CN112759900A - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了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，所述复合材料由以下重量份数的原料组成：聚对苯二甲酸丁二醇酯40‑80份、玻璃纤维10‑50份、相容剂2‑6份、聚对苯二甲酸乙二醇酯2‑10份、热稳定剂0.1‑0.3份、水解抑制剂0.1‑3份、酯交换抑制剂1‑10份、流动改性剂0.1‑3份、光稳定剂0.1‑0.3份、成核剂0.1‑5份和环氧树脂0.1‑5份。本发明的玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料，具有高流动性、耐水解性，且耐疲劳性强，尺寸稳定性好，低翘曲，力学性能高，可用于制备非金属链条。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种用玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯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)是一种半结晶性的工程塑料，具有良好的力学性能、电性能、耐热性及耐化学性等性能，广泛用于汽车、电子、电器等行业。但是PBT在一方面尚存在不足，如热变形温度低、冲击强度低等限制了其进一步的应用。长期以来，研究人员针对PBT的增韧做了许多工作也取得了一些成效，其中常采用填充增强纤维或合金化等方式来对其进行改性提高，其中又以玻纤增强改性应用最广。
非金属链条是采用玻纤增强聚合物制作而成的链条，其具有强度高、尺寸稳定性好、耐腐蚀、耐磨损等优点，因此得到了广泛的应用。目前，非金属链条一般采用玻纤增强尼龙，玻纤增强甲苯二甲基聚酯等聚合物来制作，但是其性能无法满足非金属链条的要求。因此，亟需开发一种可用于制作非金属链条的玻纤增强聚合物复合材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有高流动性和耐水解性，耐疲劳性强、尺寸稳定性好、低翘曲、力学性能高的玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料，可用于制备非金属链条。
为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料，由以下重量份数的原料组成：聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)40-80份、玻璃纤维10-50份、相容剂2-6份、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)2-10份、热稳定剂0.1-0.3份、水解抑制剂0.1-3份、酯交换抑制剂1-10份、流动改性剂0.1-3份、光稳定剂0.1-0.3份、成核剂0.1-5份和环氧树脂0.1-5份。
优选地，所述玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料由以下重量份数的原料组成：PBT 50份、玻璃纤维30份、相容剂4份、PET 6份，热稳定剂0.2份、水解抑制剂1份、酯交换抑制剂3份、流动改性剂1份，光稳定剂0.2份、成核剂2份和环氧树脂3份。
优选地，所述玻璃纤维为无碱耐水解短切玻纤，纤维直径为5-30μm。
本发明中，所述相容剂对整个共混体系有着增韧相容作用，增强复合材料的物理机械性能。优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝热塑性聚酯、马来酸酯接枝热塑性弹性体和烷基丙烯酸缩水甘油酯类多元共聚物中的一种或多种。
本发明中，所述耐水解剂可降低PBT分子结构中端羧基的密度，提高PBT的抗水解性。优选地，所述耐水解剂为碳二亚胺和烷基丙烯酸缩水甘油酯类多元共聚物中的一种或多种。
由于聚酰胺分子中的胺基与羰基易与水分子形成氢键，使得聚酰胺吸水，导致体积膨胀。本发明中通过加入透明尼龙，降低了原聚酰胺上羰基和胺基的密度，这样与水分子形成氢键的概率会降低，因而会降低聚酰胺的吸水率，尺寸稳定性也会提高。优选地，所述透明尼龙为半芳香族透明尼龙、芳香族尼龙和脂肪族尼龙中的一种或多种。
本发明中，热稳定剂可提高PBT的热老化性能，抵抗化学腐蚀以及恶劣的气候条件的能力，并且有一定的润滑和抗老化作用。优选地，所述热稳定剂为酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种。
本发明中，流动改性剂的加入可提高PBT的流动性及玻纤在基体树脂中的分散性。优选地，所述流动改性剂为树枝状支化聚酯和硬脂酸酯类润滑剂中的一种或多种。
本发明中，光稳定剂可使复合材料的光老化性能得到明显改善。优选地，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
本发明中，成核剂的加入可以较好地保持产品的尺寸稳定性，同时缩短成型周期，提高生产率，改善材料的脱模和机械性能(拉伸强度和硬度)。优选地，所述成核剂为α晶型成核剂或β晶型成核剂。
本发明中，环氧树脂的分子链上具有多种活性官能团，可与PBT端基形成交联化学键，从而使得复合材料具有优异的耐强酸强碱腐蚀性能和力学性能。优选地，所述环氧树脂为缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、缩水甘油胺类、线型脂肪族类和脂环族类的一种或几种。
本发明中，酯交换抑制剂可以抑制PBT在加工过程中因发生酯交换而导致的材料力学性能的降低。优选地，所述酯交换抑制剂为烷基磷酸酯类和磷酸盐中的一种或多种。
本发明中，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)具有优异的耐疲劳性及尺寸稳定性，可以改善玻纤增强PBT的耐疲劳性及尺寸稳定性。
本发明第二方面提供了一种所述的玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将配方量的聚对苯二甲酸丁二醇酯、相容剂、聚对苯二甲酸乙二醇酯和环氧树脂加入混合机中，混合10-15min，得到聚合物基料预混料；
将配方量的热稳定剂、流动改性剂、酯交换抑制剂、耐水解剂、光稳定剂和成核剂加入混合机中，混合3-5min，得到添加剂预混料；
将得到的聚合物基料预混料和添加剂预混料加入双螺杆挤出机中，挤出得到熔体；将玻璃纤维通过挤出机侧喂料进入熔体中，与熔体充分混合，得到所述玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料。
优选地，所述双螺杆挤出机的挤出温度为230-300℃。
本发明的有益效果在于：
1.本发明的玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料，使用无碱耐水解短切玻纤，可以改善材料的力学性能、耐水解性及力学性能。
2.本发明中，相容剂在玻璃纤维与PBT之间起着桥梁作用，使玻璃纤维与PBT之间的粘结增强，从而使复合材料有着良好的物理机械性能；水解抑制剂可降低PBT端羧基密度，提高PBT的抗水解性及尺寸稳定性；热稳定剂可提高复合材料的长期热老化性能，抵抗化学腐蚀；流动改性剂可提高PBT的流动性及玻璃纤维在PBT树脂中的分散性；光稳定剂可改善复合材料的光老化性能；成核剂可保持产品的尺寸稳定性，同时缩短成型周期，提高生产率，改善材料的脱模和机械性能；环氧树脂含有的羟基、环氧基等功能基团，可改善复合材料的耐强酸强碱性能和力学性能，酯交换抑制剂可以抑制PBT在加工过程中因发生酯交换而导致的材料力学性能的降低；PET可以改善玻纤增强PBT的耐疲劳性及尺寸稳定性。
3.本发明制备的玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料综合性能优异，具有高流动性、耐水解性、耐疲劳性强、尺寸稳定性好、低翘曲、力学性能高等优点，可用于制备非金属链条。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以下各实施例与对比例中，所使用的玻璃纤维为无碱耐水解短切玻纤，直径为5-30μm；相容剂为马来酸酐接枝热塑性聚酯，耐水解剂为碳二亚胺，流动改性剂为树枝状支化聚酯，成核剂为α成核剂，酯交换抑制剂为烷基磷酸酯类酯交换抑制剂，环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂，热稳定剂为酚类抗氧剂，光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
实施例与对比例
实施例1、对比例1-8的组分详见下表1，单位为重量份。
表1实施例及对比例的配方表
将实施例和对比例的配方按下述步骤制备成玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料：
(1)按配方称取PBT、相容剂、PET和环氧树脂，加入高速混合机中，以1000转/分的转速混合10-15min，得到聚合物基料预混料；
(2)按配方称取热稳定剂、流动改性剂、酯交换抑制剂、耐水解剂、光稳定剂和成核剂，加入高速混合机中，以500转/分的转速混合3-5min，得到添加剂预混料；
(3)将得到的聚合物基料预混料和添加剂预混料转移到缓冲罐中，分别通过失重称加入双螺杆挤出机中，挤出得到熔体，挤出温度为230-300℃。接着，将玻璃纤维通过挤出机侧喂料进入熔体中，与熔体充分混合，得到玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料。
性能测试：
对实施例1和对比例1-8中的所制备的复合材料按照表2的主要技术指标的标准进行测试，得到如表3所示的测试结果。
表2主要技术指标
| 编号 | 项目 | 指标 | 测试方法 |
| 1 | 热变形温度 | ≥190℃ | ISO 75 |
| 2 | 拉伸强度 | ≥120MPa | ISO 527 |
| 3 | 缺口冲击强度 | ≥8kJ/m<sup>2</sup> | ISO 179 |
| 4 | 耐腐蚀 | 性能保持率≥85％ | 90℃/RH90/72H |
| 5 | 螺旋长度 | ≥30cm | - |
| 6 | 链条拉力 | ≥30KN | - |
表3各实施例和对比例的测试结果
通过实施例1与对比例8对比分析发现，实施例1的拉伸强度增强了20.8％，缺口冲击强度增强了62.6％，耐腐蚀性能保持率增长了24％，螺旋流动长度增加了40.5％，链条压力提高了220％，说明该配方组分体系提高材料的整体性能。
通过对比实施例1与对比例1-8发现，同时添加相容剂、耐水解剂、流动改性剂、PET、环氧树脂、热稳定剂、光稳定剂、酯交换抑制剂及成核剂对整个共混体系起到了增韧增强的作用，所得到的复合材料在流动性、耐强酸强碱、尺寸稳定性、强度和冲击韧性方面更加优异，材料的力学性能得到明显改善，使得复合材料表现出良好的综合性能。因此，本发明的玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料，可用于制作非金属链条。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：聚对苯二甲酸丁二醇酯40-80份、玻璃纤维10-50份、相容剂2-6份、聚对苯二甲酸乙二醇酯2-10份、热稳定剂0.1-0.3份、水解抑制剂0.1-3份、酯交换抑制剂1-10份、流动改性剂0.1-3份、光稳定剂0.1-0.3份、成核剂0.1-5份和环氧树脂0.1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为无碱耐水解短切玻纤，纤维直径为5-30μm。
3.根据权利要求1所述的一种玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝热塑性聚酯、马来酸酐接枝热塑性弹性体和烷基丙烯酸缩水甘油酯类多元共聚物中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料，其特征在于，所述耐水解剂为碳二亚胺和烷基丙烯酸缩水甘油酯类多元共聚物中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料，其特征在于，所述热稳定剂为酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种；所述流动改性剂为树枝状支化聚酯和硬脂酸酯类润滑剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料，其特征在于，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，所述成核剂为α晶型成核剂或β晶型成核剂。
7.根据权利要求1所述的一种玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、缩水甘油胺类、线型脂肪族类和脂环族类环氧树脂中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料，其特征在于，所述酯交换抑制剂为烷基磷酸酯类和磷酸盐中的一种或多种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将配方量的聚对苯二甲酸丁二醇酯、相容剂、聚对苯二甲酸乙二醇酯和环氧树脂加入混合机中，混合10-15min，得到聚合物基料预混料；
将配方量的热稳定剂、流动改性剂、酯交换抑制剂、耐水解剂、光稳定剂和成核剂加入混合机中，混合3-5min，得到添加剂预混料；
将得到的聚合物基料预混料和添加剂预混料加入双螺杆挤出机中，挤出得到熔体；将玻璃纤维通过挤出机侧喂料进入熔体中，与熔体充分混合，得到所述玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料。
10.根据权利要求9所述的一种玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的挤出温度为230-300℃。
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