CN110305454A - 一种pbt复合材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种PBT复合材料及其应用。本申请的PBT复合材料，包括在PBT聚合物中添加含有碳自由基的高温抗氧剂、扁平玻璃纤维和无碱玻璃纤维。本申请的PBT复合材料，采用含有碳自由基的高温抗氧剂，能在高温环境下保护材料的性能，具有较好的高温抗黄变性能；扁平玻璃纤维和无碱玻璃纤维的使用，使得本申请的PBT复合材料具有更优异的机械性能，尤其是抗翘曲性能和耐高温性能。在进一步的改进中，采用有机硅阻燃剂和无机硅阻燃剂组合使用，大幅度的提高了本申请PBT复合材料的耐温性能；而增韧剂的使用在高温环境下仍然保持出色的韧性。使得本申请的复合材料能够满足高温环境条件的应用。

Description

一种PBT复合材料及其应用

技术领域

本申请涉及高分子复合塑料领域，特别是涉及一种PBT复合材料及其应用。

背景技术

聚对苯二甲酸丁二醇酯，英文名polybutylene terephthalate(简称PBT)，属于聚酯系列，由对苯二甲酸或对苯二甲酸酯，与丁二醇通过缩聚反应聚合而成。目前增强改性PBT材料绝大部分采用玻璃纤维作为增强剂，玻璃纤维改性后的PBT材料不仅在物理机械性能方面有较大的提升，同时材料的耐疲劳强度、耐热性、摩擦性能等方面都有较好的改善效果。然而玻璃纤维增强PBT材料仍有不足之处，即在高温条件下使用易变黄，性能也会损失严重。

随着PBT材料在照明灯具、熨斗、变压器骨架等领域的应用，对PBT材料提出了更高的要求，例如，需要在高于150℃的高温条件下长时间使用，这种情况下大多数改性工程塑料在此温度下会黄变，不仅表观陈旧影响美观，而且耐候性变劣、机械强度下降，从而影响正常使用。因此，针对不同的应用环境和条件，对PBT复合材料的改性研究一直持续更新。

发明内容

本申请的目的是提供一种新的PBT复合材料及其应用。

本申请采用了以下技术方案：

本申请的一方面公开了一种PBT复合材料，包括在PBT聚合物中添加含有碳自由基的高温抗氧剂、扁平玻璃纤维和无碱玻璃纤维。

需要说明的是，本申请的PBT复合材料，其中含有碳自由基的高温抗氧剂，在高温的情况下也能保持着出色的抗氧化性能，使得本申请的PBT复合材料具有较好的高温抗黄变性能；扁平玻璃纤维具有出色的抗翘曲性能和出色的机械性能，同时其耐热性能也优于普通玻纤，使得本申请的PBT复合材料在高温下也具有较低的翘曲，且保持较好的高温机械性能。可以理解，本申请的关键之一是采用含有碳自由基的高温抗氧剂，以及采用扁平玻璃纤维和无碱玻璃纤维；不排除PBT复合材料中还可以添加其它助剂。为了保障本申请的PBT复合材料的性能，本申请优选的技术方案中，PBT复合材料中还添加有阻燃剂、增韧剂等助剂，并对各助剂进行了详细限定，详见以下技术方案。

优选的，含有碳自由基的高温抗氧剂为高温抗黄变剂HT1700。

优选的，高温抗黄变剂HT1700的用量为总重量的0.5-0.7％。

需要说明的是，高温抗黄变剂HT1700是本申请试验验证的诸多高温抗氧化剂中效果较好的一种，不排除还可以采用其它高温抗氧化剂。高温抗黄变剂HT1700在高温的情况下也能保持出色的抗氧化性能，使得本申请的PBT复合材料能在高温的环境下保存较好的材料性能，特别是颜色变色非常小。

优选的，扁平玻璃纤维的用量为总重量的25％，无碱玻璃纤维的用量为总重量的5％。

需要说明的是，采用扁平玻璃纤维增强，使得本申请的PBT复合材料具有更优异的机械性能，尤其是抗翘曲性能，和耐高温性能；本申请的一种实现方式中，本申请PBT复合材料的热变形温度(缩写HDT)大于205℃。

优选的，PBT聚合物中还添加有有机硅阻燃剂和无机硅阻燃剂。

优选的，有机硅阻燃剂为有机硅阻燃剂SI-3215N，无机硅阻燃剂为无机硅阻燃剂R-TC9。

优选的，有机硅阻燃剂SI-3215N的用量为总重量的10-12％，无机硅阻燃剂R-TC9的用量为总重量的2-5％。

需要说明的是，本申请采用有机硅和无机硅阻燃结合，大幅度的提高了本申请PBT复合材料的阻燃性能；使得本申请PBT复合材料的耐热性能优于采用溴系或磷氮系阻燃材料的PBT复合材料。

优选的，PBT聚合物中还添加有增韧剂。

优选的，增韧剂为耐高温型增韧剂G908。

优选的，耐高温型增韧剂G908的用量为总重量的3-5％。

需要说明的是，本申请采用的耐高温型增韧剂G908，是有机硅耐高温型的增韧相容剂，在高温的环境下仍然保持着出色的韧性。

优选的，PBT聚合物中还添加有加工助剂。

优选的，加工助剂为耐高温抗浮纤剂GS100。

优选的，耐高温抗浮纤剂GS100的用量为总重量的0.5-0.8％。

需要说明的是，一般的加工助剂都是小分子双极性的，而本申请采用的耐高温抗浮纤剂GS100是超支化型的高分子双极性加工助剂，在高温的环境下不分解，超支化保持了其双极性，提高了效率。

优选的，PBT聚合物中还添加有抗滴落剂。

优选的，抗滴落剂为抗滴落剂K-PT201。

优选的，抗滴落剂K-PT201的用量为总重量的0.3-0.5％。

优选的，PBT聚合物的粘度小于1dl/g。

需要说明的是，本申请的PBT复合材料，为了利于高温环境下使用，优选采用高分子量聚合物，且粘度在1dl/g以下。

优选的，本申请的PBT复合材料由以下按以重量份计算的组分组成，

本申请的另一面公开了本申请的PBT复合材料在制备电子电器、汽车零部件、精密仪器、照明灯具、熨斗或变压器骨架中的应用。

需要说明的是，本申请的PBT复合材料具有优异的机械性能、阻燃性能、耐高温性能等物理性能，且具有较好的抗黄变性能；因此，能够很好的用于制备电子电器、汽车零部件、精密仪器、照明灯具、熨斗和变压器骨架等。

本申请的有益效果在于：

本申请的PBT复合材料，采用含有碳自由基的高温抗氧剂，能在高温环境下保护材料的性能，具有较好的高温抗黄变性能；扁平玻璃纤维和无碱玻璃纤维的使用，使得本申请的PBT复合材料具有更优异的机械性能，尤其是抗翘曲性能和耐高温性能。在进一步的改进中，采用有机硅阻燃剂和无机硅阻燃剂组合使用，大幅度的提高了本申请PBT复合材料的耐温性能；而增韧剂的使用在高温环境下仍然保持出色的韧性。使得本申请的复合材料能够满足高温环境条件的应用。

具体实施方式

本申请的关键在于对PBT复合材料的组分进行改进，特别是在本申请的优选方案中：

(1)采用扁平玻璃纤维增强，具有更优异的机械性能，尤其是抗翘曲性能，和耐高温性能；本申请的一种实现方式中HDT大于205℃。

(2)HT1700是含有碳自由基的高温抗氧剂，是优异的耐高温抗氧化剂，能在高温的环境下保护材料的性能，特别是颜色变色非常小。

(3)利用有机硅和无机硅阻燃结合，大幅度提高耐温性能，性能优于溴系和磷氮系阻燃材料。

(4)G908是有机硅耐高温型的增韧相容剂，在高温的环境下仍然保持出色的韧性。

本申请的PBT增强改性，获得优异的机械性能、阻燃性能、耐高温性能等物理性能的PBT复合材料，能满足其在某些高温环境条件下的应用，例如：电子电器、汽车零部件、精密仪器以及照明灯具等领域。

下面通过具体实施例对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。

实施例

高性能抗黄变低翘曲阻燃PBT复合材料的制备，主要是应用于高温环境下，材料的所有成分都必须耐高温，否则都会影响其最终的使用。

一、配方

原材料PBT：选用高分子量的聚合物，有利于高温环境下使用，所以本例选用粘度1dl/g以下的PBT聚合物。

玻璃纤维：玻纤种类，扁平玻纤具有出色的抗翘曲性能和出色的机械性能，同时其耐热性能优于普通玻纤。

阻燃剂：有机硅和无机硅阻燃结合，大幅度的提高了其阻燃性能，其耐热性能优于溴系和磷氮系的阻燃材料。

增韧剂：G908是有机硅耐高温型的增韧相容剂，在高温的环境下仍然保持着出色的韧性。

抗氧化剂：HT1700，是含有碳自由基的高温抗氧剂，在高温的情况下也能保持着出色的抗氧化性能。

加工助剂：一般的加工助剂都是小分子双极性的，本例采用的GS-100是超支化型的高分子双极性加工助剂，在高温的环境下不分解，超支化保持了其双极性，提高了效率。

因此，本例的PBT复合材料包括以下按重量份计算的组分组成：PBT46-53.7％、扁平玻纤即扁平玻璃纤维25％、无碱玻纤即无碱玻璃纤维5％、有机硅阻燃剂SI-3215N 10-12％、无机硅阻燃剂R-TC92-5％、抗滴落剂K-PT2010.3-0.5％、耐高温型增韧剂G9083-5％、高温抗黄变剂HT17000.5-0.7％、耐高温抗浮纤剂GS1000.5-0.8％。

具体的，本例按照表1的配方制备了本例的PBT复合材料。

表1 PBT复合材料配方(wt％)

试验

PBT

扁平玻纤

无碱玻纤

SI-3215N

R-TC9

K-PT201

G908

HT1700

GS100

1

53.7％

25％

5％

10％

2％

0.30％

3％

0.50％

0.50％

2

50％

25％

5％

11％

3％

0.50％

4％

0.70％

0.80％

3

48％

25％

5％

12％

4％

0.50％

4％

0.70％

0.80％

4

46％

25％

5％

12％

5％

0.50％

5％

0.70％

0.80％

5

47.3％

25％

5％

11％

5％

0.40％

5％

0.70％

0.60％

6

46.3％

25％

5％

12％

5％

0.40％

5％

0.60％

0.70％

二、双螺杆的挤出工艺：

本例按表1的配比采用双螺杆的挤出工艺制备了六个PBT复合材料。其中，双螺杆的挤出工艺的一些重要参数如下：

温度：PBT的熔融温度是在260℃，但是玻璃纤维是矿物，过低的温度加工，会产生大量的热，并且对聚合物原材料的分子链进行过分破坏，最终会影响到其耐热性能；过高的温度加工，聚合物也会热分解。所以，本例综合情况选择在265-270℃下加工。

转速：主机转速越快塑化越好，同样对材料破坏也越强，本例结合耐温特点和螺杆组合特点，主机转速为额定转速的75％即450rmp。

螺杆组合：11组捏合块，适用于本例的PBT增强。

其余参数和操作参考现有的PBT材料双螺杆挤出工艺。

三、试验

本例分别对制备的六个PBT复合材料进行了200℃烘烤48h前、后的缺口冲击强度测试、拉伸强度测试、弯曲模量测试。并测试了200℃烘烤48h前后的变色情况，计算其色差△E。其中，缺口冲击强度按GB1843进行测试，拉伸强度按GB1040进行测试，弯曲模量按GB9341进行，PBT复合材料的变色情况按照常规的塑料透明度测试方法进行，并根据透明度变化情况计算色差△E。测试结果如表2所示。表2中的两个拉伸强度分别是横向和纵向拉伸强度。

表2 PBT复合材料烘烤前后的测试结果

根据表2的结果显示，本例的PBT复合材料在200℃的高温烘烤48h后几乎不变色，缺口冲击强度、拉伸强度和弯曲模量等机械性能保持率高于90％。说明本例的PBT复合材料具有优异的机械性能、阻燃性能、耐高温性能，能满足在某些高温环境条件下的应用，例如：电子电器、汽车零部件、精密仪器以及照明灯具等领域。

另外，本例按GB1634测量本例的PBT复合材料的热变形温度，试样尺寸120mm×15mm×10mm，测试结果显示，本例的所有PBT复合材料热变形温度都大于205℃。此外，在阻燃性能方面，由于本例采用的是有机硅和无机硅组合的阻燃剂，其阻燃性能明显优于目前普遍采用的溴系或磷氮系阻燃材料。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种PBT复合材料，其特征在于：包括在PBT聚合物中添加含有碳自由基的高温抗氧剂、扁平玻璃纤维和无碱玻璃纤维。

2.根据权利要求1所述的PBT复合材料，其特征在于：所述含有碳自由基的高温抗氧剂为高温抗黄变剂HT1700；

优选的，所述高温抗黄变剂HT1700的用量为总重量的0.5-0.7％。

3.根据权利要求1所述的PBT复合材料，其特征在于：所述扁平玻璃纤维的用量为总重量的25％，所述无碱玻璃纤维的用量为总重量的5％。

4.根据权利要求1-3任一项所述的PBT复合材料，其特征在于：PBT聚合物中还添加有有机硅阻燃剂和无机硅阻燃剂；

优选的，所述有机硅阻燃剂为有机硅阻燃剂SI-3215N，所述无机硅阻燃剂为无机硅阻燃剂R-TC9；

优选的，所述有机硅阻燃剂SI-3215N的用量为总重量的10-12％，所述无机硅阻燃剂R-TC9的用量为总重量的2-5％。

5.根据权利要求1-3任一项所述的PBT复合材料，其特征在于：PBT聚合物中还添加有增韧剂；

优选的，所述增韧剂为耐高温型增韧剂G908；

优选的，所述耐高温型增韧剂G908的用量为总重量的3-5％。

6.根据权利要求1-3任一项所述的PBT复合材料，其特征在于：PBT聚合物中还添加有加工助剂；

优选的，所述加工助剂为耐高温抗浮纤剂GS100；

优选的，所述耐高温抗浮纤剂GS100的用量为总重量的0.5-0.8％。

7.根据权利要求1-3任一项所述的PBT复合材料，其特征在于：PBT聚合物中还添加有抗滴落剂；

优选的，所述抗滴落剂为抗滴落剂K-PT201；

优选的，所述抗滴落剂K-PT201的用量为总重量的0.3-0.5％。

8.根据权利要求1-3任一项所述的PBT复合材料，其特征在于：所述PBT聚合物的粘度小于1dl/g。

9.根据权利要求1-3任一项所述的PBT复合材料，其特征在于：由以下按重量份计算的组分组成，

10.根据权利要求1-9任一项所述的PBT复合材料在制备电子电器、汽车零部件、精密仪器、照明灯具、熨斗或变压器骨架中的应用。