CN112646374A - 导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料及其制备方法，所述复合材料包括以下重量份的原料：聚苯硫醚树脂30～55份；导电聚酮母粒10～20份；耐磨剂5～10份；抗氧剂0.1～1份；润滑剂0.5～1份；偶联剂0.1～0.5份；玻璃纤维30～40份。发明的导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料具有很好的力学性能、导电性和耐磨性，制备方法简单，制作成本低，可广泛应用于汽车配件、工业零部件等领域。

Description

导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料及其制备方法。
背景技术
聚苯硫醚(PPS)是一种优异的热塑性工程塑料，从分子结构来看，其具有优良的阻燃性、热稳定性、同时尺寸稳定性好、易成型、耐溶剂性好、结晶度高等优良的综合性能。由于分子链中含有苯环，导致聚苯硫醚本身的脆性较大、韧性不足，耐磨性比较差等缺点，限制了聚苯硫醚(PPS)的应用范围。目前市面上绝大部分都是通过添加玻璃纤维、碳纤维、填充等来提高聚苯硫醚(PPS)的性能，以满足航空航天、汽车工业领域的需求。
聚酮(POK)树脂是一种综合性能极其优良的新型工程塑料，聚酮(POK)材料具有耐磨、耐油、自润滑、耐冲击等诸多优良性能，与聚甲醛材料相比该材料具有比重低、耐冲击韧性更高、绿色环保等特点，聚酮的耐磨性是聚甲醛的14倍，是及其优异的耐磨材料，一般可用于汽车内饰、外饰件、电子电气中的齿轮等。本发明通过加入聚酮树脂，可明显提升材料的刚性和耐磨性能，并能有效的降低材料成本。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料及其制备方法，以有效解决目前聚苯硫醚导电性能和耐磨性差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料，包括以下重量份的原料：
Figure BDA0002848829300000011
Figure BDA0002848829300000022
进一步地，所述的导电聚酮母粒由以下原料按重量配制而成：
Figure BDA0002848829300000021
进一步地，所述聚酮的熔融指数为50-80g/10min。
进一步地，所述的碳纳米管直径1-3nm，长度1-50um。
进一步地，所述的聚苯硫醚树脂为线性聚苯硫醚，分子量为4-6万，熔融指数为150-250g/10min。
进一步地，所述的耐磨剂为偶联剂处理过的纳米二氧化硅，目数2000-2500目。
进一步地，所述的抗氧剂为四季戊四醇酯、亚磷酸三酯、季戊四醇类十二硫代丙酯中的一种或多种。
进一步地，所述的润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、OP蜡、乙撑双硬脂酰胺中的一种或多种。
进一步地，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、苯γ-丙基三甲氧基硅烷、苯乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
进一步地，所述的玻璃纤维为经硅烷偶联剂处理过的无碱玻纤，短切长度3-5mm，纤维直径7-10um。
相应地，本发明实施例还提供了一种导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料的制备方法，包括：
步骤1：按以下重量份称取各原料：聚苯硫醚树脂30～55份；导电聚酮母粒10～20份；耐磨剂5～10份；抗氧剂0.1～1份；润滑剂0.5～1份；偶联剂0.1～0.5份；玻璃纤维30～40份；
步骤2：将称取的聚苯硫醚树脂、导电聚酮母粒和偶联剂先混合均匀，再加入耐磨剂、抗氧剂、润滑剂混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时从双螺杆挤出机的侧喂料加入玻璃纤维，经熔融、挤出、造粒，得到聚苯硫醚/聚酮复合材料；
步骤2中的双螺杆挤出机从喂料口到机头分为八区，一至八区温度分别为240～250℃、260～270℃、265～275℃、265～275℃、260～270℃、250～260℃、245℃～255、240℃～250；模头温度275～285℃，螺杆转速为300～350r/min，喂料转速为10～15Hz。
进一步地，步骤1之前还包括导电聚酮母粒制备步骤：
按以下重量份称取各原料：聚酮85～95份，碳纳米管5～10份，抗氧剂0.1～1份，润滑剂0.5～1份；
将称取的聚酮、抗氧剂、润滑剂混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时从双螺杆挤出机的侧喂料加入碳纳米管，经熔融、挤出、造粒，得到导电聚酮母粒；
导电聚酮母粒制备步骤中的双螺杆挤出机从喂料口到机头分为八区，一至八区温度分别为220～230℃、230～240℃、230～240℃、235～245℃、230～240℃、220～230℃、220℃～230、210℃～220；模头温度240～250℃，螺杆转速为280～320r/min，喂料转速为10～15Hz。
本发明的有益效果是：本发明的导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料具有很好的力学性能、导电性和耐磨性，制备方法简单，制作成本低。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例的导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料包括以下重量份的原料：
Figure BDA0002848829300000031
作为一种实施方式，所述的导电聚酮母粒由以下原料按重量配制而成：
Figure BDA0002848829300000032
Figure BDA0002848829300000041
作为一种实施方式，所述聚酮的熔融指数为50-80g/10min(240℃/2.16kg)。
作为一种实施方式，所述的碳纳米管直径1-3nm，长度1-50um。
作为一种实施方式，所述的聚苯硫醚树脂为线性聚苯硫醚，分子量为4-6万，熔融指数为150-250g/10min(316℃/2.16kg)。
作为一种实施方式，所述的耐磨剂为偶联剂处理过的纳米二氧化硅，目数2000-2500目。
作为一种实施方式，所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、季戊四醇类十二硫代丙酯中的一种或多种。
作为一种实施方式，所述的润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、OP蜡、乙撑双硬脂酰胺中的一种或多种。
作为一种实施方式，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、苯γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、苯乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
作为一种实施方式，所述的玻璃纤维为经硅烷偶联剂处理过的无碱玻纤，短切长度3-5mm，纤维直径7-10um。
本发明的耐磨剂选择偶联剂处理过的纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的加入，形成网络结构，加快结晶速率，使材料具有很好的耐磨性和刚性；聚酮树脂本身价格低、且具有较高的耐磨性，这样进一步增强了改性聚苯硫醚(PPS)的物理机械性能和耐磨性。用本发明的方法制备的聚苯硫醚/聚酮复合材料，具有优异的力学性能，制作成本低，可广泛应用于汽车配件、工业零部件等领域。
(1)导电聚酮母粒的制备：
按重量计，将聚酮树脂89份、碳纳米管10份、抗氧剂0.5份、润滑剂0.5份、混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时从挤出机的侧喂料加入10份碳纳米管，经熔融挤出、冷却、造粒，即得到导电聚酮母粒。各区温度分别为220～230℃、230～240℃、230～240℃、235～245℃、230～240℃、220～230℃、220℃～230、210℃～220、模头温度240～250℃，螺杆转速为280～320r/min，喂料转速为10～15Hz。
实施例1
按重量计，将聚苯硫醚树脂43.8份、(1)制备的导电聚酮母粒10份、偶联剂0.2份混合均匀，然后再和耐磨剂5份、抗氧剂0.5份、润滑剂0.5份，混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时从挤出机的侧喂料加入40份玻璃纤维，经熔融挤出、冷却、造粒，即得到导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料；所述的双螺杆挤出机从喂料口到机头分为八区，一至八区温度分别为240～250℃、260～270℃、265～275℃、265～275℃、260～270℃、250～260℃、245℃～255、240℃～250、模头温度275～285℃，螺杆转速为300～350r/min，喂料转速为10～15Hz。
实施例2
按重量计，将聚苯硫醚树脂38.8份、(1)制备的导电聚酮母粒10份、偶联剂0.2份混合均匀，然后再和耐磨剂10份、抗氧剂0.5份、润滑剂0.5份，混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时从挤出机的侧喂料加入40份玻璃纤维，经熔融挤出、冷却、造粒，即得到导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料；所述的双螺杆挤出机从喂料口到机头分为八区，一至八区温度分别为240～250℃、260～270℃、265～275℃、265～275℃、260～270℃、250～260℃、245℃～255、240℃～250、模头温度275～285℃，螺杆转速为300～350r/min，喂料转速为10～15Hz。
实施例3
按重量计，将聚苯硫醚树脂28.8份、(1)制备的导电聚酮母粒20份、偶联剂0.2份混合均匀，然后再和耐磨剂10份、抗氧剂0.5份、润滑剂0.5份，混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时从挤出机的侧喂料加入40份玻璃纤维，经熔融挤出、冷却、造粒，即得到导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料；所述的双螺杆挤出机从喂料口到机头分为八区，一至八区温度分别为240～250℃、260～270℃、265～275℃、265～275℃、260～270℃、250～260℃、245℃～255、240℃～250、模头温度275～285℃，螺杆转速为300～350r/min，喂料转速为10～15Hz。
实施例4
按重量计，将聚苯硫醚树脂43.8份、(1)制备的导电聚酮母粒15份、偶联剂0.2份混合均匀，然后再和抗氧剂0.5份、润滑剂0.5份，混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时从挤出机的侧喂料加入40份玻璃纤维，经熔融挤出、冷却、造粒，即得到导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料；所述的双螺杆挤出机从喂料口到机头分为八区，一至八区温度分别为240～250℃、260～270℃、265～275℃、265～275℃、260～270℃、250～260℃、245℃～255、240℃～250、模头温度275～285℃，螺杆转速为300～350r/min，喂料转速为10～15Hz。
对比例1
按重量计，将聚苯硫醚树脂48.8份、(1)制备的导电聚酮母粒10份、偶联剂0.2份混合均匀，然后再和抗氧剂0.5份、润滑剂0.5份，混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时从挤出机的侧喂料加入40份玻璃纤维，经熔融挤出、冷却、造粒，即得到导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料；所述的双螺杆挤出机从喂料口到机头分为八区，一至八区温度分别为240～250℃、260～270℃、265～275℃、265～275℃、260～270℃、250～260℃、245℃～255、240℃～250、模头温度275～285℃，螺杆转速为300～350r/min，喂料转速为10～15Hz。
对比例2
按重量计，将聚苯硫醚树脂53.8份、偶联剂0.2份混合均匀，然后再和耐磨剂5份、抗氧剂0.5份、润滑剂0.5份，混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时从挤出机的侧喂料加入40份玻璃纤维，经熔融挤出、冷却、造粒，即得到导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料；所述的双螺杆挤出机从喂料口到机头分为八区，一至八区温度分别为240～250℃、260～270℃、265～275℃、265～275℃、260～270℃、250～260℃、245℃～255、240℃～250、模头温度275～285℃，螺杆转速为300～350r/min，喂料转速为10～15Hz。
将上述实施例1～4和对比例1～2制得的导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料采用注塑成型机注塑标准试样，并按ASTM标准对该标准试样进行力学性能表征。
材料的耐磨性用磨损率表征，材料的磨损率＝(材料磨损前的质量-材料磨损后的质量)/材料磨损前的质量。
各实施例1-4和对比例1-2性能测试数据，如表1所示：
如表1
Figure BDA0002848829300000061
Figure BDA0002848829300000071
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (12)

1.一种导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：
聚苯硫醚树脂 30～55份；
导电聚酮母粒 10～20份；
耐磨剂 5～10份；
抗氧剂 0.1～1份；
润滑剂 0.5～1份；
偶联剂 0.1～0.5份；
玻璃纤维 30～40份。
2.如权利要求1所述的导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料，其特征在于，所述的导电聚酮母粒由以下原料按重量配制而成：
聚酮 85～95份；
碳纳米管 5～10份；
抗氧剂 0.1～1份；
润滑剂 0.5～1份。
3.根据权利要求2所述的导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料，其特征在于，所述聚酮的熔融指数为50-80g/10min。
4.根据权利要求2所述的导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料，其特征在于，所述的碳纳米管直径1-3nm，长度1-50um。
5.根据权利要求1所述的导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料，其特征在于，所述的聚苯硫醚树脂为线性聚苯硫醚，分子量为4-6万，熔融指数为150-250g/10min。
6.根据权利要求1所述的导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料，其特征在于，所述的耐磨剂为偶联剂处理过的纳米二氧化硅，目数为2000-2500目。
7.根据权利要求1或2所述的导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为四季戊四醇酯、亚磷酸三酯、季戊四醇类十二硫代丙酯中的一种或多种。
8.根据权利要求1或2所述的导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料，其特征在于，所述的润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、OP蜡、乙撑双硬脂酰胺中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、苯γ-丙基三甲氧基硅烷、苯乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料，其特征在于，所述的玻璃纤维为经硅烷偶联剂处理过的无碱玻纤，短切长度3-5mm，纤维直径7-10um。
11.一种导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：按以下重量份称取各原料：聚苯硫醚树脂30～55份；导电聚酮母粒10～20份；耐磨剂5～10份；抗氧剂0.1～1份；润滑剂0.5～1份；偶联剂0.1～0.5份；玻璃纤维30～40份；
步骤2：将称取的聚苯硫醚树脂、导电聚酮母粒和偶联剂先混合均匀，再加入耐磨剂、抗氧剂、润滑剂混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时从双螺杆挤出机的侧喂料加入玻璃纤维，经熔融、挤出、造粒，得到聚苯硫醚/聚酮复合材料，该双螺杆挤出机从喂料口到机头分为八区，一至八区温度分别为240～250℃、260～270℃、265～275℃、265～275℃、260～270℃、250～260℃、245℃～255、240℃～250；模头温度275～285℃，螺杆转速为300～350r/min，喂料转速为10～15Hz。
12.如权利要求11所述的导电耐磨聚苯硫醚/聚酮复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1之前还包括导电聚酮母粒制备步骤：
按以下重量份称取各原料：聚酮85～95份，碳纳米管5～10份，抗氧剂0.1～1份，润滑剂0.5～1份；
将称取的聚酮、抗氧剂、润滑剂混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时从双螺杆挤出机的侧喂料加入碳纳米管，经熔融、挤出、造粒，得到导电聚酮母粒；
导电聚酮母粒制备步骤中的双螺杆挤出机从喂料口到机头分为八区，一至八区温度分别为220～230℃、230～240℃、230～240℃、235～245℃、230～240℃、220～230℃、220℃～230、210℃～220；模头温度240～250℃，螺杆转速为280～320r/min，喂料转速为10～15Hz。
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