CN109825060A

CN109825060A - 一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料及其制备方法

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Publication number: CN109825060A
Application number: CN201910078185.0A
Authority: CN
Inventors: 罗文平; 乔志龙
Original assignee: State-Run Science And Technology Co Ltd In Guangdong
Current assignee: State-Run Science And Technology Co Ltd In Guangdong
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2019-05-31

Abstract

本发明涉及复合合金材料技术领域，具体涉及一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料及其制备方法，复合合金材料包括PPO树脂40～60％、α晶型sPS树脂15～30％、间规聚丙烯8～15％、增强玻璃纤维5～10％、TiCl₄+Al(C₂H₅)₃催化剂0.1～0.5％、引发剂0.1～0.5％、润滑剂1～3％、抗氧化剂2～5％，该复合合金材料具有高刚高耐磨的特点，该复合合金材料的制备方法先分别制备端羟基PPO树脂、α晶型sPS树脂与间规聚丙烯的交联体，再将其二者复合螺杆切粒，能制备出上述优点的复合合金材料。

Description

一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合合金材料技术领域，具体涉及一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料及其制备方法。

背景技术

化学名聚苯醚，简称PPO，由2，6-二取代基苯酚经氧化偶联聚合而成的热塑性树脂，一般呈土黄色粉末状，PPO的结构分子中含有苯环，苯环具有较好的稳定性和刚性，然而，正是由于苯环的刚性强，因而PPO应用时容易产生裂口，该裂口影响了PPO作为高刚性材料的应用，目前，通过将PPO树脂进行改性以提高PPO树脂的性能，其中之一是通过PPO树脂合金化的方式来改性PPO树脂。

市面上出现了利用PPO与聚苯乙烯(PS)在宽广组成范围内的相容性共混来制备PPO/PS型合金，该PS具有低密度和容易成型的特点从而改善了PPO韧性差的问题；然而，由于PS的刚性强度不够，以致还不能有效地提高了PPO/PS型合金的刚性。现有技术中出现了间规聚苯乙烯(sPS)的材料，sPS保留了PS的低密度和容易成型的优点，且具有结晶性能，能提高与其复合的材料的刚性，但是sPS的相容性比PS低且sPS脆性大，其并不能较好地与PPO树脂复合。

发明内容

针对现有技术存在上述技术问题，本发明目的在于提供一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料，且提供了一种能制出上述优点的PPO/sPS碳纤增强复合合金材料的制备方法。

为实现上述发明目的之一，提供以下技术方案：

提供一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料，包括以下重量百分比的组份：

PPO树脂 40～60％

α晶型sPS树脂 15～30％

间规聚丙烯 8～15％

增强玻璃纤维 5～10％

TiCl4+Al(C2H5)3催化剂 0.1～0.5％

引发剂 0.1～0.5％

润滑剂 1～3％

抗氧化剂 2～5％。

其中，所述PPO树脂的粘度为0.2～0.5dL/g。

其中，所述间规聚丙烯的分子量为9000～10000，。

其中，所述增强玻璃纤维为中碱增强玻璃纤维。

其中，所述引发剂为过硫酸钾。

其中，润滑剂是PEG-100硬脂酸酯，抗氧化剂是硫代双酚与对笨二胺的复合混合物

为实现上述发明目的之二，提供以下技术方案：

提供权一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料的制备方法，：包括以下步骤，

1)称取配方量的PPO树脂粉体，在50～60℃温度条件下加热该PPO树脂粉体30～40min，然后在80～95℃下继续加热10～20min，接着冷却至55～65℃，往其加入甲苯水溶液，搅拌均匀后，继续在55～65℃温度条件下加入醋酸酐，所述醋酸酐与所述PPO树脂的摩尔比为2:0.5～1，得到端羟基的PPO树脂；

2)分别称取配方量的α晶型sPS树脂和间规聚丙烯，将其二者混合并加入TiCl4+Al(C2H5)3催化剂，在270～300℃下加热α晶型sPS树脂和间规聚丙烯，混合反应10～15min，得到α晶型sPS树脂与间规聚丙烯的混合反应物；

3)将端羟基的PPO树脂、α晶型sPS树脂与间规聚丙烯的混合反应物、增容剂、引发剂、润滑剂和抗氧化剂混合并在270～290℃下加热混合均匀15～20min，得到混合料，将该混合料从主喂漏斗加入270～290℃的双螺杆造粒机中，并在侧喂漏斗加入增强玻璃纤维，通过双螺杆造粒机切粒，得到PPO/sPS碳纤增强复合合金材料。

其中，所述步骤3)中，将所述混合料拉伸处理2～3次，再投入双螺杆造粒机中。

其中，所述步骤1)中，先将甲苯水溶液调节为pH为1～2后，再往其加入醋酸酐。

其中，α晶型sPS树脂与间规聚丙烯的混合反应物中，间规聚丙烯的接枝率为10～20％。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用间规聚丙烯与sPS聚合反应，利用其二者的间规结构以及与聚丙烯碳链长和双键化学性能活泼的特点，从而使得sPS不但保留了间规结构所带来的结晶性能，还提高了sPS的相容性，有效改善了sPS脆性大的问题；且，高温对α晶型sPS树脂的结晶度影响较小，而由于PPO的熔点较高，当PPO与sPS复合时，可尽可能地避免了高温对sPS结晶度的影响。

(2)本发明的PPO改性端羟基的PPO树脂，提高了PPO的活性，从而便于其与α晶型sPS树脂与间规聚丙烯的相容性。

(3)本发明采用TiCl₄+Al(C₂H₅)₃催化剂，其能促进α晶型sPS树脂与间规聚丙烯的交联密度，便于增加了该α晶型sPS树脂与间规聚丙烯所形成混合物的相容性。

(4)本发明采用PPO与sPS相互结合，其二者的刚性性能相加，从而大大提高了复合合金材料的刚性；并且，sPS树脂与间规聚丙烯结合，保留了sPS树脂低密度和容易成型的特点，且增加了分子链的相容性，不但使PPO与sPS相互结合，还提高了分子链的韧性力学性能，进而提高了复合合金材料的耐磨性能。

具体实施方式

以下结合具体实施例及对本发明进行详细说明。

实施例1。

提供一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料，包括以下重量百分比的组份：PPO树脂40％、α晶型sPS树脂30％、间规聚丙烯15％、增强玻璃纤维6％、TiCl₄+Al(C₂H₅)₃催化剂0.5％、引发剂0.5％、润滑剂3％、抗氧化剂5％。

本实施例中，PPO树脂的粘度为0.2～0.5dL/g，以便PPO的成型。

本实施例中，间规聚丙烯的分子量为9000～10000，以便形成一定长度的碳链分子。

本实施例中，增强玻璃纤维为中碱增强玻璃纤维。

本实施例中，引发剂为过硫酸钾，其耐温性更好，适用于高温的PPO树脂。

本实施例中，润滑剂是PEG-100硬脂酸酯，抗氧化剂是硫代双酚与对笨二胺的复合混合物。

该高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料的制备方法，包括以下步骤，

1)称取配方量的PPO树脂粉体，在60℃温度条件下加热该PPO树脂粉体40min，然后在95℃下继续加热20min，接着冷却至65℃，往其加入甲苯水溶液，搅拌均匀后，继续在65℃温度条件下加入醋酸酐，所述醋酸酐与所述PPO树脂的摩尔比为2:0.5，得到端羟基的PPO树脂；

2)分别称取配方量的α晶型sPS树脂和间规聚丙烯，将其二者混合并加入TiCl₄+Al(C2H5)3催化剂，在300℃下加热α晶型sPS树脂和间规聚丙烯，混合反应15min，得到α晶型sPS树脂与间规聚丙烯的混合反应物；

3)将端羟基的PPO树脂、α晶型sPS树脂与间规聚丙烯的混合反应物、增容剂、引发剂、润滑剂和抗氧化剂混合并在290℃下加热混合均匀20min，得到混合料，将该混合料从主喂漏斗中加入290℃的双螺杆造粒机中，并在侧喂漏斗中加入增强玻璃纤维，通过双螺杆造粒机切粒，得到PPO/sPS碳纤增强复合合金材料。

本实施例中，步骤3)中，将混合料拉伸处理2次，再投入双螺杆造粒机中，从而提高混合料的混合均匀度，进而提高复合材料的韧性。

本实施例中，步骤1)中，先将甲苯水溶液调节为pH为1～2后，再往其加入醋酸酐，酸性环境提高了溶液的极性度，能促进其羟基化。

本实施例中，α晶型sPS树脂与间规聚丙烯的混合反应物中，间规聚丙烯的接枝率为10～20％。

实施例2。

提供一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料，包括以下重量百分比的组份：PPO树脂60％、α晶型sPS树脂15％、间规聚丙烯8％、增强玻璃纤维8％、TiCl₄+Al(C₂H₅)₃催化剂0.5％、引发剂0.5％、润滑剂3％、抗氧化剂5％。

本实施例中，PPO树脂的粘度为0.2～0.5dL/g，以便PPO的成型。

本实施例中，增强玻璃纤维为中碱增强玻璃纤维。

1)称取配方量的PPO树脂粉体，在60℃温度条件下加热该PPO树脂粉体40min，然后在95℃下继续加热20min，接着冷却至65℃，往其加入甲苯水溶液，搅拌均匀后，继续在65℃温度条件下加入醋酸酐，所述醋酸酐与所述PPO树脂的摩尔比为2:1，得到端羟基的PPO树脂；

2)分别称取配方量的α晶型sPS树脂和间规聚丙烯，将其二者混合并加入TiCl4+Al(C2H5)3催化剂，在300℃下加热α晶型sPS树脂和间规聚丙烯，混合反应15min，得到α晶型sPS树脂与间规聚丙烯的混合反应物；

3)将端羟基的PPO树脂、α晶型sPS树脂与间规聚丙烯的混合反应物、增容剂、引发剂、润滑剂和抗氧化剂混合并在270℃下加热混合均匀15min，得到混合料，将该混合料从主喂漏斗中加入270℃的双螺杆造粒机中，并在侧喂漏斗中加入增强玻璃纤维，通过双螺杆造粒机切粒，得到PPO/sPS碳纤增强复合合金材料。

本实施例中，步骤3)中，将混合料拉伸处理3次，再投入双螺杆造粒机中，从而提高混合料的混合均匀度，进而提高复合材料的韧性。

实施例3。

提供一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料，包括以下重量百分比的组份：PPO树脂50％、α晶型sPS树脂23.4％、间规聚丙烯12％、增强玻璃纤维8％、TiCl₄+Al(C₂H₅)₃催化剂0.3％、引发剂0.3％、润滑剂2％、抗氧化剂4％。

本实施例中，PPO树脂的粘度为0.2～0.5dL/g，以便PPO的成型。

本实施例中，增强玻璃纤维为中碱增强玻璃纤维。

1)称取配方量的PPO树脂粉体，在55℃温度条件下加热该PPO树脂粉体35min，然后在85℃下继续加热15min，接着冷却至60℃，往其加入甲苯水溶液，搅拌均匀后，继续在60℃温度条件下加入醋酸酐，所述醋酸酐与所述PPO树脂的摩尔比为2:0.8，得到端羟基的PPO树脂；

2)分别称取配方量的α晶型sPS树脂和间规聚丙烯，将其二者混合并加入TiCl4+Al(C2H5)3催化剂，在290℃下加热α晶型sPS树脂和间规聚丙烯，混合反应10～15min，得到α晶型sPS树脂与间规聚丙烯的混合反应物；

3)将端羟基的PPO树脂、α晶型sPS树脂与间规聚丙烯的混合反应物、增容剂、引发剂、润滑剂和抗氧化剂混合并在290℃下加热混合均匀16min，得到混合料，将该混合料从主喂漏斗中加入270～290℃的双螺杆造粒机中，并在侧喂漏斗中加入增强玻璃纤维，通过双螺杆造粒机切粒，得到PPO/sPS碳纤增强复合合金材料。

本实施例中，步骤3)中，将混合料拉伸处理2～3次，再投入双螺杆造粒机中，从而提高混合料的混合均匀度，进而提高复合材料的韧性。

最后应当说明的是，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地说明，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

1.一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料，其特征是：包括以下重量百分比的组份：

PPO树脂 40～60％

α晶型sPS树脂 15～30％

间规聚丙烯 8～15％

增强玻璃纤维 5～10％

TiCl₄+Al(C₂H₅)₃催化剂 0.1～0.5％

引发剂 0.1～0.5％

润滑剂 1～3％

抗氧化剂 2～5％。

2.根据权利要求1所述的一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料，其特征是：所述PPO树脂的粘度为0.2～0.5dL/g。

3.根据权利要求1所述的一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料，其特征是：所述间规聚丙烯的分子量为9000～10000，。

4.根据权利要求1所述的一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料，其特征是：所述增强玻璃纤维为中碱增强玻璃纤维。

5.根据权利要求1所述的一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料，其特征是：所述引发剂为过硫酸钾。

6.根据权利要求1所述的一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料，其特征是：润滑剂是PEG-100硬脂酸酯，抗氧化剂是硫代双酚与对笨二胺的复合混合物。

7.权利要求1～6任一项所述的一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤，

2)分别称取配方量的α晶型sPS树脂和间规聚丙烯，将其二者混合并加入TiCl₄+Al(C₂H₅)₃催化剂，在270～300℃下加热α晶型sPS树脂和间规聚丙烯，混合反应10～15min，得到α晶型sPS树脂与间规聚丙烯的混合反应物；

8.根据权利要求7所述的一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料的制备方法，其特征是：所述步骤3)中，将所述混合料拉伸处理2～3次，再投入双螺杆造粒机中。

9.根据权利要求7所述的一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料的制备方法，其特征是：所述步骤1)中，先将甲苯水溶液调节为pH为1～2后，再往其加入醋酸酐。

10.根据权利要求7所述的一种高刚高耐磨PPO/sPS碳纤增强复合合金材料的制备方法，其特征是：α晶型sPS树脂与间规聚丙烯的混合反应物中，间规聚丙烯的接枝率为10～20％。