CN114479374A - 一种pbt组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PBT组合物，按重量份计，包括以下组分：PBT树脂100份；填充物15‑80份；弹性体3‑15份；环氧树脂0.3‑2份；对苯二甲酸乙二醇酯齐聚物1‑10份；所述的环氧树脂的环氧当量为600g/eq‑3500g/eq。本发明通过在PBT组合物中添加一定量的环氧树脂、对苯二甲酸乙二醇酯齐聚物，能够显著提升PBT组合物的耐冷热冲击性和耐受超高转速性。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种PBT组合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂由于机械性质、电性质、此外物理性质、化学性质优异、且加工性良好，所以作为工程塑料被用于汽车部件、电气/电子部件等广泛的用途中。
作为电子电气中的马达制品，PBT材料通常需要经受耐冷热冲击性和高速旋转无破坏性。典型的定子和转子是由塑胶包覆硅钢片组成。在经受冷热冲击测试时，材料发生收缩和膨胀，由于塑胶的线性膨胀系数比金属的线性膨胀系数高接近10倍，塑胶的收缩比远远大于金属的收缩比，导致塑胶被金属撑裂。塑胶良好的机械性能尤其是良好的韧性是确保其在高速旋转时无破坏的重要保障。
现有PBT材料冷热冲击改善技术普遍引入了碳化二亚胺作为提升耐冷热冲击性能的有效助剂，在加工过程尤其是挤出造粒过程中，该助剂的亚胺基团与活泼氢发生反应，其中间产物异氰酸酯具有刺激性气味，导致生产环境难以忍受。而通过弹性体提升耐冷热冲击性能带来的流动性下降问题不能得到有效解决，并且，通过添加弹性体无法有效提升PBT材料的耐受超高转速性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种耐冷热冲击性能好的PBT组合物，以及其制备方法和应用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种PBT组合物，按重量份计，包括以下组分：
PBT树脂 100份；
填充物 15-80份；
弹性体 3-15份；
环氧树脂 0.3-2份；
对苯二甲酸乙二醇酯齐聚物 1-10份；
所述的环氧树脂的环氧当量为600g/eq-3500g/eq。
所述环氧当量参照《GB/T 4612-2008 塑料 环氧化合物 环氧当量的测定》进行测试。
所述的PBT树脂的特性粘度范围是0.66-1.20dl/g。所述特性粘度参照《GB/T14190-2017 纤维级聚酯(PET)切片试验方法》进行测试，溶剂选用苯酚：四氯乙烷=3:2（质量比）。
所述的环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的至少一种。
优选的，所述的环氧树脂选自双酚A型环氧树脂。
优选的，所述的环氧树脂的环氧当量为1700-3100g/eq，更优选2500g/eq-3100g/eq。
对苯二甲酸乙二醇酯齐聚物（PET齐聚物）也称为PET寡聚物，属于低分子量聚合物，一般平均分子量低于3500。
所述的填充物选自纤维状填充物、颗粒状填充物；所述的纤维状填充物选自玻璃纤维、玻璃纤维粉、碳纤维、金属纤维、钛酸钾纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、氮化硼纤维、氮化硅纤维、硼酸铝纤维、有机纤维中的至少一种；所述的颗粒状填充物选自滑石粉、云母粉、玻璃鳞片、硅灰石、高岭土、碳酸钙、硫酸钡、玻璃微珠、陶瓷微珠、二氧化钼、蒙脱土、二氧化钛、硫化锌、三氧化二锑、白炭黑、石英粉末、硅藻土、氧化铁、碳酸镁、硫酸钙、氮化硼中的至少一种。
所述的弹性体选自乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、三元乙丙橡胶、上述弹性体的接枝共聚物、上述弹性体与甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的至少一种；上述弹性体的接枝共聚物中接枝单体为马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种；优选乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的至少一种。
可以根据实际需要决定是否加入0-2份助剂，所述的助剂选自抗氧剂、润滑剂。
抗氧剂可以是四[β(3.5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
润滑剂可以是季戊四醇四硬脂酸酯(PETS)。
本发明的PBT组合物的制备方法，包括以下步骤：按照配比，将除填充物之外的组分混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，其中填充物通过侧喂加入，双螺杆挤出机的一区温度为30-200℃，二区温度为220-260℃，三区温度为220-260℃，四区温度为200-240℃，五区温度为200-240℃，六区温度为200-240℃，七区温度为200-240℃，八区温度为200-240℃，九区温度为200-240℃，机头温度为220-260℃，主机转速为300-500转/分钟，得到PBT组合物。
本发明的PBT组合物的应用，用于制备马达制件，如定子和转子。
本发明具有如下有益效果：
本发明通过在PBT/填充物/弹性体的传统体系中，添加一定量的环氧树脂、对苯二甲酸乙二醇酯齐聚物（PET齐聚物），可以使得各组分在增强或填充PBT材料中达到更好的分散，进一步获得较高的韧性（如悬臂梁缺口冲击强度）、耐冷热冲击性和耐受超高转速性，适用于制备马达制件，尤其是定子和转子。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。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。
实施例和对比例所用原材料来源如下：
PBT树脂A：型号PBT GX121，特性粘度0.98dl/g，购买于中国石化集团资产经营管理有限公司仪征分公司；
PBT树脂B：型号PBT GX112，特性粘度0.82dl/g，购买于中国石化集团资产经营管理有限公司仪征分公司；
玻璃纤维：无碱短切玻璃纤维，型号ECS11-4.5-534A，购买于巨石集团有限公司；
滑石粉：型号TYT-777A，3000目，购买于海城添源化工有限责任公司
弹性体A：乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，型号为Elvaloyresins PTW，购买于杜邦中国集团有限公司上海分公司；
弹性体B：乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，型号为LOTADERAX8900，购买于阿科玛（上海）化工有限公司；
弹性体C：甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-丙烯酸甲酯共聚物，型号为KT-22购买于沈阳科通塑胶有限公司；
弹性体D：乙烯-丙烯酸甲酯共聚物，型号为Elvaloy AC resins 1125，购买于杜邦中国集团有限公司上海分公司；
环氧树脂A：环氧当量为2500-3100g/eq，双酚A型环氧树脂，型号为YD-019，购买于国都化工(昆山)有限公司；
环氧树脂B：环氧当量为1750-1950g/eq，双酚A型环氧树脂，型号为YD-017，购买于国都化工(昆山)有限公司；
环氧树脂C：环氧当量为1150-1300g/eq，双酚A型环氧树脂，型号为KD-214M，购买于国都化工(昆山)有限公司；
环氧树脂D：环氧当量为730-840g/eq，双酚A型环氧树脂，型号为KD-213，购买于国都化工(昆山)有限公司；
环氧树脂E：环氧当量为1750-1950g/eg，双酚F型环氧树脂，型号为KD-9007，购买于国都化工(昆山)有限公司；
环氧树脂F：环氧当量为450-500g/eq，双酚A型环氧树脂，型号为CYD-011，购买于岳阳巴陵华兴石化有限公司；PET齐聚物A：型号为POLYCIZER A-55，平均分子量为2200，购买于Dainippon Ink & Chemicals, Inc.；
PET齐聚物B：型号为POLYCIZER A-51，平均分子量为1500，购买于Dainippon Ink& Chemicals, Inc.。
抗氧剂：四[β(3.5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，营口市风光化工有限公司。
实施例和对比例PBT组合物的制备方法：按照配比，将除填充物之外的组分混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，其中填充物通过侧喂加入，双螺杆挤出机的一区温度为30-200℃，二区温度为220-260℃，三区温度为220-260℃，四区温度为200-240℃，五区温度为200-240℃，六区温度为200-240℃，七区温度为200-240℃，八区温度为200-240℃，九区温度为200-240℃，机头温度为220-260℃，主机转速为300-500转/分钟，得到PBT组合物。
各项测试方法：
（1）力学性能测试：拉伸强度测试按ISO 527-2进行，试样尺寸为150*10*4mm，拉伸速度为10mm/min；悬臂梁缺口冲击强度按ISO 180进行，试样尺寸为80*10*4mm，缺口深度为2mm。
（2）耐冷热冲击测试与高转速不良个数测试：采用一款变频空调马达转子作为冷热冲击测试品，该测试品由转子铁芯、磁片、聚对苯二甲酸丁二醇酯组合物组成，通过模内注塑，实现塑胶材料对金属嵌件进行包塑成型。聚对苯二甲酸丁二醇酯混合物起到固定和绝缘的作用。其中，转子铁芯高度40mm，外径60mm，内径20mm，沿其一周均匀分布8个插槽用于放置磁片，磁片厚度10mm。转子铁芯具备尖锐棱角结构，转子测试品中塑胶最小壁厚0.9mm。耐冷热冲击测试在冷热冲击试验箱中进行，试验箱分为两个箱体，可设置高低两个温度，测试样品在两个箱体之间切换时间＜8s。依据行业常用测试条件，将转子测试品放入冷热冲击实验箱，在140℃停留1小时后，迅速切换到-40℃停留1小时，再迅速切换到140℃，以140℃ 1小时和-40℃ 1小时为一个循环，以此往复测试，直至转子测试品塑胶部分产生裂纹为止，记录循环次数。以每48小时检查一次转子测试品，产生裂纹的循环次数以24的倍数进行记录（每48小时测试24个循环），超过600个循环未产生裂纹的记为＞600个。通过模内注塑成型所得的马达转子安装到电机上，以23000rpm的转速运行20min，检查转子外观，塑胶部分有裂纹或碎片脱落的记为不良，每个实施例或对比例测试5个，记录不良个数。
表1：实施例1-7 PBT组合物各组分含量（重量份）及测试结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |
| PBT树脂A | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| PBT树脂B | 100 | ||||||
| 玻璃纤维 | 30 | 30 | 15 | 45 | 60 | 80 | |
| 滑石粉 | 30 | ||||||
| 弹性体A | 7 | 7 | 3 | 9 | 12 | 15 | 7 |
| 环氧树脂A | 0.8 | 0.8 | 0.3 | 1.2 | 1.5 | 2 | 0.8 |
| PET齐聚物A | 3 | 3 | 1 | 5 | 8 | 10 | 3 |
| 抗氧剂 | 0.3 | 0.3 | - | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 拉伸强度，MPa | 117 | 117 | 91 | 126 | 138 | 147 | 57 |
| 悬臂梁缺口冲击强度，kJ/m<sup>2</sup> | 12.3 | 12.0 | 9.0 | 14.9 | 17.5 | 19.2 | 8.5 |
| 冷热冲击开裂次数，个 | 大于600 | 大于600 | 552 | 大于600 | 大于600 | 大于600 | 528 |
| 高速旋转不良个数，g | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
由实施例1-7可知，本发明的PBT组合物具有耐冷热冲击性能、耐受超高转速性好的优点。
表2：实施例8-15 PBT组合物各组分含量（重量份）及测试结果
| 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 | 实施例11 | 实施例12 | 实施例13 | 实施例14 | 实施例15 | |
| PBT树脂A | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 玻璃纤维 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 弹性体A | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | |||
| 弹性体B | 7 | |||||||
| 弹性体C | 7 | |||||||
| 弹性体D | 7 | |||||||
| 环氧树脂A | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | ||||
| 环氧树脂B | 0.8 | |||||||
| 环氧树脂C | 0.8 | |||||||
| 环氧树脂D | 0.8 | |||||||
| 环氧树脂E | 0.8 | |||||||
| PET齐聚物A | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | |
| PET齐聚物B | 3 | |||||||
| 抗氧剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 拉伸强度，MPa | 118 | 116 | 113 | 117 | 116 | 116 | 118 | 117 |
| 悬臂梁缺口冲击强度，kJ/m<sup>2</sup> | 13.0 | 11.4 | 10.5 | 11.8 | 11.8 | 11.5 | 11.3 | 11.9 |
| 冷热冲击开裂次数，次 | 大于600 | 576 | 552 | 528 | 456 | 456 | 408 | 大于600 |
| 高速旋转不良个数，g | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
由实施例1、8-10可知，弹性体优选乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
由实施例1、11-13可知，优选环氧树脂的环氧当量下耐冷热冲击性更好。
由实施例11/14可知，优选双酚A型环氧树脂，耐冷热冲击明显更好。
表3：对比例PBT组合物各组分含量（重量份）及测试结果
| 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | 对比例7 | |
| PBT树脂A | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 玻璃纤维 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 弹性体A | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 |
| 环氧树脂A | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 3 | |||
| 环氧树脂F | 0.8 | ||||||
| PET齐聚物A | 3 | 0.5 | 15 | 3 | 3 | ||
| 抗氧剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 拉伸强度，MPa | 113 | 119 | 120 | 109 | 118 | 117 | 121 |
| 悬臂梁缺口冲击强度，kJ/m<sup>2</sup> | 11.2 | 12.2 | 12.4 | 9.4 | 10.6 | 13.2 | 13.1 |
| 冷热冲击开裂次数，次 | 168 | 120 | 192 | 168 | 120 | 168 | 96 |
| 高速旋转不良个数，g | 4 | 5 | 3 | 5 | 5 | 4 | 5 |
由对比例1可知，环氧树脂的环氧当量过低时耐冷热冲击性、耐受超高转速性差。
由对比例2、3可知，不加入PET齐聚物或添加量过低，耐冷热冲击性、耐受超高转速性差。
由对比例4可知，PET齐聚物含量过高时，不仅反而导致耐冷热冲击性、耐受超高转速性下降，而且也严重影响力学性能。
由对比例5可知，不添加环氧树脂时，耐冷热冲击性、耐受超高转速性差。
由对比例6可知，环氧树脂添加量过多时耐冷热冲击性、耐受超高转速性差。
Claims (10)
1.一种PBT组合物，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
PBT树脂 100份；
填充物 15-80份；
弹性体 3-15份；
环氧树脂 0.3-2份；
对苯二甲酸乙二醇酯齐聚物 1-10份；
所述的环氧树脂的环氧当量为600g/eq-3500g/eq。
2.根据权利要求1所述的PBT组合物，其特征在于，所述的PBT树脂的特性粘度范围是0.66-1.20dl/g。
3.根据权利要求1所述的PBT组合物，其特征在于，所述的环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的PBT组合物，其特征在于，所述的环氧树脂选自双酚A型环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的PBT组合物，其特征在于，所述的环氧树脂的环氧当量为1700-3100g/eq，更优选2500g/eq-3100g/eq。
6.根据权利要求1所述的PBT组合物，其特征在于，所述的填充物选自纤维状填充物、颗粒状填充物；所述的纤维状填充物选自玻璃纤维、玻璃纤维粉、碳纤维、金属纤维、钛酸钾纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、氮化硼纤维、氮化硅纤维、硼酸铝纤维、有机纤维中的至少一种；所述的颗粒状填充物选自滑石粉、云母粉、玻璃鳞片、硅灰石、高岭土、碳酸钙、硫酸钡、玻璃微珠、陶瓷微珠、二氧化钼、蒙脱土、二氧化钛、硫化锌、三氧化二锑、白炭黑、石英粉末、硅藻土、氧化铁、碳酸镁、硫酸钙、氮化硼中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的PBT组合物，其特征在于，所述的弹性体选自乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、三元乙丙橡胶、上述弹性体的接枝共聚物、上述弹性体与甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的至少一种；上述弹性体的接枝共聚物中接枝单体为马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种；优选乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的PBT组合物，其特征在于，按重量份计，还包括0-2份助剂，所述的助剂选自抗氧剂、润滑剂中的至少一种。
9.权利要求1-8任一项所述PBT组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照配比，将除填充物之外的组分混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，其中填充物通过侧喂加入，双螺杆挤出机的一区温度为30-200℃，二区温度为220-260℃，三区温度为220-260℃，四区温度为200-240℃，五区温度为200-240℃，六区温度为200-240℃，七区温度为200-240℃，八区温度为200-240℃，九区温度为200-240℃，机头温度为220-260℃，主机转速为300-500转/分钟，得到PBT组合物。
10.权利要求1-8任一项所述PBT组合物的应用，其特征在于，用于制备马达制件。
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