CN112375349B - 一种耐磨耐水解长玻纤增强pbt/sps复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨耐水解长玻纤增强pbt/sps复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐磨耐水解长玻纤增强PBT/SPS复合材料及其制备方法，包括SPS树脂、PBT树脂、长玻璃纤维、相容剂、氟化石墨、硅微粉和其他助剂。本发明通过添加氟化石墨改善PBT树脂的耐水解性能同时起到优异的耐磨性能，硅微粉的加入协同氟化石墨大幅度改善复合材料的耐磨性；SPS树脂引入共混体系，增加PBT树脂的整体机械强度，通过长玻纤改性，进一步提升材料的机械强度，特别是常温和低温缺口冲击强度，具有优异的综合性能。

Description

一种耐磨耐水解长玻纤增强PBT/SPS复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，特别涉及一种耐磨耐水解长玻纤增强PBT/SPS复合材料及其制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)机械性能优异，具有高耐热性、可适用于工况温度135℃工作环境，但PBT树脂不耐酸、碱，高温高湿环境下会发生分子链断链即耐水解性能差，导致零件机械性能降低，限制了PBT材料高温高湿环境中如电子接插件、点火线圈、电子控制单元壳体、洗衣机电机端盖等领域的广泛应用。
间同立构聚苯乙烯(syndiotactic polystyrene，SPS)具有较高的规整度，可结晶且结晶速度快，结晶度甚至可以达到50％，具有优异的耐化学腐蚀，耐水解，耐热性能，成为媲美PA、PBT等树脂的新型工程塑料。
CN99809629A通过共混特殊结构的苯乙烯或苯乙烯和丙烯腈接枝的聚丙烯酸丁酯弹性体和苯乙烯-二烯嵌段共聚物弹性体，首先提高SPS树脂的冲击强度，再共混纤维或颗粒状填料改性。但其配方体系引入弹性体，会一定程度降低SPS树脂共混体系的耐热温度并影响其耐溶剂等性能，同时无意中增加材料制造工序和成本，限制其应用。
CN1164669A通过采用在在间规聚苯乙烯/聚酯材料中添加磺化间规聚苯乙烯的方法，解决间规聚苯乙烯材料脆性大的问题，但是此方案制备的材料耐磨性较差，耐水解性能欠佳。
目前业内主流方案采用碳化二亚胺或扩链剂降低PBT的端羧基浓度，同时重建延长其分子链，最终起改善耐水解性能。但是此类方案不足之处：1.添加助剂成本非常高；2.封端反应和扩链反应受加工工艺(如挤出温度和螺杆转速、螺杆组合等)影响非常大。
因此，目前需要研发一种能够兼顾耐磨和耐水解性能的PBT/SPS复合材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种耐磨耐水解长玻纤增强PBT/SPS复合材料及其制备方法，该复合材料兼顾耐磨和耐水解性能。
本发明提供了一种耐磨耐水解长玻纤增强PBT/SPS复合材料，按重量百分比，包括如下组分：
Figure BDA0002802732720000011
Figure BDA0002802732720000021
所述SPS树脂以外消旋三单元组的组含量表示时，由13C-NMR法测定立构规整度≥35％。
所述长玻璃纤维为有捻粗砂玻璃纤维，单丝直径5-20μm，线密度为600～2500g/km，烧蚀量0.5-0.8％。
所述相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯-马来酸酐、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯-马来酸酐、乙烯/丁烯-苯乙烯-马来酸酐中的至少一种。
所述氟化石墨的氟碳比0.5～1.5，氟含量≥40％，平均粒径≤30μm。
所述硅微粉为球形硅微粉，球形化率≥95％，SiO2含量≥98.5％。
所述其他助剂为抗菌剂、抗静电剂、抗氧剂、耐候剂、润滑剂中的至少一种。
所述抗菌剂为银系抗菌剂；抗静电剂为烷基二羧甲基铵乙内酯或十二烷基二甲基季乙内盐；抗氧剂为受阻酚抗氧剂或受阻胺类抗氧剂；耐候剂为受阻苯甲酸酯类光稳定剂或苯并三唑类光稳定剂；润滑剂为酰胺类润滑剂。
本发明还提供了一种耐磨耐水解长玻纤增强PBT/SPS复合材料的制备方法，包括：
(1)将除长玻璃纤维之外的原料预混均匀后由计量秤喂入双螺杆挤出机熔融塑化均化，最后输送至浸渍模头；
(2)牵引设备牵引长玻璃纤维通过浸渍模头完成浸渍，最后将料条经冷却、定形、切粒得到所述PBT/SPS复合材料。
所述步骤(1)中的双螺杆挤出机温度设定275-300℃，转速400-800r/min，浸渍模头温度设定为300-350℃。
所述步骤(2)中的牵引线速度40-90m/min，切粒切成6±3mm或10±3mm长度。
本发明通过共混SPS树脂和氟化石墨，通过SPS优异的耐水解性，氟化石墨片层结构阻隔作用改善PBT树脂的耐水解性能；同时氟化石墨由于其极其优异的低表面自由能，自润滑性能优异，可以明显提高材料的耐磨性；同时复配硅微粉，效果远优于其他耐磨剂(如二硫化钼、石墨)；长玻纤改性赋予复合材料高耐低温冲击性能。
有益效果
本发明通过添加氟化石墨改善PBT树脂的耐水解性能同时起到优异的耐磨性能，硅微粉的加入协同氟化石墨大幅度改善复合材料的耐磨性；SPS树脂引入共混体系，增加PBT树脂的整体机械强度，通过长玻纤改性，进一步提升材料的机械强度，特别是常温和低温缺口冲击强度，具有优异的综合性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例和对比例中所采用的原材料的型号和来源：
SPS树脂：XARECTM S100，日本出光；
PBT树脂：GX112，仪征化纤；
相容剂：SAG-002，市售；
长玻璃纤维：ER4301R-2400，ER4301H-2400，重庆国际复合材料有限公司；
短切玻璃纤维：ECS303HR-3-H，重庆国际复合材料有限公司；
氟化石墨：氟碳比0.5～1.5，氟含量≥40％，平均粒径≤30μm，湖北卓熙氟化股份有限公司；
球形硅微粉：球形化率≥95％，SiO2含量≥98.5％，日本龙森公司；
石墨：市售；
抗氧剂：抗氧剂1010，市售；
润滑剂：介酸酰胺，市售。
制备方法包括：
(1)将除长玻璃纤维之外的原料预混均匀后由计量秤喂入双螺杆挤出机熔融塑化均化，最后输送至浸渍模头；按本领域常规设置，双螺杆挤出机温度设定275-300℃，转速400-800r/min，浸渍模头温度设定为300-350℃；
(2)牵引设备牵引长玻璃纤维通过浸渍模头完成浸渍，最后将料条经冷却、定形、切粒得到所述PBT/SPS复合材料；按本领域常规设置，牵引线速度40-90m/min，切粒切成6±3mm。
将得到的样条进行力学性能、耐水解性能和耐磨性能测试：
力学性能测试评价方法：
按照ISO 62标准测试样条的平衡吸水率；按照ISO527-1/2标准测试23℃测试样条的拉伸强度和拉伸模量；根据ISO179/1eA测试样条在23℃下和-30℃的简支梁缺口冲击强度；根据ISO178测试样条在23℃下的弯曲强度和弯曲模量；
耐水解性能测试：
将标准拉伸样条和缺口冲击样条放置于85℃/85RH％恒温恒湿环境箱中1200H后，测试材料的保持拉伸强度。
耐摩性能测试：
按照GB/T 5478-2008进行材料样板耐磨性能，方板尺寸：100*100*3mm，载荷500g，72r/min，进行5000转实验。
表1实施例中的原材料组分及重量份数：
组分％ 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
SPS树脂 19.8 22.3 43.9 13.1
PBT树脂 39.6 47.1 19.5 20.3
长玻璃纤维 30 20 30 50
相容剂 4 2 2 8
氟化石墨 4 6 2 2
球形硅微粉 2 2 2 6
抗氧剂 0.3 0.3 0.3 0.3
润滑剂 0.3 0.3 0.3 0.3
表2对比例中的原材料组分及重量份数：
Figure BDA0002802732720000041
Figure BDA0002802732720000051
表3实施例性能测试结果
性能 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
拉伸强度，MPa 180 175 176 195
拉伸模量，Mpa 13000 11600 11700 17500
弯曲强度，MPa 255 248 248 295
简支梁缺口冲击强度(23℃)，KJ/m2 35.6 33.5 32.5 45
简支梁缺口冲击强度(-30℃)，KJ/m2 33.1 31.2 29.6 43
水解后拉伸强度，Mpa 170 154 150 179
质量磨损量，mg 25 27 31 17
表4对比例性能测试结果
性能 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6
拉伸强度，MPa 170 172 181 148 185 178
拉伸模量，Mpa 9630 10700 12800 10300 16100 12030
弯曲强度，MPa 246 247 250 237 285 250
简支梁缺口冲击强度(23℃)，KJ/m2 24 25 35.1 15 33 32.9
简支梁缺口冲击强度(-30℃)，KJ/m2 23 23 33.2 12 30 30.2
水解后拉伸强度，Mpa 122 135 155 128 148 135
质量磨损量，mg 98 35 88 37 55 50
由表3/4测试结果得知，实施例1和对比例1对比，本发明制备的复合材料机械性能得到大幅度提升；并且优异的耐水解性能，拉伸强度性能保持率由对比例1的71.8％提高至实施例1的94.4％；材料耐磨性能得到明显改善，质量磨损量降低75％。实施例1与对比例2对比，SPS树脂不仅可以提高机械强度，且可以明显改善共混体系的耐水解性能，水解后的拉伸强度性能保持率提高约16％。实施例1与对比例3对比，水解后的拉伸强度性能保持率提高9％，氟化石墨片层结构起到阻隔作用，保护内部树脂降低翘曲。实施例1与对比例6对比，相较于普通石墨/球形硅微粉，耐磨性通过氟化石墨/球形硅微粉得到大幅度提高。实施例1对比对比例2、3和5得出结论，SPS树脂和氟化石墨/球形硅微粉复配，可以使共混体系得到最佳的机械性能、耐水解及耐磨性能。
实施例1和对比例4对比，长玻纤增强材料相比短玻纤整体机械性能提高，特别是低温耐冲击性能，具体数据常温缺口冲击强度提高137％，低温-30℃提高176％；耐水解性能和耐磨性能都得到改善，因为长玻璃纤维在制件中形成三维网络结构，骨架结构更利于分散制件受到外界冲击能量，纤维骨架提供材料强度的更多决定因素，且利于摩擦过程散热减少热磨损。

Claims (9)

1.一种耐磨耐水解长玻纤增强PBT/SPS复合材料，其特征在于：按重量百分比，包括如下组分：
Figure FDA0003941532260000011
Figure FDA0003941532260000012
所述长玻璃纤维为有捻粗砂玻璃纤维，单丝直径5-20μm，线密度为600～2500g/km，烧蚀量0.5-0.8％。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述SPS树脂立构规整度≥35％。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯-马来酸酐、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯-马来酸酐、乙烯/丁烯-苯乙烯-马来酸酐中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述氟化石墨的氟碳比0.5～1.5，氟含量≥40％，平均粒径≤30μm。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述硅微粉为球形硅微粉，球形化率≥95％，SiO2含量≥98.5％。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述其他助剂为抗菌剂、抗静电剂、抗氧剂、耐候剂、润滑剂中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的复合材料，其特征在于：所述抗菌剂为银系抗菌剂；抗静电剂为烷基二羧甲基铵乙内酯或十二烷基二甲基季乙内盐；抗氧剂为受阻酚抗氧剂或受阻胺类抗氧剂；耐候剂为受阻苯甲酸酯类光稳定剂或苯并三唑类光稳定剂；润滑剂为酰胺类润滑剂。
8.一种如权利要求1所述的耐磨耐水解长玻纤增强PBT/SPS复合材料的制备方法，包括：
(1)将除长玻璃纤维之外的原料预混均匀后由计量秤喂入双螺杆挤出机熔融塑化均化，最后输送至浸渍模头；
(2)牵引设备牵引长玻璃纤维通过浸渍模头完成浸渍，最后将料条经冷却、定形、切粒得到所述PBT/SPS复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的双螺杆挤出机温度设定275-300℃，转速400-800r/min，浸渍模头温度设定为300-350℃；所述步骤(2)中的牵引线速度40-90m/min，切粒切成6±3mm或10±3mm长度。
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