CN109735105A - 高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材及其制备方法，复合材成分包括：50～80质量份的聚醚酰亚胺、5～30质量份的四针状氧化锌纤维、5～30质量份的钛酸钾晶须、0.1～3质量份的加工助剂。本发明的优点在于制备的复合材具有高强度抗静电抗菌耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及工程塑料复合材领域，特别涉及一种高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材。
背景技术
聚醚酰亚胺(PEI)是一种非结晶的高性能聚合物，具有出色的耐热性，良好的耐化学腐蚀性、固有的阻燃性和优异的尺寸稳定性，是琥珀色透明固体，不添加任何添加剂就有固有的阻燃性和低烟度，氧指数为47％，燃烧等级为UL94V-0级，密度为1.28～1.42g/cm3，聚醚酰亚胺具有很强的高温稳定性，即使是非增强型的聚醚酰亚胺，仍具有很好的韧性和强度，因此利用聚醚酰亚胺优越的热稳定性可用来制作高温耐热器件，其本身可重复利用性与良好的可加工性，为工程师进行设计创新提供了异乎寻常的灵活性和自由度。
目前聚醚酰亚胺树酯及其复合材在航空，汽车电子，尤其在医疗器械，高端家居及食品器具领域有着越来越广泛的应用。
纯聚醚酰亚胺材料韧性较好，但机械性能一般，且由于其本身绝缘性优良所以抗静电效果一般，所以在制备涉及医疗器械，高端家居及食品器具领域尤其对强度及抗菌性、抗静电性、耐磨性有特殊要求的领域时，会采用聚醚酰亚胺复合材进行制备。一般会采用在聚醚酰亚胺中添加炭黑、石墨烯、碳纤维、碳纳米管、及有机、无机抗菌剂等来制备高强度抗静电抗菌耐磨复合材。其中炭黑价格低廉，获取方便，抗静电剂耐磨性一般但是对复合材的补强作用较差。石墨烯价格昂贵且相关产业还未成熟。碳纳米管本身导电性及机械性能优异，缺点是自身颗粒容易团聚，在树脂基体中不易分散，取向不易控制，因而补强效果也一般。碳纤维尤其是目前商用较广的短切丙烯腈基碳纤维，其补强抗静电效果较好，但耐磨性一般，且较高昂的价格及碳纤维喂料的困难性限制了其广泛使用，且以上增强材料在抗菌性上都无明显效果，所以一般又会添加有无机或有机抗菌剂来提高复合材抗菌性，有机抗菌剂持续效果较差，无机抗菌剂如纳米银等材料又对人体及环境健康存在危害。
发明内容
本发明采用四针状氧化锌作为添加剂，利用其晶须具有的极高的力学强度和弹性模量，对聚醚酰亚胺进行补强，氧化锌又属于N-型半导体，可以通过掺杂等手段控制其导电、压电、压敏等电学性能，所以能赋予复合材抗静电效果，利用其特殊的尖端纳米活性和非严格化学配比的半导体特性，释放活性氧的作用，还能起到高效、广谱、持久的抗菌作用，同时在复合材中再添加钛酸钾晶须微粉进一步提高其耐磨性，预先将四针状氧化锌纤维进行表面处理，然后将表面处理后的氧化锌纤维同聚醚酰亚胺树脂及钛酸钾晶须熔融共混挤出造粒，制备高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。
本申请实施例公开了一种高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材，其成分包括：50～80质量份的聚醚酰亚胺、5～30质量份的四针状氧化锌纤维、5～30质量份的钛酸钾晶须、0.1～3质量份的加工助剂。
优选的，在上述高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材中，所述聚醚酰亚胺为注塑级聚醚酰亚胺，熔体流动速率为5～30g/10min。
优选的，在上述高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材中，所述四针状氧化锌纤维针状体长度为30～50μm，针状体根部直径为0.5～5μm。
优选的，在上述高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材中，所述加工助剂包括硅酮粉、季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙、硬脂酸锌、N,N′-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。
相应的，还公开了一种高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材的制备方法，包括如下步骤：
S1四针状氧化锌纤维表面处理，将硅烷偶联剂均匀分散在无水甲醇中，制得偶联剂分散液，将所述偶联剂分散液匀速喷淋在装有所述四针状氧化锌纤维的混合反应釜内，搅拌混合10min中后干燥得到表面处理的四针状氧化锌纤维，所述硅烷偶联剂与无水甲醇的质量比为1:10，所述硅烷偶联剂的质量份数为所述四针状氧化锌纤维质量份数的0.5Wt％；
S2将所述聚醚酰亚胺、加工助剂在回转式混合机混合后，从双螺杆挤出机主下料口投入，将表面处理的四针状氧化锌纤维、所述钛酸钾晶须经振动式送料器从双螺杆挤出机侧喂料口投入，进行熔融混合挤出造粒，得到产品。
优选地，在上述高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材的制备方法中，步骤S2中，所述回转式混合机回转速度为60～120rpm，混合时间为5～10min。
优选地，在上述高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材的制备方法中，步骤S2中，所述双螺杆挤出机吐出量为100～200Kg/h，转速为200～400rpm，机筒各段温度为380±20℃，机头温度为390±10℃，真空段抽出压力为-0.08±0.02MPa。
本发明的优点在于制备的复合材具有高强度抗静电抗菌耐磨性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
采用四针状氧化锌作为添加剂，利用其晶须具有的极高的力学强度和弹性模量，对聚醚酰亚胺进行补强，氧化锌又属于N-型半导体，可以通过掺杂等手段控制其导电、压电、压敏等电学性能，所以能赋予复合材抗静电效果，利用其特殊的尖端纳米活性和非严格化学配比的半导体特性，释放活性氧的作用，还能起到高效、广谱、持久的抗菌作用，同时在复合材中再添加钛酸钾晶须微粉进一步提高其耐磨性，预先将四针状氧化锌纤维进行表面处理，然后将表面处理后的氧化锌纤维同聚醚酰亚胺树脂及钛酸钾晶须熔融共混挤出造粒，制备高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材。聚醚酰亚胺为注塑级聚醚酰亚胺，熔体流动速率为5～30g/10min。四针状氧化锌纤维针状体长度为30～50μm，针状体根部直径为0.5～5μm。加工助剂包括硅酮粉、季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙、硬脂酸锌、N,N′-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。钛酸钾晶须粒具体为TISMO D-102，日本大塚化学产。
实施例1
S1四针状氧化锌纤维表面处理，将硅烷偶联剂均匀分散在无水甲醇中，制得偶联剂分散液，将偶联剂分散液匀速喷淋在装有四针状氧化锌纤维的混合反应釜内，搅拌混合10min中后干燥得到表面处理的四针状氧化锌纤维，硅烷偶联剂与无水甲醇的质量比为1:10，硅烷偶联剂的质量份数为四针状氧化锌纤维质量份数的0.5Wt％；
S2将64.5质量份聚醚酰亚胺、0.5质量份耐高温有机硅酮粉在回转式混合机混合后，从双螺杆挤出机主下料口投入，将25质量份表面处理过的四针状氧化锌纤维、10质量份钛酸钾晶须经振动式送料器从双螺杆挤出机侧喂料口投入，进行熔融混合挤出造粒，回转式混合机回转速度60rpm，混合时间5min，双螺杆挤出机吐出量150Kg/h，转速250rpm，机筒各段温度380℃，机头温度390℃，真空段抽出压力-0.1MPa。
实施例2
S1四针状氧化锌纤维表面处理，将KH-550均匀分散在无水甲醇中，制得偶联剂分散液，将偶联剂分散液匀速喷淋在装有四针状氧化锌纤维的混合反应釜内，搅拌混合10min中后干燥得到表面处理的四针状氧化锌纤维，KH-550与无水甲醇的质量比为1:10，KH-550的质量份数为四针状氧化锌纤维质量份数的0.5Wt％；
S2将59.5质量份聚醚酰亚胺、0.5质量份耐高温有机硅酮粉在回转式混合机混合后，从双螺杆挤出机主下料口投入，将10质量份表面处理过的四针状氧化锌纤维、30质量份钛酸钾晶须经振动式送料器从双螺杆挤出机侧喂料口投入，进行熔融混合挤出造粒，回转式混合机回转速度60rpm，混合时间5min，双螺杆挤出机吐出量150Kg/h，转速250rpm，机筒各段温度380℃，机头温度390℃，真空段抽出压力-0.1MPa。
本发明上述实施例制备的复合材以及典型对比例(聚醚酰亚胺/20％玻璃纤维)各项性能指标如下：
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 对比例 |
| 拉伸强度MPa | 170 | 190 | 150 |
| 弯曲强度MPa | 200 | 220 | 180 |
| 弯曲弹性模量GPa | 8.0 | 10.0 | 7.0 |
| 体积电阻率Ω.cm | 10<sup>13</sup> | 10<sup>13</sup> | 10<sup>16</sup> |
| 动摩擦系数 | 0.36 | 0.20 | 0.44 |
| 比磨耗*10<sup>-1</sup>mm<sup>3</sup>/N.km | 0.126 | 0.071 | 0.750 |
| 抗菌率％ | ≥90 | ≥90 | ＜50 |
参表可知，本发明技术方案强度，抗静电性能，抗菌性、摩擦性能指标都超过了典型对比例(聚醚酰亚胺/20％玻璃纤维)，抗菌性能按照QB T2591标准进行测试。
本实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材，其特征在于，其成分包括：50～80质量份的聚醚酰亚胺、5～30质量份的四针状氧化锌纤维、5～30质量份的钛酸钾晶须、0.1～3质量份的加工助剂。
2.根据权利要求1所述的高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材，其特征在于，所述聚醚酰亚胺为注塑级聚醚酰亚胺，熔体流动速率为5～30g/10min。
3.根据权利要求1所述的高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材，其特征在于，所述四针状氧化锌纤维针状体长度为30～50μm，针状体根部直径为0.5～5μm。
4.根据权利要求1所述的高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材，其特征在于，所述加工助剂包括硅酮粉、季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙、硬脂酸锌、N,N′-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1四针状氧化锌纤维表面处理，将硅烷偶联剂均匀分散在无水甲醇中，制得偶联剂分散液，将所述偶联剂分散液匀速喷淋在装有所述四针状氧化锌纤维的混合反应釜内，搅拌混合10min中后干燥得到表面处理的四针状氧化锌纤维，所述硅烷偶联剂与无水甲醇的质量比为1:10，所述硅烷偶联剂的质量份数为所述四针状氧化锌纤维质量份数的0.5Wt％；
S2将所述聚醚酰亚胺、加工助剂在回转式混合机混合后，从双螺杆挤出机主下料口投入，将表面处理的四针状氧化锌纤维、所述钛酸钾晶须经振动式送料器从双螺杆挤出机侧喂料口投入，进行熔融混合挤出造粒，得到产品。
6.根据权利要求5所述的高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述回转式混合机回转速度为60～120rpm，混合时间为5～10min。
7.根据权利要求5所述的高强度抗静电抗菌耐磨聚醚酰亚胺复合材的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述双螺杆挤出机吐出量为100～200Kg/h，转速为200～400rpm，机筒各段温度为380±20℃，机头温度为390±10℃，真空段抽出压力为-0.08±0.02MPa。
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