CN111138814A - 一种轻质高强的pbt材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻质高强的PBT材料及其制备方法。所述PBT材料包括PBT塑料粒子，助剂及可膨胀微球；所述可膨胀微球呈壳‑核结构，其中，壳材料为热塑性聚合物，核材料为沸点不高于壳材料沸点的发泡剂。制备方法为：在PBT塑料粒子中根据需要添加助剂及色母粒，然后添加可膨胀微球并均匀混合；将混合物从加料口注入注塑机内，通过料筒升温将混合物熔融；将已熔融的混合物注入模具，进行注塑。在注塑过程中，微球壳体受热软化，体积膨胀，形成稳定的大小相近的泡孔。微球膨胀后，球体内以气体为主，可以很好降低注塑件的密度，实现轻量化，调整合适的温度及压力后，PBT材料可减重10％‑30％，弯曲与拉伸比强度均有所提升。

Description

一种轻质高强的PBT材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种可以通过添加可膨胀微球制备轻质高强PBT材料的方法。
背景技术
工程塑料聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)具有耐热性、高机械强度、高绝缘性、低吸水性和低摩擦性等优点，被广泛地运用于电子电器、汽车工业以及办公机械等领域。随着工程塑料PBT应用领域的拓展，对降低注塑件的密度以及减少材料的用量有迫切的需求，但与此同时，希望材料仍能保持较高的比强度。
可膨胀微球是一种由合成的高分子材料包裹分散的液体、甚至气体，从而形成核壳结构的微球体。微球外壳受热后软化，被包裹的物质内压增大，体积膨胀至原来的数倍。在专利US3615972、EP486080、EP566367、CN201510483687.3、CN201610792097.3、CN201811543174等中公开了微球合成与发泡技术。可膨胀微球由于配方的差异和制备工艺的不同，根据发泡温度范围可分为低温微球、高温微球以及超高温微球。微球的壳体主要由高分子聚合物聚合而成，具有一定的支撑性，作为填充物进入塑料晶体的分子结构间隙，因此，可以最大限度地改善由于气泡带来的材料力学性能上的下降。
现有PBT材料力学性能的增强与其轻量化相悖，增强其力学性能则密度便会增加，反之降低其密度力学性能则会严重下降。微发泡材料技术以其具有独特的芯层发泡、表层致密的三明治结构，在尽可能不降低性能的前提下，减轻注塑件的密度，缩短注塑的周期，减少材料使用量，降低生产成本。而现有的针对PBT发泡技术主要为复合化学发泡剂。复合化学发泡剂制备的PBT发泡材料，泡孔较大且不均匀，力学性能下降严重。本发明利用可膨胀微球微孔发泡，壳体作为泡孔的力学支撑，增强其力学性能的同时最大限度降低了PBT材料的密度，从而制备一种轻质高强度的PBT材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有PBT材料力学性能的增强与其轻量化相悖，增强其力学性能则密度便会增加，反之降低其密度力学性能则会严重下降。
为了解决上述问题，本发明提供了一种轻质高强的PBT材料，其特征在于，包括以下以重量份计的PBT塑料粒子，助剂及可膨胀微球；所述可膨胀微球呈壳-核结构，其中，壳材料为热塑性聚合物，核材料为沸点不高于壳材料沸点的发泡剂。
优选地，所述PBT塑料粒子为非增强型PBT、玻纤增强型PBT和阻燃改性PBT中的至少一种。
优选地，所述可膨胀微球为超高温微球；可膨胀微球的形式为母粒或干粉。
优选地，所述可膨胀微球的添加量为PBT塑料粒子重量的0.05～10％。
优选地，所述助剂的添加量为PBT塑料粒子重量的1～10％。
优选地，所述助剂为增塑剂、相容剂、润滑剂和抗氧化剂中的任意一种或几种。
更优选地，所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类化合物。
更优选地，相容剂为马来酸酐接枝物。
更优选地，润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯和油酰胺中的任意一种。
更优选地，抗氧化剂为酚类或胺类抗氧化剂。
进一步地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯和乙酰柠檬酸三丁酯中的至少一种；抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168和抗氧化剂1076中的任意一种。
优选地，还包括色母粒，其添加量为其它所有原料总质量的1～5％。
本发明还提供了上述轻质高强的PBT材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：在PBT塑料粒子中根据需要添加助剂及色母粒，然后添加可膨胀微球并均匀混合；
步骤2)：将步骤1)得到的混合物从加料口注入注塑机内，通过料筒升温将混合物熔融；
步骤3)：将已熔融的混合物注入模具，进行注塑。
优选地，所述步骤1)中的PBT塑料粒子使用前先在110～150℃下干燥。
优选地，所述步骤3)中注塑的工艺参数为：温度220～270℃，压力0.5～4.0MPa，模具温度0～80℃。
本发明根据PBT工程塑料的加工温度范围，选择合适牌号的微球，添加于注塑工艺中。在注塑过程中，微球壳体受热软化，体积膨胀，形成稳定的大小相近的泡孔。微球膨胀后，球体内以气体为主，可以很好降低注塑件的密度，实现轻量化，调整合适的温度及压力后，PBT材料可减重10％-30％，弯曲与拉伸比强度均有所提升。
本发明首次利用可膨胀微球的核壳结构和膨胀温度将可膨胀微球添加到PBT中，降低了材料的密度，同时提高了材料的拉伸和弯曲比强度，在不降低材料力学性能的前提下实现了轻量化的目标。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
实施例1-3中所采用的可膨胀微球采用快思瑞科技(上海)有限公司提供的膨胀温度为280℃的微球发泡剂。
实施例1
将500重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)置于烘箱中，在130℃下干燥2-3h。微球形式为母粒，微球添加量为10份，添加5份DOP(邻苯二甲酸二辛酯)，10份马来酸酐接枝物，在混料机中混合5min。通过加料口加入单螺杆注塑机注塑，分别设定多段螺杆温度在220-250℃间，注塑压力为1.0MPa，背压为0.04MPa，螺杆转速为35rpm，保压时长为5s，控制模具温度为12℃，模具为标准哑铃状模具。
对比例1
作为对比，将聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)在相同的操作条件下进行注塑得到哑铃状样条。
实施例2
将500重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)置于烘箱中，在110℃下干燥2-3h。微球形式为干粉，微球添加量为10份，添加5份DOP(邻苯二甲酸二辛酯)、5份白油(润滑剂)、5份抗氧化剂1010，在混料机中5min混合均匀后。通过加料口加入单螺杆注塑机注塑，分别设定多段螺杆温度在230-260℃间，注塑压力为1.5MPa，背压为0.04MPa，螺杆转速为25rpm，保压时长为5s，控制模具温度为15℃，模具为标准哑铃状模具。
对比例2
作为对比，将聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)在相同的操作条件下进行注塑得到哑铃状样条。
实施例3
将500重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)置于烘箱中，在110-150℃下干燥2-3h。微球形式为干粉，微球添加量为5份，添加5份白油润滑剂、10份马来酸酐接枝物，在混料机中混合5min。通过加料口加入单螺杆注塑机注塑，分别设定多段螺杆温度在220-240℃间，注塑压力为1.6MPa，背压为0.02MPa，螺杆转速为35rpm，保压时长为5s，控制模具温度为20℃，模具为标准哑铃状模具。
对比例3
作为对比，将聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)在相同的操作条件下进行注塑得到哑铃状样条。
性能检测：
塑件密度用真密度仪进行测试，每个样本测量至少5次。AccuPyc II 1340，麦克默瑞提克(上海)仪器有限公司。
用万能材料试验机进行拉伸以及弯曲性能的测试，YHS-229WJ-20kN，上海益环仪器科技股份有限公司。拉伸性能按GB/T1040.2-2006测试，拉伸速度10mm/min；弯曲性能按GB/T9341-2008测试，弯曲速度2mm/min。每个样本至少测量5次。
比强度计算：拉伸比强度，拉伸模量与密度的比值；弯曲比强度，弯曲模量与密度的比值。
上述哑铃状标准样条的测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002369649720000051
由表1可见，在加入一定量的可膨胀微球后，样条的密度相对于纯料样条减小，与此同时，材料的弯曲比强度以及拉伸比强度提升。优质的结构材料应具有较高的比强度，才能尽量以较小的截面满足强度要求，同时可以大幅度减小结构体本身的自重。比强度越高表明达到相应强度所用的材料质量越轻，从而实现产品轻量化的目标。

Claims (10)

1.一种轻质高强的PBT材料，其特征在于，包括PBT塑料粒子，助剂及可膨胀微球；所述可膨胀微球呈壳-核结构，其中，壳材料为热塑性聚合物，核材料为沸点不高于壳材料沸点的发泡剂。
2.如权利要求1所述的轻质高强的PBT材料，其特征在于，所述PBT塑料粒子为非增强型PBT、玻纤增强型PBT和阻燃改性PBT中的至少一种。
3.如权利要求1所述的轻质高强的PBT材料，其特征在于，所述可膨胀微球为超高温微球；可膨胀微球的形式为母粒或干粉。
4.如权利要求1所述的轻质高强的PBT材料，其特征在于，所述可膨胀微球的添加量为PBT塑料粒子重量的0.05～10％。
5.如权利要求1所述的轻质高强的PBT材料，其特征在于，所述助剂的添加量为PBT塑料粒子重量的1～10％。
6.如权利要求1所述的轻质高强的PBT材料，其特征在于，所述助剂为增塑剂、相容剂、润滑剂和抗氧化剂中的任意一种或几种。
7.如权利要求1所述的轻质高强的PBT材料，其特征在于，还包括色母粒，其添加量为其它所有原料总质量的1～5％。
8.权利要求1-7任意一项所述的轻质高强的PBT材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：在PBT塑料粒子中根据需要添加助剂及色母粒，然后添加可膨胀微球并均匀混合；
步骤2)：将步骤1)得到的混合物从加料口注入注塑机内，通过料筒升温将混合物熔融；
步骤3)：将已熔融的混合物注入模具，进行注塑。
9.如权利要求8所述的轻质高强的PBT材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的PBT塑料粒子使用前先在110～150℃下干燥。
10.如权利要求8所述的轻质高强的PBT材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中注塑的工艺参数为：温度220～270℃，压力0.5～4.0MPa，模具温度0～80℃。
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