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，所述PET共聚酯是由对苯二甲酸、乙二醇、新戊二醇，其中新戊二醇的分子结构是：
中文名称：2，2-二甲基-1，3丙二醇，三单体在催化剂乙醇锑的作用下进行酯交换和缩聚，从而聚合得到的三元共聚物。
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。
2.如权利要求1所述的一种快速成型的玻纤增强PET复合材料，其特征在于所述PET共聚酯是由对苯二甲酸，乙二醇，新戊二醇，其中新戊二醇的分子结构是：
中文名称：2,2-二甲基-1,3-丙二醇，三单体在催化剂乙醇锑的作用下进行酯交换和缩聚，从而聚合得到的三元共聚物。
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。
4.如权利要求1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分子结构多了一个碳原子，属于柔性链，从而降低了PET分子结构的空间位阻。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20220318 |