CN110669339A - 一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，包括下述重量份的原料：聚苯硫醚60～70份、玄武岩纤维20～30份、改性剂5～10份、偶联剂2～5份和成膜剂2～5份。
Description
技术领域
本发明涉及材料化学技术领域，更具体地说是涉及一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料。
背景技术
聚苯硫醚，是分子主链中带有苯硫基的热塑性树脂，具有优良的耐高温，耐腐蚀、耐辐射、阻燃性、均衡的物理机械性能，并具备极好的尺寸稳定性和优异的电性能；然而，由于PPS主链上大量的苯环增加了高分子链的刚性，其韧性变差，因而其应用受到了一定的限制。
而玄武岩纤维是一种新出现的新型无机环保绿色高性能纤维材料，不仅稳定性好，而且还具有电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等多种优异性能，但由于玄武岩纤维为无机材料，而聚苯硫醚为高分子有机材料，两者相容性极差，且玄武岩纤维自身结构和性能稳定，纤维表面光滑、表面活性位点少，造成玄武岩纤维在改性过程中更难与聚苯硫醚材料进行化学键合和机械铆合，即玄武岩纤维在聚苯硫醚材料中是独立存在，对聚苯硫醚材料性能的增强效果不佳。
因此，如何提供一种高强度耐冲击且相容性好的聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明在聚苯硫醚纤维材料中加入了玄武岩纤维和改性剂等物质，从而增加材料的抗冲击能力。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，包括下述重量份的原料：聚苯硫醚60～70份、玄武岩纤维20～30份、改性剂5～10份、偶联剂2～5份和成膜剂2～5份。
一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，其特征在于，包括下述最优重量份的原料：
聚苯硫醚63份、玄武岩纤维24份、改性剂6份、偶联剂3份和成膜剂4份。
作为本发明优选的技术方案，所述玄武岩纤维为经浓度为20％的路易斯酸溶液浸泡并热处理后的纤维。
以上技术方案达到的技术效果是：路易斯酸为AlCl3，其与改性剂的作用类似，也可以增加玄武岩纤维表面的粗糙度。
作为本发明优选的技术方案，所述热处理的条件为：温度为60～90℃，时间为2～5小时。
作为本发明优选的技术方案，所述改性剂为磺酸盐、硫酸和酚类化合物的混合物，且三者的质量比为(2～7)：(2～4)：(1～2)。
作为本发明优选的技术方案，所述磺酸盐为磺酸钠、磺酸钾或氨基磺酸。
作为本发明优选的技术方案，所述酚类化合物为苯酚、苯酚钠或硝基酚。
作为本发明优选的技术方案，其特征在于，所述偶联剂为含有磺酸根基团的硅烷。
作为本发明优选的技术方案，所述成膜剂为聚四氟乙烯乳液或聚丙烯酸酯乳液中的一种。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高强度耐冲击的聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，通过改性剂和偶联剂，增加了玄武岩纤维表面的粗糙度，并使其接枝活性基团，便于与聚苯硫醚结合，形成高强度的纤维复合材料。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
实施例1
一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，其特征在于，包括下述重量份的原料：
聚苯硫醚63份、玄武岩纤维24份、质量比为3：3：1氨基磺酸、硫酸和硝基酚的混合物6份、含有磺酸根基团的硅烷3份和聚丙烯酸酯乳液4份；所述玄武岩纤维为经浓度为20％的AlCl3溶液浸泡并在温度为80℃，热处理4h后的纤维；
制备过程为：
1)先以浓度为20％的AlCl3溶液对玄武岩纤维进行浸泡，以AlCl3溶液完全浸没玄武岩纤维为准，2h后，将浸泡过的玄武岩纤维在80℃下进行热处理4h；
2)然后将热处理后的玄武岩纤维在质量比为2：2：1的磺酸钠、硫酸和苯酚的混合溶液中浸泡3h；混合溶液的浓度为0.5g/ml；
3)将步骤2)得到的玄武岩纤维材料在1350℃下进行熔融，并将熔液在2500m/min速度下进行拉丝，得到直径为8um的玄武岩纤维丝；
4)将得到的玄武岩纤维丝在温度为60℃的含有磺酸根基团的硅烷溶液(0.4g/ml)中浸泡2h；
5)将步骤4)得到的玄武岩纤维丝与聚苯硫醚在95℃下热处理3h，得到聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料。
实施例2性能测试
对实施例1中制得的聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料进行性能测试，测试方法为：
采取GB/T1040.2-2006/1A/20中的方法对拉伸强度(MPa)进行测试；
采取GB/T 9341-2008中的方法对弯曲强度(MPa)进行测试；
采取GB/T 1843-2008/U中的方法对悬臂梁无缺口冲击强度(kJ/m2)进行测试；
采取GB/T 1843-2008A中的方法对悬臂梁缺口冲击强度(kJ/m2)进行测试；
采取GB/T 1634.2-2004中的方法对热变形温度(℃)进行测试；
采取UL 94中的方法对阻燃性能进行测试；
采取GB/T 17037.4-2003中的方法对成型收缩率(％)进行测试；结果如表1所示；
表1
实施例3
去除实施例1中的聚丙烯酸酯乳液，其他原料不变，制得的纤维复合材料记为材料1；
去除去除实施例1中的含有磺酸根基团的硅烷，其他原料不变，制得的纤维复合材料记为材料2；
实施例1中的玄武岩纤维不经AlCl3溶液浸泡、热处理的过程，其他原料和制备方法不变，制得的纤维复合材料记为材料3；
按照实施例2中的测试方法对材料1、材料2和材料3进行性能测试，结果如表2；
表2
由表2可知，聚丙烯酸酯乳液对复合材料的性能影响不显著，含有磺酸根基团的硅烷和AlCl3溶液对拉伸强度、弯曲强度和冲击强度的影响较大，说明磺酸根基团的硅烷和AlCl3溶液可以显著提高复合材料的抗冲击强度和拉伸强度。
实施例4
将实施例1中的氨基磺酸、硫酸和硝基酚的混合物更换为同等质量的二苯二硫醚的苯溶液，质量浓度为0.6g/ml，制得的复合材料为材料1；
将实施例1中的AlCl3溶液更换为同等质量浓度的ZnCl2溶液，制得的复合材料为材料2；
按照实施例2中的测试方法对材料1、材料2进行性能测试，结果如表3所示；
表3
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，其特征在于，包括下述重量份的原料：
聚苯硫醚60～70份、玄武岩纤维20～30份、改性剂5～10份、偶联剂2～5份和成膜剂2～5份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，其特征在于，包括下述最优重量份的原料：
聚苯硫醚63份、玄武岩纤维24份、改性剂6份、偶联剂3份和成膜剂4份。
3.根据权利要求1-2任一所述的一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，其特征在于，所述玄武岩纤维为经浓度为20％的路易斯酸溶液浸泡并热处理后的纤维。
4.根据权利要求3所述的一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，其特征在于，所述热处理的条件为：温度为60～90℃，时间为2～5小时。
5.根据权利要求4所述的一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，其特征在于，所述改性剂为磺酸盐、硫酸和酚类化合物的混合物，且三者的质量比为(2～7)：(2～4)：(1～2)。
6.根据权利要求5所述的一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，其特征在于，所述磺酸盐为磺酸钠、磺酸钾或氨基磺酸。
7.根据权利要求5所述的一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，其特征在于，所述酚类化合物为苯酚、苯酚钠或硝基酚。
8.根据权利要求6-7任一所述的一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，其特征在于，所述偶联剂为含有磺酸根基团的硅烷。
9.根据权利要求6-7任一所述的一种高强度耐冲击聚苯硫醚/玄武岩纤维复合材料，其特征在于，所述成膜剂为聚四氟乙烯乳液或聚丙烯酸酯乳液中的一种。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200110 |