CN113292855A - 一种热塑性特种工程塑料pps/pi合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于合成材料领域，具体涉及一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料及其制备方法，所述合金材料的组分包括：聚苯硫醚75‑85份，聚酰亚胺10‑20份，活化氧化铝10‑15份，聚四氟乙烯0.2‑0.5份；活化氧化铝由氧化铝和环氧基硅烷偶联剂制备而成；合金材料的制备方法为：将聚苯硫醚、聚酰亚胺、活化氧化铝和聚四氟乙烯在常温高速混合机中混合后，在双螺杆挤出机中挤出造粒，制得PPS/PI热塑性特种工程塑料合金材料。该合金材料耐磨性能有显著的提高，同时具有耐高温特性，能够反复循环使用，是一种环境友好材料。
Description
技术领域
本发明属于合成材料领域，具体涉及一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料及其制备方法。
背景技术
特种工程塑料一般具备耐高温、耐化学介质、高强度和优良的尺寸稳定性。其中，聚苯硫醚(PPS)是一种综合性能表现良好的半结晶性热塑性材料，是一种特种工程塑料，被称为“第六大工程塑料”，国外也将其称之为高性能塑料、超工程塑料。苯硫醚链上硫原子和苯环呈现的交替的单一的排列方式使苯环的π电子出现部分交叠，形成了稳定的共轭结构，从而使其对热降解反应和化学反应具有相当高的分子稳定性；苯环是刚性基团，致使聚苯硫醚材料在整体性能出现刚性的特点，硫醚键是柔性基团，赋予了聚苯硫醚适当的柔性，所以聚苯硫醚不仅具有一般工程塑料所具有的通用性能，也包含除一些工程塑料外的其他独特特点，比如良好的耐热性，耐化学腐蚀性，熔融流动性好，电性能，高的尺寸稳定性等。
聚酰亚胺(PI)是一类分子主链上含有酰亚胺结构的高分子材料。由于特征基团酰亚胺结构的存在，给予了聚酰亚胺优异的热性能、电性能、机械性能以及耐辐射性能；但是熔体粘度大、加工性相对困难。塑料合金是利用物理共混或化学接枝的方法而获得的高性能、功能化、专用化的一类新材料。因此制备PPS/PI合金可以弥补彼此的不足之处，提升应用领域。特种工程塑料适用场合多为高温和运动部件，需要具备优良的耐磨性能，因此，亟需制备出一种耐磨性能优良以及力学综合性能较好的热塑性特种工程塑料材料。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料及其制备方法，制备得到的合金材料，具备优良的综合机械性能和耐磨性能，同是一种热塑性特种工程塑料，能够反复循环使用，是一种环境友好材料。
本发明的技术方案如下：
一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料，按重量份计，其原料组分包括：聚苯硫醚75-85份，聚酰亚胺10-20份，活化氧化铝10-15份，聚四氟乙烯0.2-0.5份；
所述活化氧化铝由由氧化铝和环氧基硅烷偶联剂制备而成。
优选地，环氧基硅烷偶联剂选择为KH550。
优选地，氧化铝的粒径2.5μm，氧化铝粒径过大，与聚合物包容性变差；粒径过小，表面活性过大，很难分散，力学性能变差。
优选地，活化氧化铝的制备方法：氧化铝和硅烷偶联剂按质量比100:1-100:3的比例称取后，在90-105℃高速混合机中活化处理10-15分钟，制得活化氧化铝。
优选地，活化氧化铝的制备方法中，高速混合机的转速为2500-3500rpm。
一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料的制备方法，具体步骤如下：
按配方将PPS、PI、活化氧化铝和聚四氟乙烯称重在常温高速混合机中混合10-15分钟后，在双螺杆挤出机中挤出造粒，制得PPS/PI热塑性特种工程塑料合金材料。
优选地，PPS/PI耐磨特种工程塑料合金制备过程中，高速混合机的转速为700-1000rpm。
优选地，双螺杆挤出机是平行双螺杆挤出机，螺杆长径比40:1～44:1，选用螺杆长径比为40:1～44:1的双螺杆能够实现PPS/PI合金的完美混容，长径比过小混合不充分，反之可能引起过度剪切带来性能下降。
进一步优选地，优选地，平行双螺杆挤出机的各段温度控制在330℃～360℃，温度控制在330℃～360℃能够熔融完全，温度过低，合金中的PI组分可能不能熔融充分；温度过高可能带来讲解，从而引起性能降低。
进一步优选地，螺杆转速控制在90rpm～150rpm，转速过低，剪切力不足以保证PPS/PI两相充分混容，反之会引起分子链断链带来性能下降。
本发明对氧化铝进行表面处理获得活化氧化铝，能够提高粒子表面活性，改善其与PPS/PI中的分散性和相容性，当合金材料受到外力时，氧化铝会随着高分子链一起运动，进而提高合金的力学性能，尤其使得合金材料的耐磨性能有了较大的提高；本发明的组分中聚苯硫醚和聚酰亚胺树脂均为热塑性特种工程塑料，作为主要基础材料，聚酰亚胺分子主链上含有酰亚胺环，耐温性能和力学性能优于聚苯硫醚，且两者的溶解度参数与介电常数相近，具有较好的相容性，PPS/PI合金材料具有更好的综合性能；氧化铝和聚四氟乙烯起到耐磨作用，硅烷偶联剂起到增加氧化铝、聚四氟乙烯与PPS/PI之间的结合力作用；本发明的上述组分，相互影响，协同作用，制备得到的合金材料具有优良的综合机械性能和耐磨性能。
优选地，本发明选择聚苯硫醚(PPS)，牌号1130c，选用浙江新和成股份有限公司；聚酰亚胺(PI)，牌号2300，沙比克；氧化铝，2.5μm，上海鄂测检测仪器有限公司；环氧基硅烷偶联剂，牌号560，湖北新蓝天新材料股份有限公司；聚四氟乙烯，日本大金公司。
本发明制备的合金材料，体积磨损可下降到0.0055cm3，拉伸强度达到70.6MPa，弯曲强度达到122MPa，悬臂梁无缺口冲击强度达到33kJ/m2，1.8MPa负荷变形温度为228℃；本发明制备的PPS/PI合金材料具有耐高温特点，可以长期在200℃环境中使用，并且具备优良的综合机械性能和耐磨性能，同时也是一种热塑性特种工程塑料，能够反复循环使用，是一种环境友好材料。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中，聚苯硫醚(PPS)，牌号1130c，选用浙江新和成股份有限公司；聚酰亚胺(PI)，牌号2300，沙比克；氧化铝，2.5μm，上海鄂测检测仪器有限公司；环氧基硅烷偶联剂，牌号560，湖北新蓝天新材料股份有限公司；聚四氟乙烯，日本大金公司。
实施例1
一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料及其制备方法：
组分：PPS 85份；PI 15份；活化氧化铝10份；聚四氟乙烯0.3份；
其中，活化氧化铝制备：按氧化铝和环氧基硅烷偶联剂按配方为100:1质量比例称取后，在100℃转速为2500rpm的高速混合机中混合15分钟；
PPS/PI耐磨特种工程塑料合金制备：按配方称取物料在常温高速混合机(转速700rpm)中混合均匀后在长径比为40:1的平行双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机各段温度1段330℃，2段340℃，3段350℃，4段360℃，机头355℃，螺杆转速选用120rpm；
合金材料的体积磨损为0.0122cm3，拉伸强度为69.1MPa，弯曲强度为119MPa，悬臂梁无缺口冲击强度为29kJ/m2，1.8MPa负荷变形温度为216℃。
实施例2
一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料及其制备方法：
组分：PPS 80份；PI 20份；活化氧化铝10份；聚四氟乙烯0.3份。期中，活化氧化铝制备：按氧化铝和环氧基硅烷偶联剂按配方为100:1比例称取后，在100℃转速为2500rpm的高速混合机中混合15分钟；
PPS/PI耐磨特种工程塑料合金制备：按配方称取物料在常温高速混合机(转速850rpm)中混合均匀后在长径比为40:1的平行双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机各段温度1段335℃，2段345℃，3段355℃，4段360℃，机头360℃，螺杆转速选用120rpm；
合金材料的体积磨损为0.0093cm3，拉伸强度为70.6MPa，弯曲强度为122MPa，悬臂梁无缺口冲击强度为33kJ/m2，1.8MPa负荷变形温度为228℃。
实施例3
一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料及其制备方法：
组分：PPS 85份；PI 15份；活化氧化铝15份；聚四氟乙烯0.2份。期中，活化氧化铝制备：按氧化铝和环氧基硅烷偶联剂按配方为100:1比例称取后，在100℃转速为2500rpm的高速混合机中混合15分钟；
PPS/PI耐磨特种工程塑料合金制备：按配方称取物料在常温高速混合机(转速1000rpm)中混合均匀后在长径比为40:1的平行双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机各段温度1段330℃，2段340℃，3段350℃，4段360℃，机头355℃，螺杆转速选用120rpm；
合金材料的体积磨损为0.0055cm3，拉伸强度为68.0MPa，弯曲强度为113MPa，悬臂梁无缺口冲击强度为27kJ/m2，1.8MPa负荷变形温度为220℃。
对比例1
一种PPS/PI合金材料及其制备方法：
组分：PPS 85份；PI 15份；
制备方法：按配方称取物料混合均匀后在长径比为40:1的平行双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机各段温度1段330℃，2段340℃，3段350℃，4段360℃，机头355℃，螺杆转速选用120rpm；
合金材料的体积磨损为0.0851cm3，拉伸强度为71.5MPa，弯曲强度为120MPa，悬臂梁无缺口冲击强度为35kJ/m2，1.8MPa负荷变形温度为212℃。
对比例2
市面上PPS/PA66合金材料体积磨损为0.1722cm3；拉伸强度58.5MPa；弯曲强度115MPa；悬臂梁无缺口冲击强度为15kJ/m2，1.8MPa负荷变形温度为178℃。
对比例3
PPS/PES合金材料的体积磨损为0.1455cm3；拉伸强度66.5MPa；弯曲强度108MPa；悬臂梁无缺口冲击强度为7.8kJ/m2，1.8MPa负荷变形温度为195℃。
经过上述本发明实施例的制备的合金材料和对比例1的合金材料比对，实施例制备的合金材料的体积磨耗是对比例1的1/8左右，本发明制备的合金才材料的体积磨损相对对比例1-2均具有明显的耐磨优势。
本发明制备的合金材料，体积磨损下降到0.0058cm3，拉伸强度达到68.9MPa，弯曲强度达到117MPa，悬臂梁无缺口冲击强度达到27kJ/m2，1.8MPa负荷变形温度为217℃；本发明制备的PPS/PI合金材料具有耐高温特点，可以长期在200℃环境中使用，并且具备优良的综合机械性能和耐磨性能，同时也是一种热塑性特种工程塑料，能够反复循环使用，是一种环境友好材料。
Claims (8)
1.一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料，其特征在于，按重量份计，其原料组分包括：聚苯硫醚75-85份，聚酰亚胺10-20份，活化氧化铝10-15份，聚四氟乙烯0.2-0.5份；
所述活化氧化铝由氧化铝和环氧基硅烷偶联剂制备而成。
2.根据权利要求1所述的一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料，其特征在于，所述活化氧化铝的制备方法：氧化铝和硅烷偶联剂按质量比100:1-100:3的比例称取后，在90-105℃高速混合机中活化处理10-15分钟，制得活化氧化铝。
3.根据权利要求1所述的一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料，其特征在于，所述活化氧化铝的制备方法中，高速混合机的转速为2500-3500rpm。
4.任一权利要求1-3所述的一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：
按配方将聚苯硫醚、聚酰亚胺、活化氧化铝和聚四氟乙烯称重在常温高速混合机中混合10-15分钟后，在双螺杆挤出机中挤出造粒，制得PPS/PI热塑性特种工程塑料合金材料。
5.根据权利要求4所述的一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料的制备方法，其特征在于，所述PPS/PI耐磨特种工程塑料合金制备过程中，高速混合机的转速为700-1000rpm。
6.根据权利要求4所述的一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机是平行双螺杆挤出机，螺杆长径比40:1～44:1。
7.根据权利要求6所述的一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料的制备方法，其特征在于，平行双螺杆挤出机各段温度控制在330℃～360℃。
8.根据权利要求6所述的一种热塑性特种工程塑料PPS/PI合金材料的制备方法，其特征在于，螺杆转速控制在90rpm～150rpm。
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