CN114316535B - 一种pbt复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PBT复合材料及其制备方法与应用，涉及工程塑料技术领域。本发明提供了一种PBT复合材料，包括以下重量份的组分：PBT树脂80‑95份、玻璃纤维5‑20份、含硅化合物1‑3份、二氧化硅2‑5份；所述含硅化合物为含硅化合物A和含硅化合物B的混合物，含硅化合物A的运动粘度为100‑600mm2/s，含硅化合物B的运动粘度为100万‑500万mm2/s。本发明通过含硅化合物、二氧化硅等组分的选择，制备得到的PBT复合材料表面张力大幅降低，使材料的耐污性能得到很好的改善，同时制备的材料具有良好的外观。
Description
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域，尤其是一种PBT复合材料及其制备方法与应用。
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，通过玻纤增强改性后，改善了PBT材料的力学性能、电性能、耐热性及尺寸稳定性等，广泛用于汽车、电子、电器等行业。但是改性PBT材料在某些方面仍存在不足，例如通过玻纤的增强作用，外观易出现浮纤，同时材料的表面张力相对较高，材料的耐脏污性能差，在一定程度上限制了其应用。
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种PBT复合材料及其制备方法与应用。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种PBT复合材料，包括以下重量份的组分：PBT树脂80-95份、玻璃纤维5-20份、含硅化合物1-3份、二氧化硅2-5份；所述含硅化合物为含硅化合物A和含硅化合物B的混合物，含硅化合物A的运动粘度为100-600mm2/s，含硅化合物B的运动粘度为100万-500万mm2/s。
本发明通过对含硅化合物的运动粘度的选择，运动粘度小的含硅化合物容易迁移到组合物的表面，形成膜状阻隔层；根据相似相容原理，运动粘度大的含硅化合物会富集于阻隔膜的下层，起到更持久、有效的阻隔作用，使得PBT复合材料的表面张力大幅降低。本发明加入二氧化硅，其非极性端能有效的吸附含硅化合物，形成很好的混合，同时二氧化硅的极性一端可以对玻纤表现形成有效的界面结合，从而使含硅化合物有效的分散在PBT复合材料中，使得PBT复合材料表面张力大幅降低，外观无分层发白出现。
优选地，所述玻璃纤维的直径为1um-25um，长度为1mm-15mm，所述玻璃纤维的直径、长度为本发明选用玻璃纤维的直径、长度；所述PBT树脂的特性粘度为0.8-1.2dL/g。所述PBT树脂的特性粘度的测试标准为GB/T 14190-2008。
优选地，所述含硅化合物A的运动粘度为300-500mm2/s，含硅化合物B的运动粘度为200万-400万mm2/s。本发明含硅化合物的运动粘度是按照ASTM D4283-98标准，在25℃下测试的运动粘度。
优选地，所述含硅化合物A和含硅化合物B的重量比为：含硅化合物A：含硅化合物B＝1：(2-4)。本申请发明人经过大量创造性试验探究后发现，含硅化合物A和含硅化合物B重量比对PBT复合材料的表面张力有较大影响，当重量比采用上述特定选择时，制备得到的PBT复合材料表面张力更低。
优选地，所述二氧化硅的平均粒径为10-100nm；进一步优选地，所述二氧化硅的平均粒径为20-60nm。本申请发明人经过大量创造性试验探究后发现，二氧化硅的平均粒径选择对制备得到的PBT复合材料表面张力有较大影响，当二氧化硅的平均粒径过小时，在制备过程中容易发生团聚；二氧化硅的平均粒径过大时，比表面积太小，使表面作用降低。二氧化硅的平均粒径为20-60nm时，制备得到的PBT复合材料表面张力较低。
优选地，所述的PBT复合材料，还包括以下重量份的组分：抗氧剂0.2-0.6份和润滑剂0.2-0.6份；优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂245、抗氧剂1076、抗氧剂1790等；亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168等；所述润滑剂为酯类润滑剂、酰胺类润滑剂中的至少一种；所述酯类润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、酯类润滑剂yy-503A等，酰胺类润滑剂为芥酸酰胺类润滑剂、油酸酰胺类润滑剂、硬脂基芥酸酰胺等。
此外，本发明还提供了所述的PBT复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比称量各种原料；
(2)将步骤(1)中各种原料加入混合机中混合均匀，得到混合物料；
(3)将步骤(2)中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，得到所述PBT复合材料。
优选地，所述步骤(3)中，熔融挤出的条件为：一区温度220-270℃，二区温度220-270℃，三区温度220-270℃，四区温度230-280℃，五区温度230-280℃，六区温度230-280℃，七区温度230-280℃，八区温度230-280℃，九区温度230-280℃，十区温度230-280℃，十一区温度230-280℃，螺杆转速为250-600r/min，螺杆长径比40-48：1。
优选地，本发明制备的PBT复合材料中，玻璃纤维的直径为1um-25um，长度为200um-600um。
进一步地，本发明提供了所述的PBT复合材料在马桶、灯具、开关面板中的应用。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明通过对含硅化合物的运动粘度的选择，运动粘度小的含硅化合物容易迁移到组合物的表面，形成膜状阻隔层；根据相似相容原理，运动粘度大的含硅化合物会富集于阻隔膜的下层，起到更持久、有效的阻隔作用，使得PBT复合材料的表面张力大幅降低。本发明加入二氧化硅，能有效的吸附含硅化合物，形成很好的混合，二氧化硅同时对玻纤进行有效的浸润，从而使含硅化合物有效的分散在PBT复合材料中，表面张力大幅降低，使材料的耐污性能得到很好的改善，同时制备的材料具有良好的外观。
附图说明
图1为本发明制备得到的PBT复合材料注塑成100mm*100mm*2mm方板无分层发白图；
图2为本发明制备得到的PBT复合材料注塑成100mm*100mm*2mm方板有分层无发白图；
图3为本发明制备得到的PBT复合材料注塑成100mm*100mm*2mm方板无分层有发白图；
图4为本发明制备得到的PBT复合材料注塑成100mm*100mm*2mm方板有分层发白图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到；本发明实施例及对比例所用玻璃纤维、抗氧剂、润滑剂完全相同。
PBT树脂
PBT树脂1：型号PBT GX112，厂家仪征化纤，特性粘度为0.8dl/g；
PBT树脂2：型号PBT GX234，厂家仪征化纤，特性粘度为1.2dl/g；
含硅化合物A
含硅化合物A-1：型号210-100，厂家道康宁，运动粘度为100mm2/s；
含硅化合物A-2：型号210-350，厂家道康宁，运动粘度为300mm2/s；
含硅化合物A-3：型号210-500，厂家道康宁，运动粘度为500mm2/s；
含硅化合物A-4：型号210-600，厂家道康宁，运动粘度为600mm2/s；
含硅化合物A-5：型号210-50，厂家道康宁，运动粘度为50mm2/s；
含硅化合物A-6：型号210-1000，厂家道康宁，运动粘度为1000mm2/s；
含硅化合物B
含硅化合物B-1：型号KF-96H-1000000CS，厂家信越，运动粘度为100万mm2/s；
含硅化合物B-2：型号300甲基硅油，厂家吉鹏硅氟，运动粘度为200万mm2/s；
含硅化合物B-3：型号超高粘度400万粘度甲基硅油，厂家吉鹏硅氟，运动粘度为400万mm2/s；
含硅化合物B-4：型号超高粘度500万粘度甲基硅油，厂家深圳吉鹏，运动粘度为500万mm2/s；
含硅化合物B-5：KF-96H-500000CS，厂家信越，运动粘度为50万mm2/s；
含硅化合物B-6：型号超高粘度800万粘度甲基硅油，厂家深圳吉鹏，运动粘度为800万mm2/s；
二氧化硅
二氧化硅1：型号SP-10，厂家汇精，平均粒径为10nm；
二氧化硅2：型号XT-SiO2-01，厂家上海巷田纳米，平均粒径为20nm；
二氧化硅3：型号DK-SiO2-60，厂家德科岛金，平均粒径为60nm；
二氧化硅4：型号XT-SiO2-01，厂家上海巷田纳米，平均粒径为100nm；
二氧化硅5：型号YH5800，厂家奕强，平均粒径为4.5nm；
二氧化硅6：型号GBW12016a，厂家中国石油大学，平均粒径为150nm；
玻璃纤维：型号ECS11-4.5-534A，厂家巨石；其直径为11um，长度为4.5mm；
抗氧剂：抗氧剂1：受阻酚类抗氧剂1010(四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)；抗氧剂2：亚磷酸酯类抗氧剂168(三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)，市售；
润滑剂：酯类润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯，市售；
实施例1-18和对比例1-6
实施例1-18和对比例1-6的PBT复合材料的组分及重量份选择如表1、表2、表3所示，其中，实施例及对比例PBT复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比称量各种原料；
(2)将步骤(1)中各种原料加入混合机中混合均匀，得到混合物料；
(3)将步骤(2)中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，得到所述PBT复合材料；熔融挤出的条件为：一区温度220-270℃，二区温度220-270℃，三区温度220-270℃，四区温度230-280℃，五区温度230-280℃，六区温度230-280℃，七区温度230-280℃，八区温度230-280℃，九区温度230-280℃，十区温度230-280℃，十一区温度230-280℃，螺杆转速为400r/min，螺杆长径比48：1。
表1
表2
表3
性能测试
(1)表面张力；将本发明制备得到的PBT复合材料注塑成100mm*100mm*2mm的方板，测试材料表面张力，采用的设备型号为：光学接触角/表界面张力测量仪，型号：OSA200；具体公式为杨氏公式γsv＝γsl+γlv×cosθe；
(2)外观；将本发明制备得到的PBT复合材料注塑成100mm*100mm*2mm方板进行外观评估；
具体测试结果如表4、表5所示；
表4
表5
由上表可知，本发明实施例制备得到的PBT复合材料表面张力大幅降低(＜28mN/m)，外观无分层发白出现，如图1所示。
由实施例1-2对比可知，PBT树脂的特性粘度对PBT复合材料的表面张力无影响。由实施例1、3-6对比可知，当含硅化合物A和含硅化合物B的重量比为：含硅化合物A：含硅化合物B＝1：2-4时，制备得到的PBT复合材料的表面张力更低，外观无分层发白出现。
由实施例1、7-11对比可知，二氧化硅的平均粒径选择对制备得到的PBT复合材料表面张力有较大影响，当二氧化硅的平均粒径为20-60nm时，制备得到的PBT复合材料的表面张力更低，外观无分层发白出现。
由实施例1、12、对比例3-4对比可知，本发明含硅化合物1-3份、二氧化硅2-5份时，制备得到的PBT复合材料的表面张力更低，外观无分层发白出现。对比例3-4含硅化合物、二氧化硅的份数不在本发明提供的范围内，外观出现分层和/或发白，如图2-4所示，且PBT复合材料的表面张力较高，材料的耐脏污性能差。
由实施例1、13-16、对比例1-2、5-6对比可知，对比例1-2、5-6不含本发明特定选择的含硅化合物A和含硅化合物B，外观出现分层或发白，且PBT复合材料的表面张力较高，材料的耐脏污性能差。含硅化合物为含硅化合物A和含硅化合物B的混合物，含硅化合物A的运动粘度为300-500mm2/s，含硅化合物B的运动粘度为200万-400万mm2/s时，制备得到PBT复合材料的表面张力更低，外观无分层发白出现。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种PBT复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：PBT树脂80-95份、玻璃纤维5-20份、二氧化硅2-5份、含硅化合物A和含硅化合物B的混合物1-3份，含硅化合物A的运动粘度为100-600mm2/s，含硅化合物B的运动粘度为100万-500万mm2/s。
2.如权利要求1所述的PBT复合材料，其特征在于，所述含硅化合物A的运动粘度为300-500mm2/s，含硅化合物B的运动粘度为200万-400万mm2/s。
3.如权利要求1所述的PBT复合材料，其特征在于，所述含硅化合物A和含硅化合物B的重量比为：含硅化合物A：含硅化合物B=1：（2-4）。
4.如权利要求1所述的PBT复合材料，其特征在于，所述二氧化硅的平均粒径为10-100nm。
5.如权利要求4所述的PBT复合材料，其特征在于，所述二氧化硅的平均粒径为20-60nm。
6.如权利要求1所述的PBT复合材料，其特征在于，还包括以下重量份的组分：抗氧剂0.2-0.6份和润滑剂0.2-0.6份；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂为硅酮类润滑剂、酯类润滑剂、酰胺类润滑剂中的至少一种。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的PBT复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按配比称量各种原料；
（2）将步骤（1）中各种原料加入混合机中混合均匀，得到混合物料；
（3）将步骤（2）中得到的混合物料加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，得到所述PBT复合材料。
8.如权利要求7所述的PBT复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，熔融挤出的条件为：一区温度220-270℃，二区温度220-270℃，三区温度220-270℃，四区温度230-280℃，五区温度230-280℃，六区温度230-280℃，七区温度230-280℃，八区温度230-280℃，九区温度230-280℃，十区温度230-280℃，十一区温度230-280℃，螺杆转速为250-600r/min，螺杆长径比40-48：1。
9.一种如权利要求1-6任一项所述的PBT复合材料在马桶、灯具、开关面板中的应用。
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