CN107501872B - 一种碳纤维增强pet组合物及其制备方法 - Google Patents

一种碳纤维增强pet组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种碳纤维增强PET组合物及其制备方法，其由30‑60份PET、0‑10份PBT、25‑45份碳纤维、5‑15份硫酸钡晶须、0‑5份增韧剂、5‑10份成核剂和5‑10份表面改善剂经混合、挤出造粒制备而成。本发明通过硫酸钡晶须和表面改善剂之间相互配合，共同改善了PET组合物在注塑后表面浮纤现象，并提高碳纤维增强PET组合物的抗压性能。

Description

一种碳纤维增强PET组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种碳纤维增强PET组合物及其制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称PET)是最早实现工业化的聚酯材料，但初期几乎都用于合成纤维；80年代以后，在成核剂和结晶促进剂相继研发成功后，PET才逐渐开始作为工程塑料使用，并与聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)一起作为热塑性聚酯，成为五大工程塑料之一。PET在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃；其电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好；PET还具有优良的抗蠕变性、耐疲劳性、耐摩擦性和尺寸稳定性；所以其被广泛用做纤维、薄膜、工程塑料、聚酯瓶等。但PET结晶速率慢，成型加工困难，模塑温度高，生产周期长，冲击性能差。目前一般通过增强、填充、共混等方法改进其加工性和物性，其中以碳纤维增强效果明显，能提高树脂刚性、耐热性、耐药品性、电气性能和耐候性，但注塑制件的表面有浮纤，不仅影响美观，而且影响作为耐压制件的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维增强PET组合物及其制备方法，改善了PET组合物表面浮纤情况，改善了制件外观和耐压性能。
本发明的技术方案如下：
一种碳纤维增强PET组合物，其由以下组分按重量份制备而成：
Figure BDA0001018412930000011
进一步方案，所述PET的特性粘度范围为0.6-1.0dl/g。
所述碳纤维为短切碳纤维，其长度为2-5mm、直径为7-13微米。
所述硫酸钡晶须的平均粒径为100μm、抗压强度为100Mpa、密度为0.25g/cc。
所述增韧剂选自马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物或乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或几种。
所述成核剂为苯甲酸钠。
所述表面改善剂为乙撑双脂肪酸酰胺(TAF)和硅酮按重量比1：1组成的混合物。
本发明的另一个发明目的是提供上述碳纤维增强PET组合物的制备方法，其步骤如下：
(1)将PET和PBT分别进行干燥；
(2)按配比，将干燥后的PET、PBT、碳纤维、硫酸钡晶须、增韧剂、成核剂和表面改善剂，加入高速混合机中搅拌3-5min；
(3)将混合均匀的物料从双螺杆挤出机的加料口加入，经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒，制备得碳纤维增强PET组合物。
进一步方案，所述步骤(1)中PET是在温度为110-140℃条件下干燥4-5h；PBT是在温度为110-120℃条件下干燥4-5h；
所述步骤(3)中双螺杆挤出机一区温度220-250℃、二区温度225-265℃、三区温度235-275℃、四区温度245-285℃、五区温度240-280℃、六区温度245-285℃，机头温度245-285℃，主机转速是15-35HZ。
本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明的碳纤维增强PET中加入硫酸钡晶须和表面改善剂，硫酸钡晶须和表面改善剂之间相互配合，并改进碳纤维和PET之间的界面相容性，提高分散相和连续相的均匀性，增加界面粘接强度，减少碳纤维与树脂的分离，从而共同改善了PET组合物在注塑后表面浮纤现象。
2、本发明制备的改性碳纤维增强PET组合物具有优异的力学性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
机械性能测试方法：
以下实施例所制备的碳纤维增强PET组合物采用GB标准进行注塑成测试试样，即使用塑料注塑机在230-270℃下注塑成型。试样成型后在温度为(23±2)℃、湿度为(50±5)％的标准环境中放置16h后测试，测试环境为(23±2)℃、湿度为(50±5)％。
样条尺寸(长度×宽度×厚度)分别为：拉伸样条(哑铃型)，170.0×10.0×4.0；弯曲样条，80.0×10.0×4.0；无缺口冲击样条，80.0×10.0×4.0；缺口冲击样条，80.0×10.0×4.0，V型缺口，缺口深度为1/5。
拉伸强度和断裂伸长率：按GB 1040测试，拉伸速度为5mm/min。
弯曲强度和弯曲模量：按GB 9341测试，弯曲速度为1.25mm/min。
简支梁缺口冲击强度：按GB 1043测试。
碳纤维含量(灰分)：按GB 9345测试。
实施例1
(1)将PET在温度110℃下干燥4h；
(2)称取干燥的60份的PET、25份的碳纤维、5份的硫酸钡晶须、5份的苯甲酸钠、5份的表面改善剂(乙撑双脂肪酸酰胺(TAF)：硅酮重量比为1：1)；
(3)将上述步骤(2)中称好的物料在高速混合机中搅拌3min；
(4)然后将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的加料口；
(5)物料经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒，得碳纤维增强PET组合物；
所述的双螺杆挤出机的加工工艺为：双螺杆挤出机一区温度230℃，二区温度245℃，三区温度255℃，四区温度265℃，五区温度260℃，六区温度265℃，机头温度265℃，主机转速是15HZ。性能测试结果见表1。
实施例2
(1)将PET在温度110℃，干燥4h；PBT在温度110℃，干燥4h；
(2)称取干燥的40份的PET、10份的PBT、30份的碳纤维、5份的硫酸钡晶须、5份的增韧剂(马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和乙烯-丙烯酸甲酯共聚物)、5份的苯甲酸钠、5份的表面改善剂(乙撑双脂肪酸酰胺：硅酮重量比为1：1)；
(3)将上述步骤(2)中称好的物料在高速混合机中搅拌3min；
(4)然后将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的加料口；
(5)物料经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒，得碳纤维增强PET组合物；
所述的双螺杆挤出机的加工工艺为：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度225℃，三区温度235℃，四区温度245℃，五区温度240℃，六区温度245℃，机头温度245℃，主机转速是15HZ。性能测试结果见表1。
实施例3
(1)将PET在温度110℃，干燥4h；PBT在温度110℃，干燥4h；
(2)称取干燥的40份的PET、5份的PBT、35份的碳纤维、10份的硫酸钡晶须、3份的增韧剂(乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)、5份的苯甲酸钠、5份的表面改善剂(乙撑双脂肪酸酰胺：硅酮重量比为1：1)；
(3)将上述步骤(2)中称好的物料在高速混合机中搅拌3min；
(4)然后将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的加料口；
(5)物料经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒，得碳纤维增强PET组合物；
所述的双螺杆挤出机的加工工艺为：双螺杆挤出机一区温度240℃，二区温度255℃，三区温度265℃，四区温度275℃，五区温度270℃，六区温度275℃，机头温度275℃，主机转速是15HZ。性能测试结果见表1。
实施例4
(1)将PET在温度120℃，干燥5h；PBT在温度120℃，干燥5h；
(2)称取干燥的30份的PET、5份的PBT、45份的碳纤维、10份的硫酸钡晶须、5份的苯甲酸钠、5份的表面改善剂(乙撑双脂肪酸酰胺(TAF)：硅酮重量比为1：1)；
(3)将上述步骤(2)中称好的物料在高速混合机中搅拌5min；
(4)然后将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的加料口；
(5)物料经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒，得碳纤维增强PET组合物；
所述的双螺杆挤出机的加工工艺为：双螺杆挤出机一区温度250℃，二区温度265℃，三区温度275℃，四区温度285℃，五区温度280℃，六区温度285℃，机头温度285℃，主机转速是20HZ。性能测试结果见表1。
对比例1
(1)将PET在温度110℃，干燥4h；PBT在温度110℃，干燥4h；
(2)称取干燥的50份的PET、5份的PBT、35份的碳纤维、5份的增韧剂(乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)、5份的苯甲酸钠；
(3)将上述步骤(2)中称好的物料在高速混合机中搅拌3min；
(4)然后将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的加料口；
(5)物料经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，得PET组合物；
所述的双螺杆挤出机的加工工艺为：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度225℃，三区温度235℃，四区温度245℃，五区温度240℃，六区温度245℃，机头温度245℃，主机转速是15HZ。性能测试结果见表1。
对比例2
(1)将PET在温度140℃，干燥4-5h；PBT在温度120℃，干燥5h；
(2)称取干燥的40份的PET、5份的PBT、35份的碳纤维、10份的硫酸钙硫酸钡晶须、5份的增韧剂(乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)、5份的苯甲酸钠；
(3)将上述步骤(2)中称好的物料在高速混合机中搅拌5min；
(4)然后将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的加料口；
(5)物料经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，得PET组合物；
所述的双螺杆挤出机的加工工艺为：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度225℃，三区温度235℃，四区温度245℃，五区温度240℃，六区温度245℃，机头温度245℃，主机转速是35HZ。性能测试结果见表1。
对比例3
(1)将PET在温度120℃，干燥5h；PBT在温度120℃，干燥5h；
(2)称取干燥的40份的PET、5份的PBT、35份的碳纤维、5份的增韧剂(乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)、5份的苯甲酸钠；
(3)将上述步骤(2)中称好的物料在高速混合机中搅拌5min；
(4)然后将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的加料口；
(5)物料经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，得PET组合物；
所述的双螺杆挤出机的加工工艺为：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度225℃，三区温度235℃，四区温度245℃，五区温度240℃，六区温度245℃，机头温度245℃，主机转速是25HZ。性能测试结果见表1：
表1
Figure BDA0001018412930000051
Figure BDA0001018412930000061
从上表1中实施例与对比例的比较可以看出，本发明制得的碳纤维增强PET组合物的断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度明显高于对比例制备的材料，并且制件表面光亮，无浮纤。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种碳纤维增强PET组合物，其特征在于：其由以下组分按重量份制备而成：
Figure FDA0002907511180000011
所述PET的特性粘度范围为0.6-1.0dl/g，
所述表面改善剂为乙撑双脂肪酸酰胺和硅酮按重量比为1：1组成的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强PET组合物，其特征在于：所述碳纤维为短切碳纤维，其长度为2-5mm、直径为7-13微米。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强PET组合物，其特征在于：所述硫酸钡晶须的平均粒径为100μm、抗压强度为100Mpa、密度为0.25g/cc。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强PET组合物，其特征在于：所述增韧剂选自马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物或乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强PET组合物，其特征在于：所述成核剂为苯甲酸钠。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的碳纤维增强PET组合物的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
(1)将PET和PBT分别进行干燥；
(2)按配比，将干燥后的PET、PBT、碳纤维、硫酸钡晶须、增韧剂、成核剂和表面改善剂，加入高速混合机中搅拌3-5min；
(3)将混合均匀的物料从双螺杆挤出机的加料口加入，经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒，制备得改性碳纤维增强PET组合物。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中PET是在温度为110-140℃条件下干燥4-5h；PBT是在温度为110-120℃条件下干燥4-5h；
所述步骤(3)中双螺杆挤出机一区温度220-250℃、二区温度225-265℃、三区温度235-275℃、四区温度245-285℃、五区温度240-280℃、六区温度245-285℃，机头温度245-285℃，主机转速是15-35HZ。
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