CN114196170A - 一种快速成型的玻纤增强pet复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明专利涉及复合材料技术领域,具体来说是一种快速成型的玻纤增强PET复合材料,设计了一种快速成型的玻纤增强PET复合材料,PET中添加PENT,PENT为PET共聚酯,用于减少PET分子的空间位阻,能使PET共聚酯的热结晶温度点和玻璃化转变温度有效降低,冷结晶温度点大幅度降低,同时材料本身的熔点与原材料PET相差不到5℃,彻底消除了PET弱点的同时保留了PET耐高温的特性。
Description
技术领域
本发明专利涉及复合材料技术领域,具体来说是一种快速成型的玻纤增强PET复合材料。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),是由对苯二甲酸与乙二醇进行缩聚反应制得,属于半结晶性饱和聚酯,由于PET的分子中二个苯环之间只有二个亚甲基,导致分子链蠕动时的空间位阻较大,在成型过程中表现出结晶速率慢,成型周期长,模塑温度高,保模时间长,冲击性能差等特点,基于以上缺陷,PET树脂在工程塑料应用方面受到了严重制约。
传统的改性方法是PET树脂通过添加成核剂的方法提高其本身的热结晶温度(Thc)和结晶速率,但是PET本身存在冷结晶温度点(Tcc),冷结晶温度点(Tcc)通常在125℃-147℃的范围内,因此通过成核剂成核和玻纤诱导,其冷结晶温度点也不会降低到100℃以下,不能满足正常注塑成型模具的模温要求,通常的成型模温在80-100℃之间。在注塑成型过程中,强迫安装模温机让成型模具加热且恒温到PET的冷结晶温度125℃-147℃范围,虽然可以暂时消除PET的冷结晶温度点125℃-147℃的影响,但PET的制件一旦其使用环境温度达到125℃-147℃,那么PET冷结晶温度点是具有记忆效应的,会发生二次结晶。温度达到冷结晶温度125℃-147℃范围内时,会发生应力开裂或直接熔融,这是PET最致命的弱点。之所以选材PET就是利用PET的耐高温的特点,但是由于PET存在冷结晶温度点这一缺陷,严重制约了PET的应用领域和广阔前景。
发明内容
本发明专利的目的在于解决现有技术的不足,通过向PET中添加一定份量的PENT(PET共聚酯),减少PET分子的空间位阻,从而把PET的冷结晶温度点降低到100℃以下,能够满足常规注塑成型模具的模温要求。
为了实现上述目的,本发明设计了一种快速成型的玻纤增强PET复合材料。所述PET中添加PENT,所述PENT为PET共聚酯,用于减少PET分子的空间位阻,降低PET的冷结晶温度。
优选地,PET共聚酯新戊二醇含量为10%、20%或30%,新戊二醇共聚到PET分子链中能使PET共聚酯的冷结晶温度点和热结晶温度点、玻璃化转变温度有效降低。
优选地,PET共聚酯的分子结构如下:
PET共聚酯的分子结构中引入了2,2二甲基-1,3-丙二醇,比PET主链中多了一个碳原子,属于柔性链,降低了PET分子的空间位阻。与现有技术相比,有效地降低PET的冷结晶温度点,彻底消除PET的致命弱点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步地解释说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
1.具体实施方案
(1)配方设计:
本发明选择PET玻纤增强30%的改性材料作为配方设计的典型案例进行分析论证,但不局限于玻纤增强30%,在玻纤增强0%-60%范围内都适用(目前国内外品牌在市面上销售的PET玻纤增强最高为60%)。
表一不同配方组分的样品编号
备注:配方中的树脂比例按照PET:PENT=10:0,9:1,8:2,7:3,6:4,5:5来设计。说明:①PET:型号为E-402,上海石化
②PENT:型号为CN-30(新戊二醇PNG含量30%),仪征化纤
③EBS:型号为EB-FF,日本花王
④成核剂:型号为P250,德国布吕格曼
⑤短纤:型号为T436H,泰山玻纤
(2)具体实施:
①准确称取20公斤PET和10公斤PENT放置在120℃温度鼓风烘箱中烘干4小时,烘干后备用;
②按照表一的比例,除玻纤以外,将各组份按表二的重量准确称取,加入到高速混料器中混合10分钟后取出备用,分别标注0#、1#、2#、3#、4#、5#,短玻纤一次性称取,直接倒入侧向喂料称中;
表二样品各组分的具体配比质量
③将按照0#、1#、2#、3#、4#、5#配方制作的样品分别通过同向双螺杆挤出机(型号STS-30南京科倍隆公司)挤出,水冷却切粒,温度设定为270-285℃,螺杆转速:400转/分,短纤T436H通过侧向喂料称按30%设定喂料,获取0#、1#、2#、3#、4#、5#样品颗粒备用。
(3)样品测试和数据处理:
通过差热分析仪(DSC,型号:D-121,日本岛津)测定样品的玻璃化转变温度Tg,冷结晶点温度Tcc,热结晶温度点Thc。测试条件如下:
①从室温以10℃/min的速度升温至280℃,恒温5min;
②从280℃以-5℃/min的速度降温至80℃
③样品切片重量≤10mg,测试前先取标准样金属铟In校正仪器且通氮气。
测试数据如下:
表三
备注:表中所有样品均取样三次,测试3次,表三中数据均是平均值。
从表三可以看出:
随着PENT的加入量增加,样品从0#到5#的玻璃化转变温度Tg呈现下降的趋势,逐渐接近PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)的水平,PBT玻璃化转变温度Tg:47℃。
①随着PENT的加入量增加,样品从0#到5#的冷结晶温度Tcc也是呈现下降趋势,且4#和5#开始下降到100℃以下,完全处在正常注塑成型模具的模温≤100℃的范围内(不需要安装模温机的情况下),可以帮助制件应力释放且不会发生二次结晶而导致应力开裂;
②随着PENT的加入量增加,样品从0#到5#的热结晶温度Thc几乎没有变化,这主要是成核剂引起了PET/PENT复合体系的球晶碎化,从而使PET/PENT复合体系的分子链排列更加有序,同时也提高了体系的结晶度;
③随着PENT的加入量增加,样品从0#到5#的熔点Tm有逐渐下降的趋势,但幅度在5℃范围内,考虑到选择PET材料是要利用该材料的耐高温特性,耐高温特性的主要要素是材料本身的熔点Tm,因此综合上述分析,初步选定为4#和5#样品作为备选配方样。
2.对标成型试验和性能测试
目前市面上公认的PET玻纤增强30%材料是美国杜邦公司生产的PET型号:530,因此本发明选定杜邦公司的PET 530作为对标标的。
(1)成型实验
①取杜邦PET 530和4#、5#各2公斤样料,放置在120℃温度下的鼓风烘箱中烘干3小时,取出备用,分别标定:530、4#、5#;
②在同样的注塑条件下,注塑温度260-275℃,注塑压力60bar,模温:100℃(正常模温),按照ASTM标准注塑成标准样条,各制作10组,需要说明的是:成型过程中三个样都能快速脱模(成型周期都在46秒内),样条表面光洁无浮纤;
③按照ASTM标准和DSC(差热分析仪)测试性能,数据如下:
表四4#,5#,对比样品的各项测试情况
从表四的测试数据对比来看,4#样与530相当,因此综合上述的分析,最终选择4#样作为最终小批量生产的配方。
3.客户的小批量试用
本发明按照4#样的配方小批量生产提供给了国内著名的小家电企业九阳和苏泊尔,作为迷你小火锅的底座(需要安装加热装置和电线插座)指定注塑成型材料试用,使用情况良好,完全可以替代杜邦公司的PET 530的同类材料,同时为客户降低了48%的材料成本,并通过了国家的强制3C论证。目前二家小家电企业已经生产了30万台迷你小火锅,投放全国市场,至今无终端客户投诉。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种快速成型的玻纤增强PET复合材料,其特征在于所述PET中添加PENT,所述PENT为PET共聚酯,用于减少PET分子的空间位阻,降低PET的冷结晶温度。
3.如权利要求2所述的一种快速成型的玻纤增强PET复合材料,其特征在于PET共聚酯新戊二醇含量为10%、20%或30%,新戊二醇共聚到PET分子链中能使PET共聚酯的冷结晶温度点和热结晶温度点、玻璃化转变温度有效降低。
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