CN113354927A - 纤维增强聚酯类聚合物材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纤维增强聚酯类聚合物材料，所述纤维增强聚酯类聚合物材料的组成材料包括聚酯树脂母料、增强纤维、增塑剂和填料，所述聚酯树脂母料、所述增强纤维、所述增塑剂和所述填料的质量比为(60～70)：(20～30)：(2～8)：(2～8)，所述纤维增强聚酯类聚合物材料由所述聚酯树脂母料、所述增强纤维、所述增塑剂和所述填料混合制成。本发明提供的纤维增强聚酯类聚合物材料不仅具有高强度的优点，而且具有一定的韧性，同时制作简单、价格低廉，且具有很强的可塑性。

Description

纤维增强聚酯类聚合物材料
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其是涉及一种纤维增强聚酯类聚合物材料。
背景技术
聚酯类工程塑料已实现在国内的商业化生产，其中PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)的产能为4万吨，PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)的产能已达200万吨。根据市场调查，2003年国内PBT/PET的年市场容量达6.8万吨，对于聚酯类工程塑料的需求处于上升阶段。
PBT作为综合性能优良的工程塑料，在机械性能、电性能以及耐化学腐蚀等方面具有优异的性能，因此PBT在灯座行业方面的应用越来越普及。但因PBT材料耐黄变、耐热性能较差，在长期的光和热同时作用条件下黄变严重，因此PBT材料在产品的应用和推广中遇到瓶颈。PCT(聚对苯二甲酸1，4－环己烷二甲醇酯)是一种新型的聚酯类材料，其最突出的特点在于热稳定性、耐热氧老化和耐黄变性能明显优于PBT、PET等传统热塑性聚酯。PCT与PBT的结构相似，两者在加工中的相容性好，在PBT中加入PCT可一定程度上改善PBT耐黄变、耐热性能差的问题，同时PBT/PCT合金的性能相较于单独的两种聚酯其不同方面的性能均得到改善，可推动PBT/PCT合金材料在多个行业的应用推广。
但是目前生产出来的聚酯类工程塑料一般都不能兼顾其强度和韧性，一般强度高的聚酯类工程塑料韧性较差，而韧性好的聚酯类工程塑料其强度较差。而在许多运用场景中，要求聚酯类工程塑料需要具有良好的强度和一定的韧性，以达到使用标准。例如，现有的部分聚酯类工程塑料的韧性较好但其强度小于65MPa，而部分使用场景要求强度需要大于80MPa，故该类聚酯类工程塑料的强度不满足要求。故需要对现有的聚酯类工程塑料进行改进，以得到一种高强度且具有一定韧性的聚酯类工程塑料。
发明内容
本发明的目的是提供一种纤维增强聚酯类聚合物材料，旨在解决上述背景技术存在的不足，该纤维增强聚酯类聚合物材料不仅具有高强度的优点，而且具有一定的韧性，同时制作简单、价格低廉，且具有很强的可塑性。
本发明提供一种纤维增强聚酯类聚合物材料，所述纤维增强聚酯类聚合物材料的组成材料包括聚酯树脂母料、增强纤维、增塑剂和填料，所述聚酯树脂母料、所述增强纤维、所述增塑剂和所述填料的质量比为(60～70)：(20～30)：(2～8)：(2～8)，所述纤维增强聚酯类聚合物材料由所述聚酯树脂母料、所述增强纤维、所述增塑剂和所述填料混合制成。
进一步地，所述聚酯树脂母料为聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯中的一种或多种的组合。
进一步地，所述聚酯树脂母料为聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯。
进一步地，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或金属纤维中的一种或多种的组合。
进一步地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三甲酚酯或磷酸三二甲苯酯中的一种或多种的组合。
进一步地，所述填料为蒙脱土、凹凸棒黏土或羟基磷灰石中的一种或多种的组合。
进一步地，所述纤维增强聚酯类聚合物材料的制作方法包括：
按比例称取一定量的所述聚酯树脂母料、所述增强纤维、所述增塑剂和所述填料，将所述聚酯树脂母料、所述增强纤维、所述增塑剂和所述填料置于真空干燥箱中干燥一段时间，所述真空干燥箱内的温度为第一温度；干燥完成后，通过搅拌机对所述聚酯树脂母料、所述增强纤维、所述增塑剂和所述填料进行搅拌并混合均匀，以得到混合物；
将所述混合物加入挤出机，在第二温度下对所述混合物进行挤出造粒，以得到混合物颗粒；挤出完成后，在第三温度下对所述混合物颗粒进行干燥处理一段时间；干燥完成后，在第四温度下对所述混合物颗粒进行注塑即可得到所述纤维增强聚酯类聚合物材料。
进一步地，所述聚酯树脂母料、所述增强纤维、所述增塑剂和所述填料在温度为75℃～90℃的所述真空干燥箱中干燥4小时～6小时。
进一步地，所述第二温度为250℃～320℃。
进一步地，挤出完成后，在130℃～150℃下对所述混合物颗粒进行干燥处理4小时～6小时。
进一步地，所述第四温度为300℃～320℃。
本发明提供的纤维增强聚酯类聚合物材料，以聚酯树脂母料为主要原材料，从而为该纤维增强聚酯类聚合物材料提供良好的强度和韧性基础，同时增强纤维能够进一步增强该纤维增强聚酯类聚合物材料的强度。增塑剂能够增加该纤维增强聚酯类聚合物材料的流动性，从而降低聚酯的加工难度，缩短加工周期。填料不仅能够提高纤维增强聚酯类聚合物材料的强度，而且能够降低纤维增强聚酯类聚合物材料的成本(填料的单价一般较低)，同时根据填料种类的不同，还能够增强该纤维增强聚酯类聚合物材料的其它性能(比如介电性能、耐热性能、抗腐蚀性能等)。
本发明提供的纤维增强聚酯类聚合物材料不仅具有高强度的优点，而且具有一定的韧性，同时制作简单、价格低廉，而且能够根据实际需求灵活地控制各部分原料的添加比例，以得到不同性能的纤维增强聚酯类聚合物材料，具有很强的可塑性。
附图说明
图1为本发明实施例中纤维增强聚酯类聚合物材料的制作过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明的说明书和权利要求书中所涉及的上、下、左、右、前、后、顶、底等(如果存在)方位词是以附图中的结构位于图中的位置以及结构相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
本发明实施例提供的纤维增强聚酯类聚合物材料，该纤维增强聚酯类聚合物材料的组成材料包括聚酯树脂母料、增强纤维、增塑剂和填料，聚酯树脂母料、增强纤维、增塑剂和填料的质量比为(60～70)：(20～30)：(2～8)：(2～8)，该纤维增强聚酯类聚合物材料由聚酯树脂母料、增强纤维、增塑剂和填料混合制成。
优选地，在本实施例中，聚酯树脂母料、增强纤维、增塑剂和填料的质量比为(60～70)：(20～30)：5：5。
具体地，该纤维增强聚酯类聚合物材料以聚酯树脂母料为主要原材料，从而为该纤维增强聚酯类聚合物材料提供良好的强度和韧性基础，同时增强纤维能够进一步增强该纤维增强聚酯类聚合物材料的强度。增塑剂能够增加该纤维增强聚酯类聚合物材料的流动性，从而降低聚酯的加工难度，缩短加工周期。填料不仅能够提高纤维增强聚酯类聚合物材料的强度，而且能够降低纤维增强聚酯类聚合物材料的成本(填料的单价一般低于聚酯树脂母料的单价)，同时根据填料种类的不同，还能够增强该纤维增强聚酯类聚合物材料的其它性能(比如介电性能、耐热性能、抗腐蚀性能等)。
进一步地，在本实施例中，聚酯树脂母料为聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯(PCT，即聚对苯二甲酸1，4－环己烷二甲醇酯)中的一种或多种的组合。当然，在其他实施例中，聚酯树脂母料也可以采用其他材料。
优选地，在本实施例中，聚酯树脂母料为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯(PCT)。具体地，PCT与PBT的结构相似，两者在加工中的相容性较好，虽然PCT在一定程度上对聚合物材料的机械强度(拉伸强度、弯曲强度)有影响，但PCT的添加可以改善韧性，合适的PBT与PCT配比可以平衡PBT/PCT体系的强度和韧性。同时在PBT中加入PCT可一定程度上改善PBT耐黄变、耐热性能差的问题，即两种材料的性能具有互补作用，PBT/PCT复合材料的性能相较于单独的两种聚酯其不同方面的性能均能得到改善。
进一步地，在本实施例中，增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或金属纤维中的一种或多种的组合。当然，在其他实施例中，增强纤维也可以采用其他材料。
进一步地，在本实施例中，增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、磷酸三甲酚酯(TCP)或磷酸三二甲苯酯(TXP)中的一种或多种的组合。当然，在其他实施例中，增塑剂也可以采用其他材料。
进一步地，在本实施例中，填料为蒙脱土(MMT)、凹凸棒黏土或羟基磷灰石(HAP)中的一种或多种的组合。当然，在其他实施例中，填料也可以采用其他材料。
具体地，填料不仅能够提高纤维增强聚酯类聚合物材料的强度，而且能够降低纤维增强聚酯类聚合物材料的成本(填料的单价一般较低)，同时可以根据不同的需求选择不同种类的填料，以增强该纤维增强聚酯类聚合物材料的其它性能(比如介电性能、耐热性能、抗腐蚀性能、防潮性能等)。
进一步地，如图1所示，在本实施例中，该纤维增强聚酯类聚合物材料的制作方法包括：
按比例称取一定量的聚酯树脂母料、增强纤维、增塑剂和填料，将聚酯树脂母料、增强纤维、增塑剂和填料置于真空干燥箱中干燥一段时间，真空干燥箱内的温度为第一温度；干燥完成后，通过搅拌机对聚酯树脂母料、增强纤维、增塑剂和填料进行搅拌并混合均匀，以得到混合物；
将混合物加入挤出机，在第二温度下对混合物进行挤出造粒，以得到混合物颗粒；挤出完成后，在第三温度下对混合物颗粒进行干燥处理一段时间；干燥完成后，在第四温度下对混合物颗粒进行注塑即可得到纤维增强聚酯类聚合物材料。
其中，在本实施例中，聚酯树脂母料、增强纤维、增塑剂和填料在温度为75℃～90℃的真空干燥箱中干燥4小时～6小时，即第一温度为75℃～90℃。
其中，在本实施例中，第二温度为250℃～320℃。
其中，在本实施例中，挤出完成后，在130℃～150℃下对混合物颗粒进行干燥处理4小时～6小时，即第三温度为130℃～150℃。
其中，在本实施例中，第四温度为300℃～320℃。优选地，第四温度为310℃。
本实施例提供的纤维增强聚酯类聚合物材料的优点在于：
1、通过按比例添加聚酯树脂母料、增强纤维、增塑剂和填料，以得到一种新的纤维增强聚酯类聚合物材料，该纤维增强聚酯类聚合物材料具有良好的强度和一定的韧性，能够适用于各种使用场合；
2、该纤维增强聚酯类聚合物材料不仅制作工艺简单，对设备要求不高，而且价格低廉。该纤维增强聚酯类聚合物材料的各组成原料不仅容易获取，而且价格低廉，其中填料不仅能够提高纤维增强聚酯类聚合物材料的强度，而且能够降低纤维增强聚酯类聚合物材料的成本(填料的单价一般较低)，同时可以根据不同的需求选择不同种类的填料，以增强该纤维增强聚酯类聚合物材料的其它性能(比如介电性能、耐热性能、抗腐蚀性能、防潮性能等)；
3、该纤维增强聚酯类聚合物材料具有很强的可塑性，能够根据实际需求灵活地控制各部分原料的添加比例，以得到不同性能的纤维增强聚酯类聚合物材料；
4、该纤维增强聚酯类聚合物材料的加工流动性好，增塑剂能够增加该纤维增强聚酯类聚合物材料的流动性(即降低加工黏性)，从而降低聚酯的加工难度，缩短加工周期。
本实施例提供的纤维增强聚酯类聚合物材料不仅具有高强度的优点，而且具有一定的韧性，同时制作简单、加工流动性好、价格低廉，而且能够根据实际需求灵活地控制各部分原料的添加比例，以得到不同性能的纤维增强聚酯类聚合物材料，具有很强的可塑性。该纤维增强聚酯类聚合物材料应用广泛，能够满足多种制品的要求。
实例一：
分别称取50g、70g、60g、10g、10g的PCT、PBT、玻璃纤维、蒙脱土和邻苯二甲酸二辛酯，将PCT、PBT、玻璃纤维、蒙脱土和邻苯二甲酸二辛酯在80℃的真空干燥机中干燥4小时，干燥完成后，通过搅拌机进行搅拌使其混合均匀。待物料混合均匀后，将其加入挤出机，在300℃下进行挤出造粒，挤出完成后将粒料在130℃下进行真空干燥4小时；干燥完成后，在310℃下注塑即可得到强度达到83MPa以及断口冲击韧性为4.3kJ/m2的新型纤维增强聚酯类聚合物材料。
实例二：
分别称取20g、80g、40g、7g、7g的PCT、PBT、玻璃纤维、凹凸棒黏土和邻苯二甲酸二辛酯，将PCT、PBT、玻璃纤维、凹凸棒黏土和邻苯二甲酸二辛酯在80℃的真空干燥机中干燥6小时，干燥完成后，通过搅拌机进行搅拌使其混合均匀。待物料混合均匀后，将其加入挤出机，在290℃下进行挤出造粒，挤出完成后将粒料在140℃下进行真空干燥6小时；干燥完成后，在310℃下注塑即可得到强度达到91MPa以及断口冲击韧性为3.7kJ/m2的新型纤维增强聚酯类聚合物材料。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种纤维增强聚酯类聚合物材料，其特征在于，所述纤维增强聚酯类聚合物材料的组成材料包括聚酯树脂母料、增强纤维、增塑剂和填料，所述聚酯树脂母料、所述增强纤维、所述增塑剂和所述填料的质量比为(60～70)：(20～30)：(2～8)：(2～8)，所述纤维增强聚酯类聚合物材料由所述聚酯树脂母料、所述增强纤维、所述增塑剂和所述填料混合制成。
2.如权利要求1所述的纤维增强聚酯类聚合物材料，其特征在于，所述聚酯树脂母料为聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯中的一种或多种的组合。
3.如权利要求2所述的纤维增强聚酯类聚合物材料，其特征在于，所述聚酯树脂母料为聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯。
4.如权利要求1所述的纤维增强聚酯类聚合物材料，其特征在于，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或金属纤维中的一种或多种的组合。
5.如权利要求1所述的纤维增强聚酯类聚合物材料，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三甲酚酯或磷酸三二甲苯酯中的一种或多种的组合。
6.如权利要求1所述的纤维增强聚酯类聚合物材料，其特征在于，所述填料为蒙脱土、凹凸棒黏土或羟基磷灰石中的一种或多种的组合。
7.如权利要求1-6任一项所述的纤维增强聚酯类聚合物材料，其特征在于，所述纤维增强聚酯类聚合物材料的制作方法包括：
按比例称取一定量的所述聚酯树脂母料、所述增强纤维、所述增塑剂和所述填料，将所述聚酯树脂母料、所述增强纤维、所述增塑剂和所述填料置于真空干燥箱中干燥一段时间，所述真空干燥箱内的温度为第一温度；干燥完成后，通过搅拌机对所述聚酯树脂母料、所述增强纤维、所述增塑剂和所述填料进行搅拌并混合均匀，以得到混合物；
将所述混合物加入挤出机，在第二温度下对所述混合物进行挤出造粒，以得到混合物颗粒；挤出完成后，在第三温度下对所述混合物颗粒进行干燥处理一段时间；干燥完成后，在第四温度下对所述混合物颗粒进行注塑即可得到所述纤维增强聚酯类聚合物材料。
8.如权利要求7所述的纤维增强聚酯类聚合物材料，其特征在于，所述聚酯树脂母料、所述增强纤维、所述增塑剂和所述填料在温度为75℃～90℃的所述真空干燥箱中干燥4小时～6小时。
9.如权利要求7所述的纤维增强聚酯类聚合物材料，其特征在于，所述第二温度为250℃～320℃，所述第四温度为300℃～320℃。
10.如权利要求7所述的纤维增强聚酯类聚合物材料，其特征在于，挤出完成后，在130℃～150℃下对所述混合物颗粒进行干燥处理4小时～6小时。
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