CN111073226B - 一种高强度高光泽低翘曲pbt复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料及其制备方法和应用。所述复合材料由聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、玻纤、环氧树脂、抗氧剂和润滑剂组成。本发明采用高玻纤含量，提高材料强度，扩大以塑代钢应用；加入PET树脂抑制PBT结晶，改善PBT复合材料；加入环氧树脂，改善玻纤与树脂结合，改善PBT复合材料的机械强度和外观；采用扁平玻纤，降低PBT复合材料的翘曲，改善其尺寸稳定性。本发明操作简单，获得的高强度高光泽低翘曲PBT复合材料具有优良的光泽度、机械强度和平整度，可以替代金属在多个领域推广应用，具有很好的市场推广前景。

Description

一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于改性塑料领域，具体涉及一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着工程塑料改性技术的提升，“以塑代钢”已成为国际流行趋势，性能优异的工程塑料在各领域得到广泛应用。工程塑料被广泛应用于电子电气、汽车、建筑、办公设备、机械、航空航天等行业。在机械上，工程塑料可用于轴承、齿轮、丝杠螺母、密封件等机械零件和壳体、盖板、手轮、手柄、紧固件及管接头等机械结构件上。在电子电器上，工程塑料可用于电线电缆包覆、印刷线路板、绝缘薄膜等绝缘材料和电器设备结构件上。在家用电器上，工程塑料可用于电冰箱、洗衣机、空调器、电视机、电风扇、吸尘器、电熨斗、微波炉、电饭煲、收音机、组合音响设备与照明器具上。在化工上，工程塑料可用于热交换器、化工设备衬里等化工设备上和管材及管配件、阀门、泵等化工管路中。在汽车工业上，工程塑料主要应用于保险杠、燃油箱、仪表板、车身板、车门、车灯罩、燃油管、散热器以及发动机相关零部件等。

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性饱和聚酯，通过增强、阻燃等改性，PBT复合材料以其优良的力学性能、电性能、耐热性能、加工性能,尤其是良好的综合性能而在电子电器、汽车工业和机械、仪器仪表和家用电器等领域中得到广泛地应用，很好诠释了“以塑代钢”的发展趋势。但是，玻纤的加入会导致材料流动方向和垂直流动方向收缩不一致，产生翘曲变形问题，而且随着玻纤添加量的增加，外观容易出现浮纤，影响表面均匀性和光泽度。

中国专利CN 101469107B公布一种良好表面、高流动玻璃纤维增强PBT/ABS复合材料及其制备方法，其组成按照重量百分比计，包括：PBT树脂10～65％、ABS树脂10～65％、相容剂1～10％，玻璃纤维10～40％，润滑剂1～5％，其他助剂0.5～4％。该发明复合材料表面光泽好，性能好，易加工。中国专利CN 101580632 B公布一种高光泽高性能玻纤增强PBT材料及其制备方法，其组成按照重量百分比计，包括：PBT树脂30～50％、PMMA树脂9～18％、特种相容改性剂5～10％、玻纤10～50％、特种成核剂2～4％、特种耐热剂3～5％、复合偶联剂1～3％。该发明综合力学性能优异、光泽度高。以上这两个专利通过加入第二树脂组分改善玻纤增强PBT的外观，但机械强度不是特别突出(从实施例看，拉伸强度<160MPa，弯曲模量<14000MPa)，而且并未对材料的尺寸稳定性进行研究。

中国专利CN 105273374 B公布了一种高性能防翘曲玻纤增强PBT/ASA合金材料，其组成按照重量百分比计，包括：PBT树脂30～60％、矿物5～20％、ASA树脂10～40％、增韧剂1～5％、玻纤5～30％、成核剂0.1～1.5％、加工助剂0.8-1.5％。该专利可以制备具有优异机械性能和低翘曲性能的PBT复合材料，可用于例如卡车外转饰条等容易翘曲、对老化要求高的制件。但是，受限于玻纤含量，该发明的PBT复合材料机械强度不高，限制其在高强度要求领域的应用。

中国专利CN 103589123 B公布一种玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料及其制备方法，其组成按照重量百分比计，包括：PBT树脂45～50％、玻纤48～52％、低分子树脂2～3％、成核剂0.5～1％、抗氧剂0.2～1％。该专利通过低分子树脂、低粘度聚对苯二甲酸丁二醇酯和高含量玻纤协同作用，获得高强度高光PBT复合材料，但低分子量PBT的引入可能对PBT的耐水解性能和耐热性能带来不良影响，同时，该发明只说明了材料的收缩率，并未对翘曲情况展开研究。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料。该材料同时具有优良的机械强度、优良的表面光泽和低翘曲性能，可以替代金属用于家电汽车、电子电气和机械化工等领域。

本发明的另一目的在于提供上述一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料，该复合材料由聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、玻纤、环氧树脂、抗氧剂和润滑剂组成，以重量百分比计算，各组分用量如下：

其中，上述各组分重量百分比之和为100％；PBT的特性粘度为0.8～0.85dl/g；PET的特性粘度为0.65～0.68dl/g；所述玻纤为无碱扁平玻璃纤维，短切长度为3～24mm，异形比(长边直径与窄边直径的比例)为2：1～5：1。

优选地，所述一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料，以重量百分比计算，由以下组分组成：

优选地，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，环氧值为1.0～2.0Eq/Kg。

优选地，所述的抗氧剂为受阻酚和亚磷酸酯中的至少一种；更优选为受阻酚和亚磷酸酯组成的复配抗氧体系，最优选为受阻酚和亚磷酸酯按照质量比1：1～2组成的复配抗氧体系。

优选地，所述的润滑剂为硅酮粉。

本发明以低粘PBT树脂为基材，加入高含量扁平玻纤，获得高强度PBT复合材料。加入PET树脂，通过其对PBT结晶的抑制，改善PBT复合材料的外观，获得高光PBT复合材料(结晶过快导致树脂接触模具后迅速冻结，无法及时包围模具表层的玻璃纤维，在制件表面形成放射状白色痕迹—浮纤)。加入PBT或者PET树脂特性粘度过高会影响材料流动性，影响对玻纤包覆，导致机械性能下降和外观不良，加入PBT或者PET树脂特性粘度过低会影响材料的机械性能。

加入环氧树脂，可以改善玻纤与树脂的结合，改善机械强度与外观，这是由于环氧树脂上含有多个极性官能团，这些官能团会与树脂和玻纤同时反应。如果加入环氧树脂过少，会导致反应不充分，影响玻纤和树脂的结合，如果加入环氧树脂量过多，未反应游离的环氧树脂会影响材料的机械性能。

上述一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料的制备方法，包括如下步骤：将PBT、PET、玻纤、环氧树脂、抗氧剂和润滑剂加入混合机混合均匀，将混合后的物料加入挤出机主喂料斗，将玻纤通过侧喂料口加入，通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得高强度高光泽低翘曲PBT复合材料。

优选地，所述混合的时间为3～5min；所述双螺杆挤出机的转速为300～500r/min，温度为220～260℃。

上述一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料在家电汽车、电子电气和机械化工领域中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)采用高玻纤含量，提高材料强度，扩大以塑代钢应用。

(2)加入PET树脂抑制PBT结晶，改善PBT复合材料，同时特定粘度的PET和PBT树脂能更好地包覆玻纤也提高复合材料的机械性能。

(3)加入环氧树脂，改善玻纤与树脂结合，进一步改善PBT复合材料的机械强度和外观。

(4)采用扁平玻纤，降低PBT复合材料的翘曲，改善其尺寸稳定性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明实施例和对比例均按照标准要求注塑成测试用的标准样条并进行测试。其中，拉伸强度按照ISO527标准，弯曲强度、弯曲模量按照ISO178标准，收缩率按照ISO294-4标准。光泽度测试按照ISO2813标准，采用60°角。

本发明实施例和对比例中用到的原料如下：

PBT：PBTKH2083(特征粘度0.83dl/g)，PBTKH2100(特征粘度1.0dl/g)，营口康辉石化有限公司；

PET：超亮光聚酯切片(特征粘度0.68dL/g)，江苏恒力化纤股份有限公司；YS-W01(特征粘度0.8dL/g)，海南逸盛石化有限公司；

玻纤：TFG-3.0-T436(异形比4：1)，短切长度3.0mm，ECS13-3.0-T436，单丝直径13μm，短切长度3.0mm，山东泰山玻璃纤维有限公司；

环氧树脂：Araldite GT-7072(环氧值1.68～1.75Eq/Kg)，美国亨斯迈(Huntsman)公司；

抗氧剂：受阻酚1010，四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，德国巴斯夫(Basf)公司；亚磷酸酯S-9228(双(2,4—二酷基)季戊四醇二亚磷酸酯)，美国都福(Dover)公司；

润滑剂：硅酮粉TEGOMER E525，德国德固赛(Degussa AG)公司。

实施例1

一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按表1中PBT、PET、环氧树脂、抗氧剂和润滑剂的量称取原料；

(2)将步骤(1)各种原料在混合机中混合5min，然后加入挤出机主喂料斗，在侧喂料斗加入玻纤，通过双螺杆挤出机挤出造粒；

其中，双螺杆挤出机的转速为300r/min，温度为220～260℃。所得的高强度高光泽低翘曲PBT复合材料性能见表2。

实施例2

一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按表1中PBT、PET、环氧树脂、抗氧剂和润滑剂的量称取原料；

(2)将步骤(1)各种原料在混合机中混合3min，然后加入挤出机主喂料斗，在侧喂料斗加入玻纤，通过双螺杆挤出机挤出造粒；

其中，双螺杆挤出机的转速为500r/min，温度为220～260℃。所得的高强度高光泽低翘曲PBT复合材料性能见表2。

实施例3～4

实施例3～4分别按表1称取原料后，按照实施例1的方法制备得到高强度高光泽低翘曲PBT复合材料，所得的高强度高光泽低翘曲PBT复合材料性能见表2。

对比例1～5

对比例1～7分别按照表3称取原料后，按照实施例1的方法制备得到改性PBT复合材料。所得的改性PBT复合材料检测见表4。

表1 高强度高光泽低翘曲PBT复合材料的组成

表2 实施例性能检测

表3 对比例PBT复合材料的组成

表4 对比例性能检测

通过对比例1与实施例1，对比例7和实施例1的比较可以看出，采用低粘PBT和PET树脂，PBT复合材料的机械性能和光泽度有明显的提升，这是由于低粘PBT流动性好，可以对玻纤有更好的包覆作用。

通过对比例2和实施例2比较可以看出，PET树脂的加入可以显著改善PBT复合材料的外观，这是由于PET影响PBT结晶，使得模具中树脂可以更好地流动，能够更好包围模具表层的玻璃纤维。进一步地，由于对树脂有更好的包覆作用，也导致加入PET树脂的PBT复合材料的拉伸强度和弯曲强度更高。

通过对比例3、对比例4与实施例3比较可以看出，环氧树脂的加入可以明显改善PBT复合材料的机械强度，这是由于环氧树脂上含有多个官能团，这些官能团可以与树脂(PBT和PET)和玻纤同时反应，增强树脂与玻纤的界面结合。除了机械强度外，环氧树脂的加入也可以改善PBT复合材料的光泽度。

通过对比例5和实施例4的对比可以看出，采用扁平玻纤，可以明显降低PBT复合材料流动性方向收缩率和垂直流动方向收缩率的差异，降低PBT复合材料的翘曲。

通过对比例6和实施例1的对比可以看出，提高玻纤含量，可以显著提高PBT复合材料的机械强度，这样可以拓展其在高强度要求下的应用。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料，其特征在于，所述复合材料由PBT、PET、玻纤、环氧树脂、抗氧剂和润滑剂组成，以重量百分比计算，各组分用量如下：

PBT 20~30%

PET 10~20%

玻纤 50~60%

环氧树脂 1~4%

抗氧剂 0.4~0.6%

润滑剂 0.6~1.4%；

其中，上述各组分重量百分比之和为100%；PBT的特性粘度为0.8~0.85 dl/g；PET的特性粘度为0.65~0.68 dl/g；所述玻纤为无碱扁平玻璃纤维，短切长度为3~24 mm，异形比为2：1~5：1。

2.根据权利要求1所述一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料，其特征在于，所述一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料，以重量百分比计算，由以下组分组成：

PBT 21~30%

PET 10~20%

玻纤 55~60%

环氧树脂 2~4%

抗氧剂 0.5~0.6%

润滑剂 1.0~1.4%。

3.根据权利要求1或2所述一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料，其特征在于，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，环氧值为1.0~2.0Eq/Kg。

4.根据权利要求1或2所述一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为受阻酚和亚磷酸酯中的至少一种。

5.根据权利要求4所述一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为受阻酚和亚磷酸酯组成的复配抗氧体系。

6.根据权利要求5所述一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为受阻酚和亚磷酸酯按照质量比1：1~2组成的复配抗氧体系。

7.根据权利要求1或2所述一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料，所述的润滑剂为硅酮粉。

8.权利要求1~7任一项所述一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：以重量百分比计，将PBT、PET、环氧树脂、抗氧剂和润滑剂混合均匀，将混合后的物料加入挤出机主喂料斗，在侧喂料斗加入玻纤，通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得高强度高光泽低翘曲PBT复合材料。

9.根据权利要求8所述一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合的时间为3~5 min；所述双螺杆挤出机的转速为300~500 r/min，温度为220~260℃。

10.权利要求1~7任一项所述一种高强度高光泽低翘曲PBT复合材料在家电汽车、电子电气和机械化工领域中的应用。