CN110256825A - 一种玻纤增强阻燃pet复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玻纤增强阻燃PET复合材料，其制备原料按质量百分计包括以下组分：PET 40％～60％、玻璃纤维20％～40％、扩链剂2％～8％、复合成核剂3％～10％、复合阻燃剂3％～5％、增塑剂0.5％～3％、分散剂0.5％～2％和稳定剂1％～2％；本发明还公开了一种玻纤增强阻燃PET复合材料的制备方法。该玻纤增强阻燃PET复合材料具有较优良的机械力学性能、耐冲击性、尺寸稳定性和阻燃性，同时其可加工性好，满足使用需求，可以广泛应用于工程塑料领域。

Description

一种玻纤增强阻燃PET复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于PET工程塑料技术领域，特别涉及一种玻纤增强阻燃PET复合材料及其制备方法。
背景技术
随着能耗和制造成本的要求越来越高，传统机械零部件所采用的金属材料越来越难以适应要求。工程塑料作为构造和机械零部件用的高性能塑料，具有质量轻、制造成本低、容易润滑、噪声低、耐腐蚀、化学性质稳定、减震、制造工艺简单、可设计性强等优点，因此被广泛关注，并成功应用于医疗器械、半导体设备、电子设备、汽车工业等领域。
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种线性大分子，由于主链上含有对位苯环使其大分子链刚硬，而-OCO-CH2-CH2-基的存在，使其又具有一定的柔性，该结构赋予了PET优异的电绝缘性、耐热性和耐化学药品性，因而广泛应用于纤维、薄膜以及饮料瓶领域。然而作为工程塑料使用，则由于在通常应用的加工模温70～110℃下，PET的结晶速度太慢而造成结晶不完善不均匀，致使模塑周期延长，制品容易粘贴在模具上，并有翘曲、表面粗糙无光泽、耐冲击性和耐湿热性差等缺点，限制了PET在工程塑料领域的应用。
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是叶腊石、石英砂、石灰石、白云石、硼钙石、硼镁石七种矿石为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料、电绝缘材料和绝热保温材料。
玻纤增强PET复合材料可以提高PET的机械力学性能和抗冲击性。将玻璃纤维用于增强PET工程塑料，成为近年来PET工程塑料改进的重点研发方向。
现有的玻纤增强PET复合材料加工性差的问题仍没有解决。如何提高PET的结晶速度，改善其加工性能，是PET应用于工程塑料要解决的一个首要问题。另外，现有的玻纤增强PET复合材料应用于工程塑料，还需改善其阻燃性和进一步提高其机械性能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种玻纤增强阻燃PET复合材料及其制备方法，该玻纤增强阻燃PET复合材料具有较优良的机械力学性能、耐冲击性、尺寸稳定性和阻燃性，同时其可加工性好，满足使用需求，可以广泛应用于工程塑料领域。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种玻纤增强阻燃PET复合材料，其制备原料按质量百分计包括以下组分：PET 40％～60％、玻璃纤维20％～40％、扩链剂2％～8％、复合成核剂3％～10％、复合阻燃剂3％～5％、增塑剂0.5％～3％、分散剂0.5％～2％和稳定剂1％～2％；
所述复合成核剂由凹凸棒土、离聚物树脂和硬脂酸钠按照重量比35～55：30～40:15～25复配而成；
所述复合阻燃剂为氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂；
所述稳定剂为改性纳米二氧化硅。
优选的，所述增塑剂为聚乙二醇、甘油、氯化镁中的一种。
优选的，所述分散剂选自聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、α-甲基苯乙烯树脂中的一种。
优选的，所述改性纳米二氧化硅经过硅烷偶联剂改性处理。
优选的，所述玻璃纤维为经过表面处理剂处理的无碱玻璃纤维。
本发明还提供了一种高性能碳纤增强尼龙复合材料的制备方法，该制备方法所使用的加工设备包括高速混合机、双螺杆挤出机，该制备方法具体包括以下步骤：
(1)将PET在120～130℃下干燥2～3h；
(2)将经过干燥处理后的PET与扩链剂混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机中熔融混练，混练结束后，混合熔体通过双螺杆挤出机挤出；
(3)按照质量配比称取复合成核剂、复合阻燃剂、增塑剂、分散剂和稳定剂，加入到高速混合机中，并将步骤(2)挤出的混合熔体也加入到高速混合机中，充分混合均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物加入双螺杆挤出机的主喂料口，将按质量配比称取的经表面处理过的玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，进行熔融混练，混练结束后，通过双螺杆挤出机挤出混合熔体，再经冷却、风干、切粒、干燥后即得玻纤增强阻燃PET复合材料。
优选的，所述双螺杆挤出机分为七区，一区温度在230-245℃，二区温度为245-260℃，三区温度为260-275℃，四区温度为275-280℃，五区温度为265-275℃，六区温度为250-265℃，七区温度为250-260℃。
本发明的有益效果是：
(1)经表面处理的玻璃纤维在表面处理剂的作用下可以与PET树脂之间形成较为牢固的界面粘结，从而对PET树脂起到较好的增强效果，显著提高了PET塑料的力学性能和抗冲击性；
(2)本发明先利用扩链剂对PET进行反应性扩链挤出，通过扩链来增加整个分子质量，从而进一步提高PET的机械性能，改善其使用性能；
(3)本发明采用复合成核剂提高PET的结晶速度，以改善其加工性；复合成核剂中的凹凸棒土为无机成核剂，可以提高PET的拉伸屈服应力和弯曲模量，其与硬脂酸钠以及离聚物树脂复配，对PET有异相成核作用，提高PET基体的结晶速度；复合成核剂中的硬脂酸钠对PET具有结晶促进作用；复合成核剂中的离聚物树脂溶于PET中，与其分子发生反应，形成离子簇，离子簇起到成核剂的作用，提高PET的结晶速率；
(3)本发明中的玻璃纤维和复合成核剂配合不仅可以提高PET的结晶速度，而且相比于加入单一的玻璃纤维可以更好的提高复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度等性能；
(5)本发明采用的阻燃剂为氢氧化镁包覆碳微球的复合阻燃剂，氢氧化镁和碳微球起到较好的协同作用，促进材料形成炭层，起到隔热隔氧的作用，提高极限氧指数，提高材料的阻燃性能；本发明中所采用的分散剂可以使阻燃剂均匀的附着于材料表面，保证材料的阻燃性能；
(6)本发明采用的稳定剂为改性纳米二氧化硅，改性纳米二氧化硅可以提高复合材料的热稳定性，延缓材料的热氧化降解，同时可以催化氢氧化镁和碳微球的协同反应，促进炭层的生成，并可以稳定炭层，增强炭层隔热隔氧的能力，提高材料的阻燃性能；
(7)本发明通过双螺杆挤出机的熔融挤出方法制备该玻纤增强阻燃PET复合材料，其制备工艺简单，生产成本低，生产效率高，适于产业化生产。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
一种玻纤增强阻燃PET复合材料，其制备原料按质量百分计包括以下组分：PET40％、玻璃纤维30％、均苯四甲酸二酐扩链剂8％、复合成核剂10％、氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂5％、聚乙二醇3％、聚乙烯蜡2％和改性纳米二氧化硅2％；其中，复合成核剂由凹凸棒土、离聚物树脂和硬脂酸钠按照重量比35:40:25复配而成。
上述玻纤增强阻燃PET复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将PET在120℃下干燥2h；
(2)将经过干燥处理后的PET与均苯四甲酸二酐扩链剂混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机中熔融混练，混练结束后，混合熔体通过双螺杆挤出机挤出；
(3)按照质量配比称取复合成核剂、氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂、聚乙二醇、聚乙烯蜡和改性纳米二氧化硅，加入到高速混合机中，并将步骤(2)挤出的混合熔体也加入到高速混合机中，充分混合均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物加入双螺杆挤出机的主喂料口，将按质量配比称取的经表面处理过的玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，进行熔融混练，混练结束后，通过双螺杆挤出机挤出混合熔体，再经冷却、风干、切粒、干燥后即得玻纤增强阻燃PET复合材料。
其中，双螺杆挤出机分为七区，一区温度在230℃，二区温度为245℃，三区温度为260℃，四区温度为275℃，五区温度为265℃，六区温度为250℃，七区温度为250℃。
实施例2
一种玻纤增强阻燃PET复合材料，其制备原料按质量百分计包括以下组分：PET50％、玻璃纤维40％、均苯四甲酸二酐扩链剂2％、复合成核剂3％、氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂3％、聚乙二醇0.5％、聚丙烯蜡0.5％和改性纳米二氧化硅1％；其中，复合成核剂由凹凸棒土、离聚物树脂和硬脂酸钠按照重量比55:30:15复配而成。
上述玻纤增强阻燃PET复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将PET在125℃下干燥3h；
(2)将经过干燥处理后的PET与均苯四甲酸二酐扩链剂混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机中熔融混练，混练结束后，混合熔体通过双螺杆挤出机挤出；
(3)按照质量配比称取复合成核剂、氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂、聚乙二醇、聚乙烯蜡和改性纳米二氧化硅，加入到高速混合机中，并将步骤(2)挤出的混合熔体也加入到高速混合机中，充分混合均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物加入双螺杆挤出机的主喂料口，将按质量配比称取的经表面处理过的玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，进行熔融混练，混练结束后，通过双螺杆挤出机挤出混合熔体，再经冷却、风干、切粒、干燥后即得玻纤增强阻燃PET复合材料。
其中，双螺杆挤出机分为七区，一区温度在240℃，二区温度为250℃，三区温度为265℃，四区温度为275℃，五区温度为270℃，六区温度为255℃，七区温度为255℃。
实施例3
一种玻纤增强阻燃PET复合材料，其制备原料按质量百分计包括以下组分：PET60％、玻璃纤维20％、均苯四甲酸二酐扩链剂6％、复合成核剂6.5％、氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂4％、聚乙二醇1％、聚丙烯蜡1％和改性纳米二氧化硅1.5％；其中，复合成核剂由凹凸棒土、离聚物树脂和硬脂酸钠按照重量比45:35:20复配而成。
上述玻纤增强阻燃PET复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将PET在130℃下干燥3h；
(2)将经过干燥处理后的PET与均苯四甲酸二酐扩链剂混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机中熔融混练，混练结束后，混合熔体通过双螺杆挤出机挤出；
(3)按照质量配比称取复合成核剂、氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂、聚乙二醇、聚乙烯蜡和改性纳米二氧化硅，加入到高速混合机中，并将步骤(2)挤出的混合熔体也加入到高速混合机中，充分混合均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物加入双螺杆挤出机的主喂料口，将按质量配比称取的经表面处理过的玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，进行熔融混练，混练结束后，通过双螺杆挤出机挤出混合熔体，再经冷却、风干、切粒、干燥后即得玻纤增强阻燃PET复合材料。
其中，一区温度在245℃，二区温度为260℃，三区温度为275℃，四区温度为280℃，五区温度为275℃，六区温度为265℃，七区温度为260℃。
对比例
一种玻纤增强阻燃PET复合材料，其制备原料按质量百分计包括以下组分：PET60％、玻璃纤维20％、均苯四甲酸二酐扩链剂6％、凹凸棒土8％、氢氧化镁4％、聚乙二醇1％和聚丙烯蜡1％。
上述玻纤增强阻燃PET复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将PET在130℃下干燥3h；
(2)将经过干燥处理后的PET与均苯四甲酸二酐扩链剂混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机中熔融混练，混练结束后，混合熔体通过双螺杆挤出机挤出；
(3)按照质量配比称取凹凸棒土、氢氧化镁、聚乙二醇和聚乙烯蜡，加入到高速混合机中，并将步骤(2)挤出的混合熔体也加入到高速混合机中，充分混合均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物加入双螺杆挤出机的主喂料口，将按质量配比称取的经表面处理过的玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，进行熔融混练，混练结束后，通过双螺杆挤出机挤出混合熔体，再经冷却、风干、切粒、干燥后即得玻纤增强阻燃PET复合材料。
其中，一区温度在245℃，二区温度为260℃，三区温度为275℃，四区温度为280℃，五区温度为275℃，六区温度为265℃，七区温度为260℃。
性能测试
将实施例1～3和对比例所制备的玻纤增强阻燃复合材料进行注塑成型，并分别按照标准对其性能进行测试，性能测试结果见表1。
表1实施例1-3和对比例中的玻纤增强阻燃PET复合材料的性能测试结果
由表1可知，与对比例相比，本发明实施例的玻纤增强阻燃PET复合材料具有更优良的力学性能、耐冲击性能、热稳定性和阻燃性，满足使用需求，而且结晶速度快，复合材料的可加工性得到极大的改善，可以广泛应用于工程塑料领域。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种玻纤增强阻燃PET复合材料，其特征在于，其制备原料按质量百分计包括以下组分：PET40％～60％、玻璃纤维20％～40％、扩链剂2％～8％、复合成核剂3％～10％、复合阻燃剂3％～5％、增塑剂0.5％～3％、分散剂0.5％～2％和稳定剂1％～2％；
所述复合成核剂由凹凸棒土、离聚物树脂和硬脂酸钠按照重量比35～55：30～40:15～25复配而成；
所述复合阻燃剂为氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂；
所述稳定剂为改性纳米二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的一种玻纤增强阻燃PET复合材料，其特征在于，所述增塑剂为聚乙二醇、甘油、氯化镁中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种玻纤增强阻燃PET复合材料，其特征在于，所述分散剂选自聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、α-甲基苯乙烯树脂中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种玻纤增强阻燃PET复合材料，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅经过硅烷偶联剂改性处理。
5.根据权利要求1所述的一种玻纤增强阻燃PET复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为经过表面处理剂处理的无碱玻璃纤维。
6.如权利要求1至5任一项所述的一种玻纤增强阻燃PET复合材料的制备方法，其特征在于,该制备方法所使用的加工设备包括高速混合机、双螺杆挤出机，该制备方法具体包括以下步骤：
(1)将PET在120～130℃下干燥2～3h；
(2)将经过干燥处理后的PET与扩链剂混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机中熔融混练，混练结束后，混合熔体通过双螺杆挤出机挤出；
(3)按照质量配比称取复合成核剂、复合阻燃剂、增塑剂、分散剂和稳定剂，加入到高速混合机中，并将步骤(2)挤出的混合熔体也加入到高速混合机中，充分混合均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物加入双螺杆挤出机的主喂料口，将按质量配比称取的经表面处理过的玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，进行熔融混练，混练结束后，通过双螺杆挤出机挤出混合熔体，再经冷却、风干、切粒、干燥后即得玻纤增强阻燃PET复合材料。
7.根据权利要求6所述的一种玻纤增强阻燃PET复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机分为七区，一区温度在230-245℃，二区温度为245-260℃，三区温度为260-275℃，四区温度为275-280℃，五区温度为265-275℃，六区温度为250-265℃，七区温度为250-260℃。
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