CN108976701A - 一种含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料及其制备方法和应用，原料包括聚醚醚酮、聚亚苯基砜、相容剂、聚醚酰亚胺和聚苯硫醚，相容剂为广州源泰合成材料有限公司的YY‑703；制备：1）按配方量称取各原料，将聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、部分相容剂，以及部分其它原料相混合，熔融挤出，得三元合金材料；2）将步骤1）制备的三元合金材料经干燥后与剩余的相容剂、剩余的其它原料，以及聚亚苯基砜相混合，熔融挤出，制成含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料；以及其在制备真空泵转子中的应用；本发明的共混改性材料能够兼具优异的刚性、韧性、低热膨胀系数、耐高温以及耐磨等性能，具有综合性能突出，性价比高的特点。

Description

一种含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚醚醚酮(PEEK)为半结晶性热塑性工程塑料，耐高温，机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃性较好、耐剥离性、耐磨性、高断裂韧性、抗辐射。但缺点是玻璃化转变温度Tg(143℃)相对较低，且价格昂贵，使用成本较高，限制了它的应用。
目前，现有技术中，针对上述单一材料的不足提出了如下一些改进或研究，例如陈晓媛、王港等在工程塑料应用中公开了“聚醚醚酮/聚苯硫醚共混体系的相容性和力学性能研究”，表明聚醚醚酮/聚苯硫醚共混体系在熔融状态下有良好的加工流动性，但在固态条件下呈明显的相分离状态，力学性能下降较严重，严重影响了其成型后的应用。又如中国发明专利CN201610343123.4公开了一种PPSU(聚亚苯基砜)与PEEK合金材料，其组成按重量份数配比为：PPSU 35～60份；PEEK 25～40份；相容剂5～15份；该二元合金材料综合了PEEK、PPSU材料特性，但随着PPSU含量的提高，合金材料拉伸弹性模量下降严重、刚性等性能不足，严重限制了合金材料的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料，其能够具有较优异的综合性能。
本发明还提供了一种含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料的制备方法。
本发明同时还提供了一种含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料在制备真空泵转子中的应用。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：
一种含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料，所述合金材料的原料包括聚醚醚酮、聚亚苯基砜、相容剂，所述原料还包括聚醚酰亚胺和聚苯硫醚，所述相容剂为广州源泰合成材料有限公司的YY-703。
根据本发明的一些优选方面，以重量份计，所述原料中：
进一步优选地，以重量份计，所述原料中：
根据本发明的一些优选方面，所述聚醚醚酮、所述聚醚酰亚胺、所述聚苯硫醚和所述聚亚苯基砜的投料质量比为0.5-1.5︰0.25-2.5︰0.5-2︰1。
根据本发明，所述聚醚醚酮选自VICTREX公司的450G型号。
根据本发明，所述聚醚酰亚胺选自SABIC公司的1000-1000型号。
根据本发明，所述聚苯硫醚选自重庆聚狮新材料科技有限公司，型号:GL00。
根据本发明，所述聚亚苯基砜选自SOLVAY公司R-5800型号。
根据本发明的一些优选方面，所述广州源泰合成材料有限公司的YY-703占所述原料的质量百分含量为4-10％。
根据本发明的一些优选方面，以重量份计，所述原料还包括1-40份的增韧剂。根据本发明的一个具体方面，所述增韧剂选自中国科学院长春应用化学研究院的PESI-P。
根据本发明的一些优选方面，以重量份计，所述原料还包括0.5-10份的稳定剂。根据本发明的一个具体方面，稳定剂为上海舰邦实业有限公司的KO-800。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按配方量称取各原料，将所述聚醚醚酮、所述聚醚酰亚胺、所述聚苯硫醚、部分所述相容剂，以及部分其它原料相混合，熔融挤出，得三元合金材料；
(2)将步骤(1)制备的三元合金材料经干燥后与剩余的所述相容剂、剩余的所述其它原料，以及所述聚亚苯基砜相混合，熔融挤出，制成所述含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料。
根据本发明的一些优选方面，步骤(1)和步骤(2)中，所述聚醚醚酮、所述聚醚酰亚胺、所述聚苯硫醚和所述聚亚苯基砜分别在混合前进行了干燥处理。
根据本发明的一些优选方面，步骤(1)和步骤(2)中，熔融挤出均在挤出机中进行，所述挤出机中各段温度分别为：一区170-190℃、二区240-260℃、三区320-340℃、四区355-375℃、五区355-375℃、六区355-375℃、七区355-375℃、八区355-375℃、九区355-375℃、十区355-375℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料在制备真空泵转子中的应用。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明发现使用广州源泰合成材料有限公司的YY-703可以将相容性不佳的聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚和聚亚苯基砜较好地相容，在挤出成型过中分散型好，使得共混改性后的材料在刚性、韧性、热膨胀系数、耐高温性能以及动摩擦系数(耐磨性)等方面取得了均衡且优异的效果，而且成本低。
具体实施方式
目前，油泵存在噪音大、耗油、有一定污染，不适合在一些要求高的地方使用。无油真空泵是一种无须润滑油就能运行的机械真空泵具有维护方便、静音、干净、无污染等特点。无油真空泵，目前转子材质多为石墨制作，不能遇到水分，否则容易膨胀，损坏；同时泵内无特殊散热系统，工作时间不能太长。
基于此，本发明提供一种塑料代替石墨的构思，但单一的塑料或多或少的存在成本高(例如性能较优异的聚醚醚酮PEEK)或者部分性能差等缺陷，在实践中，本发明发现使用广州源泰合成材料有限公司的YY-703可以将相容性不佳的聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚和聚亚苯基砜较好地相容，在挤出成型过中分散型好，使得共混改性后的材料在刚性、韧性、热膨胀系数、耐高温性能以及动摩擦系数(耐磨性)等方面取得了均衡且优异的效果，而且成本低，完全符合真空泵转子的应用要求。基于此，本发明提供一种改进的含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料，所述合金材料的原料包括聚醚醚酮、聚亚苯基砜、相容剂，所述原料还包括聚醚酰亚胺和聚苯硫醚，所述相容剂为广州源泰合成材料有限公司的YY-703。
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
下述中，如无特殊说明，所有的原料均来自于商购或者通过本领域的常规方法制备而得。下述中，根据本发明，所述聚醚醚酮选自VICTREX公司的450G型号；所述聚醚酰亚胺选自SABIC公司的1000-1000型号；所述聚苯硫醚选自重庆聚狮新材料科技有限公司，型号:GL00；所述聚亚苯基砜选自SOLVAY公司R-5800型号；所述增韧剂选自中国科学院长春应用化学研究院的PESI-P；稳定剂为上海舰邦实业有限公司的KO-800。
实施例1
本实施例提供一种含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料，其原料包括：聚醚醚酮40份；聚醚酰亚胺30份；聚苯硫醚30份；聚亚苯基砜30份；增韧剂30份；相容剂(广州源泰合成材料有限公司的YY-703)8份；稳定剂5份。
其制备方法为：
a、将聚醚醚酮40份、聚醚酰亚胺30份、聚苯硫醚30份、聚亚苯基砜30份材料放入烘箱，温度设定150度，干燥4小时；
b、将干燥好的聚醚醚酮40份、聚醚酰亚胺30份、聚苯硫醚30份与30份增韧剂、5份相容剂、3份稳定剂投入至混料机中混合10分钟；然后将混合料投入挤出机中进行熔融挤出，各段温度分别设置为：一区180℃、二区250℃、三区330℃、四区365℃、五区365℃、六区365℃、七区365℃、八区365℃、九区365℃、十区365℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm；挤出料条后，冷却，切粒，得到聚醚醚酮/聚醚酰亚胺/聚苯硫醚三元合金塑料颗粒；
c、将上述制备的三元合金塑料颗粒放入烘箱中，温度设置定为150℃，干燥4小时；
d、将干燥后的三元合金塑料颗粒与聚亚苯基砜30份、相容剂3份、稳定剂2份投入到混料机中混合10分钟；然后将混合料投入挤出机中进行熔融挤出，各段温度分别设置为：一区180℃、二区250℃、三区330℃、四区365℃、五区365℃、六区365℃、七区365℃、八区365℃、九区365℃、十区365℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm；挤出料条后，冷却，切粒，得到聚醚醚酮/聚醚酰亚胺/聚苯硫醚/聚亚苯基砜四元合金塑料颗粒，即为所述含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料。
注塑样品，工艺设定：干燥温度140～160度，干燥时间4～6小时，注塑压力70～100MPa，注射速度40～80，前段温度365，中段温度355，后段温度345，喷嘴温度355，模具温度150度。
测得注塑样品性能如下表一所示。
表一
项目 特征值 单位 测试标准
拉伸强度5mm/min 97 MPa ASTM D638
断裂伸长率5mm/min 108 ％ ASTM D638
拉伸弹性模量1mm/min 3700 MPa ASTM D638
弯曲强度，跨度50mm，1.3mm/min 149 MPa ASTM D790
弯曲模量，跨度50mm，1.3mm/min 3610 MPa ASTM D790
缺口冲击强度 91 J/m ASTM D256
无缺口冲击强度4J No Break J/m ASTM D4812
1.8MPa下热变形温度 171 ℃ ISO 75-2/A
动摩擦系数，uk，对钢 0.27 -- ASTM D1894
热膨胀系数,(>150℃) 5.1 10-5*1/k ASTM E831
实施例2
本实施例提供一种含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料，其原料包括：聚醚醚酮20份；聚醚酰亚胺50份；聚苯硫醚40份；聚亚苯基砜20份；增韧剂20份；相容剂(广州源泰合成材料有限公司的YY-703)10份；稳定剂5份。
其制备方法为：
a、将聚醚醚酮20份、聚醚酰亚胺50份、聚苯硫醚40份、聚亚苯基砜20份材料放入烘箱，温度设定150度，干燥4小时；
b、将干燥好的聚醚醚酮20份、聚醚酰亚胺50份、聚苯硫醚40份与20份增韧剂、8份相容剂、3份稳定剂投入至混料机中混合10分钟；然后将混合料投入挤出机中进行熔融挤出，各段温度分别设置为：一区180℃、二区250℃、三区330℃、四区365℃、五区365℃、六区365℃、七区365℃、八区365℃、九区365℃、十区365℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm；挤出料条后，冷却，切粒，得到聚醚醚酮/聚醚酰亚胺/聚苯硫醚三元合金塑料颗粒；
c、将上述制备的三元合金塑料颗粒放入烘箱中，温度设置定为150℃，干燥4小时；
d、将干燥后的三元合金塑料颗粒与干燥好的聚亚苯基砜20份、相容剂2份、稳定剂2份投入到混料机中混合10分钟；然后将混合料投入挤出机中进行熔融挤出，各段温度分别设置为：一区180℃、二区250℃、三区330℃、四区365℃、五区365℃、六区365℃、七区365℃、八区365℃、九区365℃、十区365℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm；挤出料条后，冷却，切粒，得到聚醚醚酮/聚醚酰亚胺/聚苯硫醚/聚亚苯基砜四元合金塑料颗粒，即为所述含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料。
注塑样品，工艺设定：干燥温度140～160度，干燥时间4～6小时，注塑压力70～100MPa，注射速度40～80，前段温度365，中段温度355，后段温度345，喷嘴温度355，模具温度150度。
测得注塑样品性能如下表二所示。
表二
项目 特征值 单位 测试标准
拉伸强度5mm/min 81 MPa ASTM D638
断裂伸长率5mm/min 130 ％ ASTM D638
拉伸弹性模量1mm/min 3500 MPa ASTM D638
弯曲强度，跨度50mm，1.3mm/min 132 MPa ASTM D790
弯曲模量，跨度50mm，1.3mm/min 3400 MPa ASTM D790
缺口冲击强度 112 J/m ASTM D256
无缺口冲击强度4J No Break J/m ASTM D4812
1.8MPa下热变形温度 176 ℃ ISO 75-2/A
动摩擦系数，uk，对钢 0.27 -- ASTM D1894
热膨胀系数,(>150℃) 4.9 10-5*1/k ASTM E831
实施例3
本实施例提供一种含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料，其原料包括：聚醚醚酮50份；聚醚酰亚胺10份；聚苯硫醚20份；聚亚苯基砜40份；增韧剂30份；相容剂(广州源泰合成材料有限公司的YY-703)10份；稳定剂6份。
其制备方法为：
a、将聚醚醚酮50份、聚醚酰亚胺10份、聚苯硫醚20份、聚亚苯基砜40份材料放入烘箱，温度设定150度，干燥4小时；
b、将干燥好的聚醚醚酮50份、聚醚酰亚胺10份、聚苯硫醚20份与30份增韧剂、5份相容剂、3份稳定剂投入至混料机中混合10分钟；然后将混合料投入挤出机中进行熔融挤出，各段温度分别设置为：一区180℃、二区250℃、三区330℃、四区365℃、五区365℃、六区365℃、七区365℃、八区365℃、九区365℃、十区365℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm；挤出料条后，冷却，切粒，得到聚醚醚酮/聚醚酰亚胺/聚苯硫醚三元合金塑料颗粒；
c、将上述制备的三元合金塑料颗粒放入烘箱中，温度设置定为150℃，干燥4小时；
d、将干燥后的三元合金塑料颗粒与聚亚苯基砜40份、相容剂5份、稳定剂3份投入到混料机中混合10分钟；然后将混合料投入挤出机中进行熔融挤出，各段温度分别设置为：一区180℃、二区250℃、三区330℃、四区365℃、五区365℃、六区365℃、七区365℃、八区365℃、九区365℃、十区365℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm；挤出料条后，冷却，切粒，得到聚醚醚酮/聚醚酰亚胺/聚苯硫醚/聚亚苯基砜四元合金塑料颗粒，即为所述含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料。
注塑样品，工艺设定：干燥温度140～160度，干燥时间4～6小时，注塑压力70～100MPa，注射速度40～80，前段温度365，中段温度355，后段温度345，喷嘴温度355，模具温度150度。
测得注塑样品性能如下表三所示。
表三
对比例1
本实施例提供一种共混改性合金材料：
基本同实施例1，其区别仅在于，将相容剂YY-703替换为市售的相容剂马来酸酐接枝SEBS。
测试性能如下表：
项目 特征值 单位 测试标准
拉伸强度5mm/min 42～47 MPa ASTM D638
断裂伸长率5mm/min <5 ％ ASTM D638
拉伸弹性模量1mm/min 2600～2700 MPa ASTM D638
弯曲强度，跨度50mm，1.3mm/min 65～72 MPa ASTM D790
弯曲模量，跨度50mm，1.3mm/min 2400～2500 MPa ASTM D790
缺口冲击强度 32～36 J/m ASTM D256
无缺口冲击强度4J <400 J/m ASTM D4812
1.8MPa下热变形温度 152 ℃ ISO 75-2/A
动摩擦系数，uk，对钢 0.36 -- ASTM D1894
热膨胀系数,(>150℃) 6.2 10-5*1/k ASTM E831
对比例2
本实施例提供一种共混改性合金材料：
基本同实施例1，其区别仅在于，将聚醚醚酮替换为市售的高强度、高模量的特种工程塑料液晶聚合物(LCP)材料(拉伸强度130MPa,拉伸弹性模量11500MPa)。
测试性能如下表：
项目 特征值 单位 测试标准
拉伸强度5mm/min 43～47 MPa ASTM D638
断裂伸长率5mm/min <3 ％ ASTM D638
拉伸弹性模量1mm/min 2600～2850 MPa ASTM D638
弯曲强度，跨度50mm，1.3mm/min 40～45 MPa ASTM D790
弯曲模量，跨度50mm，1.3mm/min 2500～2700 MPa ASTM D790
缺口冲击强度 32～34 J/m ASTM D256
无缺口冲击强度4J <400 J/m ASTM D4812
1.8MPa下热变形温度 155 ℃ ISO 75-2/A
动摩擦系数，uk，对钢 0.35 -- ASTM D1894
热膨胀系数,(>150℃) 7 10-5*1/k ASTM E831
对比例3
本实施例提供一种共混改性合金材料：
基本同实施例1，其区别仅在于，制备方法中：将所有的原料同时混合并熔融挤出。
测试性能如下表：
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料，所述合金材料的原料包括聚醚醚酮、聚亚苯基砜、相容剂，其特征在于，所述原料还包括聚醚酰亚胺和聚苯硫醚，所述相容剂为广州源泰合成材料有限公司的YY-703。
2.根据权利要求1所述的含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料，其特征在于，以重量份计，所述原料中：
3.根据权利要求2所述的含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料，其特征在于，以重量份计，所述原料中：
4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料，其特征在于，所述聚醚醚酮、所述聚醚酰亚胺、所述聚苯硫醚和所述聚亚苯基砜的投料质量比为0.5-1.5︰0.25-2.5︰0.5-2︰1。
5.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料，其特征在于，所述广州源泰合成材料有限公司的YY-703占所述原料的质量百分含量为4-10％。
6.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料，其特征在于，以重量份计，所述原料还包括1-40份的增韧剂；和/或，以重量份计，所述原料还包括0.5-10份的稳定剂。
7.一种权利要求1-6中任一项权利要求所述的含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按配方量称取各原料，将所述聚醚醚酮、所述聚醚酰亚胺、所述聚苯硫醚、部分所述相容剂，以及部分其它原料相混合，熔融挤出，得三元合金材料；
(2)将步骤(1)制备的三元合金材料经干燥后与剩余的所述相容剂、剩余的所述其它原料，以及所述聚亚苯基砜相混合，熔融挤出，制成所述含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料。
8.根据权利要求7所述的含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中，所述聚醚醚酮、所述聚醚酰亚胺、所述聚苯硫醚和所述聚亚苯基砜分别在混合前进行了干燥处理。
9.根据权利要求7所述的含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中，熔融挤出均在挤出机中进行，所述挤出机中各段温度分别为：一区170-190℃、二区240-260℃、三区320-340℃、四区355-375℃、五区355-375℃、六区355-375℃、七区355-375℃、八区355-375℃、九区355-375℃、十区355-375℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm。
10.一种权利要求1-6中任一项权利要求所述的含有聚醚醚酮的四元共混改性合金材料在制备真空泵转子中的应用。
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