CN106987121B - 一种聚苯醚复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚苯醚复合材料,包含以下质量百分含量的组分:聚苯醚20~50%、尼龙66 20~40%。本发明所述聚苯醚复合材料,具有优良耐热性能、优良抗电痕破坏性能,能较好的应用于电子电气等相关领域。同时,本发明还公开了一种所述聚苯醚复合材料的制备方法,所述方法操作简单、成本低、可以大规模生产,具有很好的市场推广前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制备方法,尤其是一种聚苯醚复合材料及其制备方法。
背景技术
聚苯醚(PPE)相对密度小,具有耐应力松驰、耐蠕变、耐热、抗水解、耐水蒸气、尺寸稳定性等一系列优异性能,同时具有难燃自熄性以及在很宽温度、频率范围内保持优异电气性能等优良的性能,在电子电气领域具有广泛的应用。
PPE虽然具有良好的电绝缘性能,但是,由于其成碳性能好的特点导致其容易在特定的条件下发生电痕劣化,严重时导致电痕破坏。电痕破坏是指当材料表面存在潮湿与污秽、电场足够大时,表面将有漏电流产生,在电流的焦耳热作用下,水分被蒸发,随着材料表面液膜的分离形成的缝隙(称为干燥带),在干燥带形成瞬间液膜间场强达到放电场强而导致放电,放电产生的热量使材料表面局部碳化,形成碳化导电路,并向电极方向伸展,严重时会导致短路,损坏电器部件,因此改善PPE的相对漏电起痕指数(Comparative TrackingIndex),即CTI,才能进一步拓展其在电子电气领域的应用。
中国专利文件CN 102643527A公布了一种耐漏电起痕聚苯醚树脂组合物及其制备方法。其组成按照重量百分比计:包括聚苯醚40~90%;苯乙烯类树脂1~50%;阻燃剂3~20%;环氧类化合物0.1~5%;其他功能性添加剂0.1~10%。该专利PPE虽然具有较高的CTI值,但由于采用苯乙烯类树脂与PPE复合,同时采用磷酸酯类阻燃剂,使得材料耐热性比较差,影响其在高温环境下的使用。
中国专利文件CN 1336944A公布了一种高电弧径迹指数的聚苯醚复合材料其制备方法。该专利通过加入液晶材料(LCP)、绝缘填料和荧光增亮剂的方法,提高聚苯醚的CTI值,相关材料在电子和电气应用中可用作模塑制品。但是由于LCP价格昂贵,同时本专利需要对LCP和设备进行优化以提高PPE和LCP的相容性,不利于大规模生产及推广。
发明内容
基于此,本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种高耐热、高CTI值的聚苯醚复合材料。
为实现上述目的,本发明所采取的技术方案为:一种聚苯醚复合材料,包含以下质量百分含量的组分:聚苯醚20~50%、尼龙66 20~40%。
本发明尼龙66(PA66)的加入可以改善聚苯醚(PPE)的加工性能,提高其CTI值,同时不会使PPE耐热性明显下降,拓展PPE复合材料在电子电气领域的应用;选用耐热性优异的PA66与PPE复合,制得的PPE复合材料耐热性远高于PPE/PS和PPE/ABS等合金。
优选地,所述聚苯醚的特性粘度为0.35~0.50dL/g。特性粘度低于0.35dL/g(25℃氯仿)的聚苯醚分子量过低,影响材料的机械性能和耐热性能;而特性粘度高于0.50dL/g(25℃氯仿)的聚苯醚,虽然机械性能和耐热性良好,但流动性差,不利于加工。
优选地,所述尼龙66的相对粘度为2.4~3.2dL/g。相对粘度低于2.4dL/g的尼龙66分子量过低,材料力学性能较差;而相对粘度高于3.2dL/g的尼龙66流动性差,加工困难。
优选地,所述聚苯醚复合材料,还包含填料,所述填料在所述聚苯醚复合材料中的质量百分含量为5~30%。
更优选地,所述填料的粒径为5000~10000目。当填料的粒径低于5000目时,粒径较大,影响材料机械性能;当填料的粒径大于10000目时,下料困难,同时不好分散。
更优选地,所述填料为硫酸钡。硫酸钡的加入可以提高PPE复合材料的耐热性能和CTI值,同时不会对材料的韧性造成明显影响(断裂伸长率和冲击强度得到很好保持),而且可以降低材料成本。
优选地,所述聚苯醚复合材料,还包含相容剂,所述相容剂在所述聚苯醚复合材料中的质量百分含量为2~4%。
更优选地,所述相容剂为聚苯醚接枝马来酸酐(PPE-g-MAH)。非结晶性的PPE与结晶性的PA66是热力学不相容的,简单共混得到分散相的相畴粗大,两相之间界面薄弱,力学性能很差;PPE-g-MAH的一端含有与PPE相容性非常好的树脂,另一端含有能与尼龙66分子链氨基反应的MAH,能提高PA66与PPE的相容性,起到更好的相容作用。
优选地,所述聚苯醚复合材料,还包含以下质量百分含量的组分:增韧剂4~8%、抗氧剂0.4~0.6%、润滑剂0.4~0.6%。
优选地,所述增韧剂为聚氧化乙烯接枝马来酸酐(POE-g-MAH)。
优选地,所述抗氧剂为受阻酚和亚磷酸酯组成的复配抗氧体系。
优选地,所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
同时,本发明还提供一种上述聚苯醚复合材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)将各组分混合均匀,得到混合料;
(2)将步骤(1)所得混合料通过双螺杆挤出机,在转速为300~500r/min、温度为240~280℃条件下进行挤出造粒,得到所述聚苯醚复合材料。
优选地,所述步骤(1)中,各组分的混合时间为3~5min。
相对于现有技术,本发明的有益效果为:
针对PPE容易发生电痕破坏的缺点,本发明所述聚苯醚复合材料,PA66的加入可以明显改善PPE复合材料的CTI,同时使材料具有良好的耐热性能;进一步加入硫酸钡填料,可以降低材料成本,同时不会对材料的韧性、热变形和CTI值造成明显影响。本发明所述聚苯醚的制备方法操作简单、成本低,得到的聚苯醚复合材料具有优良耐热性能、优良抗电痕破坏性能,可以大规模生产,具有很好的市场推广前景,能较好的应用于电子电气等相关领域。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点,下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。本发明实施例和对比例均按照标准要求注塑成测试用的标准样条并进行测试:拉伸测试按照ISO527标准;悬臂梁缺口冲击强度按照ISO180标准;热变形温度测试按照ISO75-2标准(0.45MPa);CTI测试按照IEC60112标准。
本发明实施例和对比例中用到的原料如下:
聚苯醚:PPE LXR035,PPE LXR050,蓝星化工新材料股份有限公司;
尼龙66:PA66EPR24(相对粘度2.4),PA66EPR32(相对粘度3.2),神马实业股份有限公司;
相容剂:CX-1(PPE-g-MAH,接枝率1.0%),日本出光(Idemitsu)公司;
增韧剂:FUSN493D(POE-g-MAH),美国杜邦(DuPont)公司;
填料:硫酸钡LC330(8000目),硫酸钡LC330-A(5000目),硫酸钡LC330-C(10000目),广东成吉化工有限公司;滑石粉HTP1L(8100目),意大利依米发比(Imifabi)公司;
抗氧剂:受阻酚1098(N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺),德国巴斯夫(Basf)公司;亚磷酸酯S-9228(双(2,4—二酷基)季戊四醇二亚磷酸酯),美国都福(Dover)公司;
润滑剂:PETS(季戊四醇硬脂酸酯),美国龙沙(Lonza)公司。
本发明按照表1中的组分含量分别设计实施例1~5,如表1所示:
表1实施例1~5中的组分含量
实施例1
本发明所述聚苯醚复合材料的一种实施例,本实施例所述聚苯醚复合材料各组分如表1所示,其中,聚苯醚的特性粘度为0.35dL/g,尼龙66的相对粘度为2.4dL/g,硫酸钡的粒径为8000目,本实施例聚苯醚复合材料通过以下方法制备所得:
(1)按表1中PPE、PA66、相容剂、增韧剂、填料、抗氧剂和润滑剂的量称取原料,将各种原料在混合机中混合5min,混合均匀;
(2)然后加入挤出机主喂料斗通过双螺杆挤出机挤出造粒,得到本实施例聚苯醚复合材料,其中,双螺杆挤出机的转速为400r/min,温度为260℃。
实施例2
本发明所述聚苯醚复合材料的一种实施例,本实施例所述聚苯醚复合材料各组分如表1所示,其中,聚苯醚的特性粘度为0.50dL/g,尼龙66的相对粘度为2.4dL/g,硫酸钡的粒径为5000目,本实施例聚苯醚复合材料通过以下方法制备所得:
(1)按表1中PPE、PA66、相容剂、增韧剂、填料、抗氧剂和润滑剂的量称取原料,将各种原料在混合机中混合4min,混合均匀;
(2)然后加入挤出机主喂料斗通过双螺杆挤出机挤出造粒,得到本实施例聚苯醚复合材料,其中,双螺杆挤出机的转速为300r/min,温度为270℃。
实施例3
本发明所述聚苯醚复合材料的一种实施例,本实施例所述聚苯醚复合材料各组分如表1所示,其中,聚苯醚的特性粘度为0.35dL/g,尼龙66的相对粘度为3.2dL/g,硫酸钡的粒径为10000目,本实施例聚苯醚复合材料通过以下方法制备所得:
(1)按表1中PPE、PA66、相容剂、增韧剂、填料、抗氧剂和润滑剂的量称取原料,将各种原料在混合机中混合3min,混合均匀;
(2)然后加入挤出机主喂料斗通过双螺杆挤出机挤出造粒,得到本实施例聚苯醚复合材料,其中,双螺杆挤出机的转速为500r/min,温度为240℃。
实施例4
本发明所述聚苯醚复合材料的一种实施例,本实施例所述聚苯醚复合材料各组分如表1所示,其中,聚苯醚的特性粘度为0.35dL/g,尼龙66的相对粘度为3.2dL/g,硫酸钡的粒径为5000目,本实施例聚苯醚复合材料通过以下方法制备所得:
(1)按表1中PPE、PA66、相容剂、增韧剂、填料、抗氧剂和润滑剂的量称取原料,将各种原料在混合机中混合5min,混合均匀;
(2)然后加入挤出机主喂料斗通过双螺杆挤出机挤出造粒,得到本实施例聚苯醚复合材料,其中,双螺杆挤出机的转速为500r/min,温度为260℃。
实施例5
本发明所述聚苯醚复合材料的一种实施例,本实施例所述聚苯醚复合材料各组分如表1所示,其中,聚苯醚的特性粘度为0.50dL/g,尼龙66的相对粘度为2.4dL/g,硫酸钡的粒径为8000目,本实施例聚苯醚复合材料通过以下方法制备所得:
(1)按表1中PPE、PA66、相容剂、增韧剂、填料、抗氧剂和润滑剂的量称取原料,将各种原料在混合机中混合4min,混合均匀;
(2)然后加入挤出机主喂料斗通过双螺杆挤出机挤出造粒,得到本实施例聚苯醚复合材料,其中,双螺杆挤出机的转速为400r/min,温度为280℃。
实施例6
本实施例对实施例1~5中得到的聚苯醚复合材料的各性能进行研究分析,具体研究结果如表2所示:
表2实施例1~5中得到的聚苯醚复合材料的各性能数据
从表2中的数据可以看出,本发明聚苯醚复合材料具有优良的力学性能、耐热性能、优良的抗电痕破坏性能。
实施例7
本实施例按照表3中的各组分含量设计对比例1~5,通过现有的聚苯醚的常规方法制备得到改性聚苯醚样品,并对其各性能进行研究分析,结果如表4所示:
表3对比例聚苯醚复合材料的组成
表4对比例性能检测
通过对比例1的性能分析可以看出,纯PPE树脂的CTI很低,只有200V。
通过对比例2与实施例2的性能分析比较可以看出,相同PPE含量下,PPE/PA66复合材料的耐热性能和CTI值远远高于PPE/HIPS体系。
通过对比例3与实施例3的性能分析比较可以看出,相容剂CX-1的加入可以大大提高PPE/PA66复合材料的断裂伸长率和缺口冲击强度。这是由于非结晶性的PPE与结晶性的PA66是热力学不相容的,简单共混得到分散相的相畴粗大,两相之间界面薄弱,力学性能很差。
通过对比例4和实施例4的性能分析比较可以看出,加入适量硫酸钡,PPE复合材料的CTI值和耐热有所上升,同时韧性基本保持不变。另一方面,由于硫酸钡成本低廉,这对于降低材料成本具有重要意义。
通过对比例5和实施例5的性能分析对比可以看出,采用类似粒径的滑石粉替代硫酸钡,材料的断裂伸长率和缺口冲击强度明显下降,即韧性明显降低。
最后所应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种聚苯醚复合材料,其特征在于,包含以下质量百分含量的组分:聚苯醚20~50%、尼龙66 20~40%、硫酸钡5~30%、聚苯醚接枝马来酸酐2~4%、聚氧化乙烯接枝马来酸酐4~8%。
2.权利要求1所述的聚苯醚复合材料,其特征在于,所述聚苯醚的特性粘度为0.35~0.50dL/g。
3.如权利要求1所述的聚苯醚复合材料,其特征在于,所述尼龙66的相对粘度为2.4~3.2dL/g。
4.如权利要求1所述的聚苯醚复合材料,其特征在于,所述硫酸钡的粒径为5000~10000 目。
5.如权利要求1所述的聚苯醚复合材料,其特征在于,还包含以下质量百分含量的 组分:抗氧剂0.4~0.6%、润滑剂0.4~0.6%。
6.一种如权利要求1~5任一项所述的聚苯醚复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将各组分混合均匀,得到混合料;
(2)将步骤(1)所得混合料通过双螺杆挤出机,在转速为300~500r/min、温度为240~280℃条件下进行挤出造粒,得到所述聚苯醚复合材料。
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