基或芳氧基。上述聚苯硫醚复合材料，一方面，该改性剂具有大量非极性以及极性官能团，故与其他组分之间良好的相容性，从而确保各组分不易加工过程中析出，提高了其流动性；另一方面，在加工温度下，改性剂渗透到聚苯硫醚大分子链之间，降低聚苯硫醚大分子链之间的摩擦，起到了润滑的作用，从而降低聚苯硫醚分子交联以及结晶的倾向，进而进一步提升了其流动性。

Description

聚苯硫醚复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及树脂材料技术领域，特别是涉及一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法。
背景技术
聚苯硫醚(PPS)是一种综合性能优异的热塑性结晶聚合物，具有良好的成型加工性、耐药品性、阻燃性、刚性和模量，其尺寸稳定性高、电气性能优良，耐疲劳强度高、抗蠕变性好、易成型、并具有耐老化、抗辐射、无毒等特性。在电子电气、汽车、精密机械、化工、家电以及航空、航天和国防等领域具有广泛的用途，近年来已经发展成为世界第六大通用工程塑料。
虽然聚苯硫醚具有许多独特的优异性能，但是聚苯硫醚树脂在加工温度下的流动性差，不便于加工。
发明内容
基于此，有必要针对现有的聚苯硫醚树脂在加工温度下流动性差的问题，提供一种在加工温度下流动性好的聚苯硫醚复合材料。
一种聚苯硫醚复合材料，包括如下组分：
聚苯硫醚树脂 50～150重量份
改性剂 1～20重量份；
所述改性剂的结构通式为：
其中，n为1～10的整数；R1选自H、至少一个羟基取代的C1-C4烷基、或至少一个羟基取代的C1-C4烷氧基；R2选自H、或至少一个羟基取代的C3-C10环烷基；R3选自H、至少一个羟基取代的C6-C20芳基、或至少一个羟基取代的C6-C20芳氧基。
上述聚苯硫醚复合材料，由于在聚苯硫醚树脂中添加改性剂，一方面，该改性剂具有大量的烷基或芳基等非极性官能团、以及大量羟基等极性官能团，使该改性剂与聚苯硫醚树脂以及其他组分之间拥有良好的相容性，从而确保各组分不易加工过程中析出，提高了其流动性；另一方面，在聚苯硫醚复合材料的加工温度下，该改性剂渗透到聚苯硫醚大分子链之间，降低聚苯硫醚大分子链之间的摩擦，起到了润滑的作用，从而降低聚苯硫醚分子交联以及结晶的倾向，进而进一步提升了其流动性。
在其中一个实施例中，所述聚苯硫醚复合材料还包括增强纤维。
在其中一个实施例中，所述增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、和芳纶纤维中的一种或几种。
在其中一个实施例中，所述增强纤维为长纤维。
在其中一个实施例中，所述增强纤维为20～60重量份。
在其中一个实施例中，所述聚苯硫醚复合材料还包括相容剂，所述相容剂选自乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物。
在其中一个实施例中，所述相容剂为1～10重量份。
在其中一个实施例中，所述改性剂选自如下结构式：
结构式1：
结构式2：
结构式3
本发明还提供了一种上述聚苯硫醚复合材料的制备方法。
一种聚苯硫醚复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将聚苯硫醚树脂、以及改性剂混匀，得到共混物；
将所述共混物挤出成型。
上述制备方法，得到的聚苯硫醚复合材料，其在加工温度下具有良好的流动性，易于加工。
在其中一个实施例中，将所述共混物与增强纤维一起挤出成型。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种聚苯硫醚复合材料，包括如下组分：
聚苯硫醚树脂 50～150重量份
改性剂 1～20重量份。
其中，聚苯硫醚树脂是聚苯硫醚复合材料的主体材料。具体地，聚苯硫醚树脂选自线性聚苯硫醚树脂、或支化聚苯硫醚树脂。
优选地，聚苯硫醚树脂的重均分子量为35000左右，这样可以进一步提高聚苯硫醚复合材料的性能。
优选地，聚苯硫醚树脂的总灰分为0.3％～0.4％。这样可以进一步提高聚苯硫醚复合材料的性能。
当然，可以理解的是，本发明对聚苯硫醚树脂不做限定。
其中，本发明的改性剂的结构通式为：
其中，n为1～10的整数；R1选自H、至少一个羟基取代的C1-C4烷基、或至少一个羟基取代的C1-C4烷氧基；R2选自H、或至少一个羟基取代的C3-C10环烷基；R3选自H、至少一个羟基取代的C6-C20芳基、或至少一个羟基取代的C6-C20芳基。
为了进一步提高聚苯硫醚复合材料的性能，聚苯硫醚复合材料还包括增强纤维。
优选地，增强纤维为长纤维。相比较于中纤维或短纤维，长纤维的增强纤维更够使聚苯硫醚复合材料的具有更高的力学强度；另外，在聚苯硫醚复合材料形成过程中，中纤维和短纤维在螺杆剪切作用下保留长度小，而长纤维仍可以保持较高的保留长度，从而使聚苯硫醚复合材料力学性能更优。
优选地，增强纤维为20～60重量份。这样可以进一步提高聚苯硫醚复合材料的机械性能。
优选地，所述增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、和芳纶纤维中的一种或几种。上述增强纤维可以增强聚苯硫醚复合材料的刚性，同时上述增强纤维与聚苯硫醚树脂基体的相容性好。
当然，可以理解的是，本发明的增强纤维并不局限于此，还可以是其它纤维状增强填料。例如氧化铝纤维、硅碳纤维、陶瓷纤维、石棉纤维、石膏纤维、金属纤维、氧化锌晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须等。还可以理解的是，本发明还可以是其它非纤维状增强材料，例如硅灰石、沸石、绢云母、高岭土、云母、粘土、寿山石、膨润土、石棉、滑石、硅酸铝盐等硅酸盐；氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅、氧化镁、氧化铁等金属氧化物；氧化硅、碳化硅等含硅化合物；碳酸镁、碳酸钙、白云石等碳酸盐；硫酸钙、硫酸钡等硫酸盐；氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝等氢氧化物；还有空心或实心的玻璃珠、陶瓷珠等。
为了更进一步提高聚苯硫醚复合材料的性能，聚苯硫醚复合材料还包括相容剂。
其中，相容剂的主要作用是，进一步改善聚苯硫醚树脂与增强纤维的相容性。优选地，相容剂选自乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)。
优选地，相容剂为1～10重量份。这样可以进一步提高聚苯硫醚复合材料的性能。
优选地，改性剂选自如下结构式：
结构式1：
结构式2：
结构式3
上述改性剂，由于结构中具有较长的线性侧基，从而在聚苯硫醚树脂复合材料中使改性剂起到了更好地分子内润滑的作用，从而进一步提升了聚苯硫醚复合材料的流动性；而侧基中的芳基以及环烷基结构，使得改性剂与聚苯硫醚树脂之间拥有更良好的相容性，便于改性剂在聚苯硫醚树脂中的分散；侧基上的羟基取代基则为改性剂提供了大量的极性官能团，从而进一步保证了改性剂与聚苯硫醚复合材料中的增强纤维的相容性，在加工过程中分散在树脂基体中的改性剂能够有效浸润增强纤维，进一步提高了聚苯硫醚复合材料整体流动性的同时也增加了树脂基体与增强纤维的相容性。
上述聚苯硫醚复合材料，由于在聚苯硫醚树脂中添加改性剂，一方面，该改性剂具有大量的烷基或芳基等非极性官能团、以及大量羟基等极性官能团，使该改性剂与聚苯硫醚树脂以及其他组分之间拥有良好的相容性，从而确保各组分不易加工过程中析出，提高了其流动性；另一方面，在聚苯硫醚复合材料的加工温度下，该改性剂渗透到聚苯硫醚大分子链之间，降低聚苯硫醚大分子链之间的摩擦，起到了润滑的作用，从而降低聚苯硫醚分子交联以及结晶的倾向，进而进一步提升了其流动性。
本发明还提供了一种上述聚苯硫醚复合材料的制备方法。
一种聚苯硫醚复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将聚苯硫醚树脂、以及改性剂混匀，得到共混物；
将所述共混物挤出成型。
优选地，混合采用高混机混合。当然，可以理解的是，亦可以采用其它混合设备进行混合。
优选地，将共混物与增强纤维一起挤出成型。
更优选地，在加入增强纤维的情况下，将聚苯硫醚树脂、改性剂以及相容剂混匀，得到共混物；然后将共混物与增强纤维一起挤出成型。
上述制备方法，得到的聚苯硫醚复合材料，其在加工温度下具有良好的流动性，易于加工。
以下结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
称取聚苯硫醚树脂60重量份、改性剂(结构式2所示的改性剂)3重量份，在室温下在高混机中预混5min，然后将得到的共混物以及增强纤维(玻璃纤维)40重量份从挤出机的挤出，设置挤出机加热温度为270℃、主机转速为300rpm、喂料频率为10Hz，将从机头出料口牵引流出的混合物熔体并将其浸渍于冷却水中冷却，最后切粒，得到聚苯硫醚复合材料颗粒，记作A1。
实施例2
与实施例1所不同的是，聚苯硫醚树脂97重量份、改性剂(结构式2所示的改性剂)3重量份。
其它部分与实施例1相同。
得到聚苯硫醚复合材料颗粒，记作A2。
实施例3
与实施例1所不同的是，聚苯硫醚树脂93重量份、改性剂(结构式2所示的改性剂)7重量份。
其它部分与实施例1相同。
得到聚苯硫醚复合材料颗粒，记作A3。
对比例1
与实施例1所不同的是，聚苯硫醚树脂60重量份、增强纤维(玻璃纤维)40重量份，不添加改性剂。
其它部分与实施例1相同。
得到聚苯硫醚复合材料颗粒，记作D1。
对比例2
与实施例1所不同的是，聚苯硫醚树脂100重量份。
其它部分与实施例1相同。
得到聚苯硫醚复合材料颗粒，记作D2。
性能测试：
熔指测试：
将聚苯硫醚复合材料颗粒A1-A3以及D1-D2置于熔指仪中，按照ISO-1133测试标准，测试条件为315℃、5kg载荷，进行熔指测试，测试结果见表1。
机械性能测试：
将聚苯硫醚复合材料颗粒A1以及D1，在120℃下干燥1小时后，使用注塑机在料筒温度为270～290℃的条件下，成型为ISO 527-2/1A和ISO 179-1/1eUb标准所对应的拉伸和冲击(无缺口)样条，使用万能拉伸试验机并按照ISO 527-2/1A和ISO 179-1/1eUb和ISO179-1/1eC的标准对成型样条进行拉伸强度、冲击强度(无缺口/C型缺口)的测试。测试结果见表1。
表1
从表1可以看出，相对对比例1，实施例1的熔指大幅提高；同样地，相对于对比例2，实施例2-3的熔指也大幅提高。这说明在同等情况下，加入本发明改性剂的聚苯硫醚复合材料的流动性大大提高。
另外，从表1还可以看出，相对对比例1，实施例1的力学性能也更加优异，这说明在添加增强纤维的情况下，本发明的改性剂可以进一步增强聚苯硫醚复合材料的力学性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种聚苯硫醚复合材料，其特征在于，包括如下组分：
聚苯硫醚树脂 50～150重量份
改性剂 1～20重量份；
所述改性剂的结构通式为：
其中，n为1～10的整数；R1选自至少一个羟基取代的C1-C4烷基或至少一个羟基取代的C1-C4烷氧基；R2选自至少一个羟基取代的C3-C10环烷基；R3选自至少一个羟基取代的C6-C20芳基或至少一个羟基取代的C6-C20芳氧基。
2.根据权利要求1所述的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述聚苯硫醚复合材料还包括增强纤维。
3.根据权利要求2所述的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、和芳纶纤维中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述增强纤维为长纤维。
5.根据权利要求2所述的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述增强纤维为20～60重量份。
6.根据权利要求2所述的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述聚苯硫醚复合材料还包括相容剂，所述相容剂选自乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物。
7.根据权利要求6所述的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述相容剂为1～10重量份。
8.根据权利要求1-7任一项所述的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述改性剂选自如下结构式：
结构式1：
结构式2：
结构式3
9.一种权利要求1所述的聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将聚苯硫醚树脂、以及改性剂混匀，得到共混物；
将所述共混物挤出成型。
10.根据权利要求9所述的聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于，将所述共混物与增强纤维一起挤出成型。
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