CN109553933B - 一种握钉力高的热塑性高分子复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种握钉力高的热塑性高分子复合材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种握钉力高的热塑性高分子复合材料，由包括基础树脂和聚酯‑马来酸酐接枝物的原料制备而成；所述聚酯‑马来酸酐接枝物由聚酯和马来酸酐共挤而成，其中聚酯所占的质量百分比为95～99％；所述基础树脂与形成所述接枝物的聚酯相同或不同。本发明同时提供了所述复合材料的制备方法以及应用。本发明提供的复合材料具有与PVC相容性好、机械强度高、焊角强度高、握钉力高、耐高低温、吸水率低、节能环保、可回收利用的特点，可应用于自增强门窗型材、板材等。

Description

一种握钉力高的热塑性高分子复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及型材领域，尤其涉及一种握钉力高的热塑性高分子复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
随着工业技术的发展，对建筑材料的要求也越来越高。目前市场上普遍使用钢材、铝材作为型材的内衬材料，但存在以下问题：(1)钢材的传热系数高，导致门窗型材保温效果差，不节能；(2)传统门窗的焊角处只是PVC(聚氯乙烯)部分相焊接，焊角强度较低，在内衬材料的结合处容易出现开裂现象；(3)装配难度大，成本高；(4)钢材不属于再生资源，与国家节能降耗的要求相违背。
中国专利CN102817529A等提出了采用增强高分子材料代替钢衬，但是PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)与PVC的相容性较差，大大降低了它的增强作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种握钉力高的热塑性高分子复合材料。所述复合材料与PVC相容性好、机械强度高、焊角强度高、握钉力高、耐高低温、吸水率低、节能环保、可回收利用，可应用于自增强门窗型材、板材等。
具体而言，本发明提供的握钉力高的热塑性高分子复合材料，是由包括基础树脂和聚酯-马来酸酐接枝物的原料制备而成。
本发明提供的复合材料，由于极性接枝体聚酯-马来酸酐起了桥梁作用，使得聚酯(PBT等)、PVC熔融焊接时相容性得到极大提升，制成门窗型材后焊角强度可达7KN，普通门窗为5.4KN左右，焊角强度提高了30％，可在-10℃环境中长期使用，改进了目前普通门窗由于焊角强度等缺陷不能在北方等极端寒冷环境中长期使用的问题，提升了门窗的安全性能。
本发明优选所述原料包括如下重量份的成分：
基础树脂 36～66份；
聚酯-马来酸酐接枝物 2～5份；
进一步优选所述原料包括如下重量份的成分：
基础树脂 36～38份；
聚酯-马来酸酐接枝物 3～4份。
本发明通过对原料的相对用量进行优选，可以确保原料之间充分发挥协同作用，使产品具有更加优异的综合性能。
本发明所述聚酯-马来酸酐接枝物是由聚酯和马来酸酐共挤而成，其中聚酯所占的质量百分比为95～99％。作为本发明的一种优选方案，其可由包括如下步骤的方法制备而成：将聚酯与马来酸酐充分混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒；其中，优选挤出机的长径比为32:1～48:1(更优选为36:1～40:1)，优选挤出温度为170℃～260℃，优选螺杆转速为180rpm-500rpm。经所述挤出造粒后所得的聚酯-马来酸酐接枝物，再在100℃～140℃下干燥1～5小时，即可用于制备所述高分子复合物。
本发明提供的复合材料中，所述基础树脂与形成所述接枝物的聚酯可以相同，也可以不同。具体而言，所述基础树脂和形成所述接枝物的聚酯各自独立地选自聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、1,4-环己烷二甲醇酯、聚对苯二甲酸-间苯二甲酸-丁二醇酯中的一种或多种。为了充分发挥所述接枝体的桥梁作用，本发明优选形成所述接枝物的聚酯为聚对苯二甲酸丁二醇酯。
作为本发明的一种优选方案，所述基础树脂和形成所述接枝物的聚酯均为聚对苯二甲酸丁二醇酯。
为了确保形成的复合材料具有良好的物理性能，本发明优选所述基础树脂和/或形成所述接枝物的聚酯的粘度为0.72dl/g～1.30dl/g；进一步优选所述基础树脂和形成所述接枝物的聚酯的粘度均为0.80dl/g～0.95dl/g。
为了增强所述复合材料的强度和机械性能，所述原料中还可以包括增强材料。所述增强材料的用量优选为30～60份，进一步优选为50～60份。
作为本发明的一种优选方案，所述原料包括如下重量份的成分：
基础树脂 36～66份；
增强材料 30～60份；
聚酯-马来酸酐接枝物 2～5份。
更优选地，所述原料包括如下重量份的成分：
基础树脂 36～46份；
增强材料 50～60份；
聚酯-马来酸酐接枝物 3～4份。
本发明所述增强材料可选自玻璃玻纤、碳纤维、芳纶中的一种或多种，优选为高强玻璃纤维。
在实际制备过程中，为了提高所述复合材料的综合性能，所述原料还可以包括抗氧剂、润滑剂、着色剂中的一种或多种。
其中，所述的抗氧剂可选自四季戊四醇酯(抗氧剂1010)、三亚磷酸酯(抗氧剂168)、双季戊四醇二亚磷酸酯(抗氧剂626)其中一种或其组合物。
所述的着色剂可选用色粉或色母粒。
所述的润滑剂可选用季戊四醇硬脂酸酯PETS、聚乙烯蜡中的一种或两种。
作为本发明的一种优选方案，所述高分子复合材料由包括如下成分的原料制备而成：
Figure BDA0001421278180000041
所述聚对苯二甲酸丁二醇酯-马来酸酐接枝物是由95～99wt％粘度0.80～0.95dl/g的聚对苯二甲酸丁二醇酯和1～5wt％马来酸酐共挤而成。
本发明提供的高分子复合材料的握钉力可达到1500N以上，优选为1500N-1700N。所述高分子复合材料的拉伸强度可达到100～180MPa，优选为120～150MPa。所述高分子复合材料的拉伸模量可到达15000-25000MPa，优选为15000-23000MPa。所述高分子复合材料的断裂伸长率＜20％，吸水率为0.15-0.25％，导热系数为0.28～0.32，热变形温度180℃-250℃、优选为200℃-220℃。
本发明同时提供了所述高分子复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：将包括聚酯树脂和聚酯-马来酸酐接枝物在内的原料干燥后充分混合，挤出。
为了确保制备所得到的复合材料具有良好的物料性能，本发明优选所述挤出采用双螺杆挤出机，所述挤出机的长径比为32～48:1，和/或所述挤出的温度为170～260℃，和/或所述挤出时螺杆转速为180～500rpm。
本发明还保护上述握钉力高的热塑性高分子复合材料在制备门窗型材、板材等方面的应用。在实际应用时，将所述复合材料与PVC熔融焊接即可。
本发明提供的高分子复合材料，与PBT、PVC(聚氯乙烯)具有良好的相容性，两种材料界面融合性好。普通门窗型材的握钉力为1300N，行业标准要求十万次开合不松落；而本发明所述握钉力高的热塑性高分子复合材料的握钉力≥1500N，提高了15.4％。本发明所述复合材料制成门窗型材后可经历12万次开合不松落，大大提升了门窗的安全性能。
本发明提供的高分子复合材料在150℃到-40℃温度范围内，每30min循环一次，循环100次后，机械强度保持率＞80％，确保了门窗达到验收标准：150℃30min，-10℃60min，循环3次后几乎不变形。
本发明提供的高分子复合材料导热系数是0.28-0.32W/mk，钢衬材料的导热系数为40W/mK。普通门窗的K值为2.0W/m2k，使用本发明所述复合材料做成门窗后，K值＜1.2W/m2k，具有极佳的保温性能，节能环保，达到“十三五”时期国家对建筑节能的要求。
本发明提供的高分子复合材料易加工、传热系数低，可大幅提高门窗型材的保温性能，且材料的握钉力高、机械强度高、耐高低温，与PVC共挤制成的门窗焊角强度高，大大提高了门窗型材的安全性能。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1
本实施例提供了一种握钉力高的热塑性高分子复合材料，其制备方法包括以下步骤：
1)将2重量份(以下份均为重量份)马来酸酐(MAH)与98重量份粘度0.84dl/g的PBT树脂高速混合搅拌5min，再将混合物通过长径比40:1的双螺杆挤压机挤出造粒，挤出温度为170℃-260℃，螺杆转速为320rpm；制得PBT-MAH接枝物；再于120℃干燥2小时后备用；
2)将36份粘度为0.84dl/g的PBT树脂在120℃下干燥2-4小时，控制水分含量小于0.05％；随后加入3份PBT-MAH接枝物、0.1份的抗氧剂1010、0.1份的抗氧剂168、0.5份色母粒、0.3份聚乙烯蜡；加入混料机中高速混合5-10min，从计量喂料器进入双螺杆挤出机。所述双螺杆挤出机的长径比为40:1，挤出温度为170℃-260℃，螺杆转速为320rpm；同时在侧喂料系统中加入60份的高强度玻璃纤维，经挤出、冷却、切粒、均混、包装而制得。
实施例2
本实施例提供了一种握钉力高的热塑性高分子复合材料，其制备方法包括以下步骤：
1)将2份马来酸酐(MAH)与98份粘度1.05dl/g的PBT树脂高速混合搅拌5min，再将混合物通过长径比40:1的双螺杆挤压机挤出造粒，挤出温度为170℃-260℃，螺杆转速为320rpm；制得PBT-MAH接枝物；再于120℃干燥2小时后备用；
2)将66份粘度为1.05dl/g的PBT树脂在120℃下干燥2-4小时，控制水分含量小于0.05％；随后加入3份PBT-MAH接枝物、0.1份的抗氧剂1010、0.1份的抗氧剂168、0.5份色母粒、0.3份聚乙烯蜡；加入混料机中高速混合5-10min，从计量喂料器进入双螺杆挤出机。所述双螺杆挤出机的长径比为40:1，挤出温度为170℃-260℃，螺杆转速为320rpm；同时在侧喂料系统中加入30份的高强度玻璃纤维，经挤出、冷却、切粒、均混、包装而制得。
实施例3
本实施例提供了一种握钉力高的热塑性高分子复合材料，其制备方法包括以下步骤：
1)将2份马来酸酐(MAH)与98份粘度0.90dl/g的PBT树脂高速混合搅拌5min，再将混合物通过长径比40:1的双螺杆挤压机挤出造粒，挤出温度为170℃-260℃，螺杆转速为320rpm；制得PBT-MAH接枝物；再于120℃干燥2小时后备用；
2)将51份粘度为0.90dl/g的PBT树脂在120℃下干燥2-4小时，控制水分含量小于0.05％；随后加入3份PBT-MAH接枝物、0.1份的抗氧剂1010、0.1份的抗氧剂168、0.5份色母粒、0.3份聚乙烯蜡；加入混料机中高速混合5-10min，从计量喂料器进入双螺杆挤出机。所述双螺杆挤出机的长径比为40:1，挤出温度为170℃-260℃，螺杆转速为320rpm；同时在侧喂料系统中加入45份的高强度玻璃纤维，经挤出、冷却、切粒、均混、包装而制得。
实施例4
本实施例提供了一种握钉力高的热塑性高分子复合材料，其制备方法包括以下步骤：
1)将2份马来酸酐(MAH)与98份粘度0.95dl/g的PBT树脂高速混合搅拌5min，再将混合物通过长径比40:1的双螺杆挤压机挤出造粒，挤出温度为170℃-260℃，螺杆转速为320rpm；制得PBT-MAH接枝物；再于120℃干燥2小时后备用；
2)将46份粘度为0.95dl/g的聚对苯二甲酸-间苯二甲酸-丁二醇酯在120℃下干燥2-4小时，控制水分含量小于0.05％，随后加入3份PBT-MAH接枝物、0.2份的抗氧剂626、0.5份色母粒、0.3份润滑剂PETS；加入混料机中高速混合5-10min，从计量喂料器进入双螺杆挤出机。所述双螺杆挤出机的长径比为40:1，挤出温度为170℃-260℃，螺杆转速为320rpm；同时在侧喂料系统中加入50份的高强度玻璃纤维，经挤出、冷却、切粒、均混、包装而制得。
实施例5
本实施例提供了一种握钉力高的热塑性高分子复合材料，其制备方法包括以下步骤：
1)将3份马来酸酐(MAH)与97份粘度0.90dl/g的PBT树脂高速混合搅拌5min，再将混合物通过长径比40:1的双螺杆挤压机挤出造粒，挤出温度为170℃-260℃，螺杆转速为320rpm；制得PBT-MAH接枝物；再于120℃干燥2小时后备用；
2)将40份粘度0.90dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯在100℃下干燥2-4小时，控制水分含量小于0.05％，随后加入4份PBT-MAH接枝物、0.2份的抗氧剂626、0.5份色母粒、0.3份润滑剂PETS；加入混料机中高速混合5-10min，从计量喂料器进入双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的长径比为40:1，挤出温度为170℃-260℃，螺杆转速为320rpm；同时在侧喂料系统中加入55份的高强度玻璃纤维，经挤出、冷却、切粒、均混、包装而制得。
实验例
对实施例1～5所得高分子复合材料以及市面上普通PBTG45增强材料进行性能测试，结果如表1所示。
表1中所述拉伸强度、拉伸模量、热变形温度、粘度等均可按本领域常规方法检测。例如拉伸强度检测方法为ISO527。本发明所述握钉力的测试方法为：将同一规格的圆钢钉以一定的长度钉入样品后，用握钉器紧握钉头，以均匀加荷速度将钉子拔动，至试验机指针明显回转为止，记录最大载荷。
表1：性能测试结果
Figure BDA0001421278180000081
Figure BDA0001421278180000091
由以上结果可知，本发明提供的高分子复合材料具有优异的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、缺口冲击强度，热变形温度高，握丁力强，制备门窗型材或板材时具有优异的应用效果。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (15)

1.一种握钉力高的热塑性高分子复合材料，其特征在于，由包括基础树脂和聚酯-马来酸酐接枝物的原料制备而成，所述基础树脂36～66份，聚酯-马来酸酐接枝物2～5份；
所述聚酯-马来酸酐接枝物由聚酯和马来酸酐共挤而成，其中聚酯所占的质量百分比为95～99％；
所述基础树脂与形成所述接枝物的聚酯相同或不同；
所述基础树脂和形成所述接枝物的聚酯各自独立地选自聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸-间苯二甲酸-丁二醇酯中的一种或多种；
所述原料还包括增强材料30～60份，所述增强材料选自玻璃玻纤、碳纤维、芳纶中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述原料包括如下重量份的成分：基础树脂36～38份；聚酯-马来酸酐接枝物3～4份。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，形成所述接枝物的聚酯为聚对苯二甲酸丁二醇酯。
4.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述基础树脂和形成所述接枝物的聚酯均为聚对苯二甲酸丁二醇酯。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述基础树脂和/或形成所述接枝物的聚酯的粘度为0.72dl/g～1.30dl/g。
6.根据权利要求4所述的复合材料，其特征在于，所述基础树脂和/或形成所述接枝物的聚酯的粘度为0.72dl/g～1.30dl/g。
7.根据权利要求5或6所述的复合材料，其特征在于，所述基础树脂和形成所述接枝物的聚酯的粘度均为0.80dl/g～0.95dl/g。
8.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述增强材料为58～60份。
9.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述原料还包括抗氧剂、润滑剂、着色剂中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的复合材料，其特征在于，所述原料还包括抗氧剂0.1～0.4份，润滑剂0.3～0.5份和/或着色剂0.5～2份。
11.根据权利要求10所述的复合材料，其特征在于，所述抗氧剂选自四季戊四醇酯、三亚磷酸酯、双季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或多种；
和/或，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯PETS、聚乙烯蜡中的一种或两种；
和/或，所述着色剂为色粉或色母粒。
12.权利要求1～11任意一项所述握钉力高的热塑性高分子复合材料的制备方法，其特征在于，将包括聚酯树脂和聚酯-马来酸酐接枝物在内的原料干燥后充分混合，挤出。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述挤出采用双螺杆挤出机，所述挤出机的长径比为32～48:1，和/或所述挤出的温度为170～260℃，和/或所述挤出时螺杆转速为180～500rpm。
14.权利要求1～11任意一项所述握钉力高的热塑性高分子复合材料在制备门窗型材或板材中的应用。
15.根据权利要求14所述的应用，其特征在于，将所述复合材料与PVC熔融焊接。
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