CN115216152A - 一种纤维增强聚苯硫醚复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

一种纤维增强聚苯硫醚复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料主要由以下组分制成：聚苯硫醚树脂、纤维、晶须、增韧剂、偶联剂、分散剂、抗氧剂、润滑剂和耐刮擦剂。所述制备方法包括：（1）先将增韧剂、偶联剂和润滑剂搅拌混合后，再与分散剂、晶须、抗氧剂和耐刮擦剂一起，加热密炼，压片切粒，得增韧母粒；（2）将聚苯硫醚树脂、纤维和增韧母粒，加热共混挤出注带，冷却，切粒，即成。将所述纤维增强聚苯硫醚复合材料用于动力电池壳体材料、汽车结构部件或电子电器部件材料。本发明复合材料拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、缺口冲击强度、表面附着力、气体阻隔性好。本发明方法纤维分散均匀，工艺简单，成本低，适宜于工业化生产。

Description

一种纤维增强聚苯硫醚复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法和应用，具体涉及一种纤维增强聚苯硫醚复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚苯硫醚（PPS）具有高强度、高刚性、耐高温、阻燃、耐腐蚀、耐化学药品及易成型加工、尺寸稳定性好等优异性能，广泛用于电子电器部件、汽车结构部件、泵体，特别是动力电池外壳。但是，PPS存在抗冲击强度较低、低温脆性大，与其它树脂的相容性较差等缺点；由于PPS大分子极性较小，与纤维共混制备复合材料时，特别是高含量玻纤增强PPS复合材料的玻纤外露较为严重，导致其制品表面光洁度低，与表面涂料之间的粘结力较小，以致在湿度较大的环境中，较容易导致涂层产生裂纹、鼓泡甚至脱落。
随着电动汽车和大型储能装置产业的发展，大型动力电池及储能电池需求越来越大，电池壳体材料是动力电池的关键材料，要求其具有重量轻、高强度、抗冲击、耐电解液腐蚀、阻燃和较高的氧气、水蒸气阻隔性。因此，业内采用玻纤增强PPS制造电池壳体时，必须在其表面进行涂覆，以提高其气体阻隔性，然而，虽然PPS具有优异的阻燃和耐电解液腐蚀性，但其耐低温冲击强度较低、与涂料的粘结力较小。
近年来，针对PPS改性的研究很多，CN 101838462A公开了一种玻纤增强耐潮湿高电阻率PPS复合材料，主要是采用玻纤、PTFE、PE与PPS共混挤出制造耐潮湿PPS复合材料，在高潮湿环境下，其电阻率保持在10992Ω·cm。
CN101864169A公开了一种玻纤增强PS复合材料，其组成PPS为49～95%，玻纤为4.8～49.85%、浸润剂0～5%，玻纤最高含量为45%，制得PPS复合材料的拉伸强度为184MPa，缺口冲击强度为9.8kJ/m²，其缺口冲击强度较低。
CN103509342A公开了一种PPS复合材料及其制备方法，其组成为PPS 30～80%、扁平玻纤5～60%、圆形玻纤0～60%、矿物1～5%、偶联剂0.1～3%，加工助剂0.1～2%，其采用扁平与圆形玻纤混用玻纤解决复合材料的翘曲问题，所得PPS复合材料的弯曲强度为280MPa，缺口冲击强度为9.9kJ/m²，其缺口冲击强度较低。
CN104403314A公开了一种与金属具有高粘结强度的玻纤增强PPS复合物及制备方法，采用乙烯/丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯作增韧剂，连续长玻纤作增强材料，其工艺过程是将增韧剂等改性剂与PPS树脂混合后，加入螺杆下料斗，经螺杆熔融挤出后，进入浸润混合模头与玻纤纱混合、拉带冷却切粒，制得与金属具有粘结性的PPS复合材料。所得复合材料最高弯曲强度为220MPa，缺口冲击强度为8.7kJ/m²，拉拔力为197kgf/cm²，但其力学性能较低。
CN101967280A公开了一种防开裂PPS复合材料制备方法，其主要组成为PPS 50～70%，玻纤25～45%，增韧剂3～7%，所用增韧剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、粉末橡胶和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶。虽然该方法采用橡胶弹性体做PPS增韧剂的增韧效果较好，但所得PPS复合材料的拉伸强度为155MPa，弯曲强度为215MPa，缺口冲击强度为13.5kJ/m2，拉伸强度及弯曲强度比普通的玻纤增强PPS低很多，仅为30%玻纤增强PA6的强度，丧失了PPS应有的特性。
CN109988425A公开了一种耐高低温循环开裂PPS增韧复合材料及其制备方法，其主要组成为：PPS树脂20～60份、粉末PPS 5～35份、玻纤20～40份、增韧剂1～20份、抗氧体系为1098和626，增韧剂为SIS接枝苯硫醚和有机硅的高聚物。虽然该方法所得40%玻纤增强PPS复合材料的缺口冲击强度为19 kJ/m²，但其拉伸强度仅为171MPa，弯曲强度为245MPa，弯曲模量为1.2GPa，因此，该方法制备出的高韧性PPS复合材料，同样是以牺牲PPS的高强度、高刚性为代价的。
综上，现有技术虽然改善了PPS的某些特性，但均未能实现弯曲强度及模量与冲击强度的平衡。因此，亟待找到一种高拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、缺口冲击强度、表面附着力、气体阻隔性好，工艺简单，成本低，适宜于工业化生产的纤维增强聚苯硫醚复合材料及其制备方法和应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、缺口冲击强度、表面附着力、气体阻隔性好的纤维增强聚苯硫醚复合材料。
本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种纤维分散均匀，工艺简单，成本低，适宜于工业化生产的纤维增强聚苯硫醚复合材料的制备方法和应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种纤维增强聚苯硫醚复合材料，主要由以下组分制成：聚苯硫醚树脂、纤维、晶须、增韧剂、偶联剂、分散剂、抗氧剂、润滑剂和耐刮擦剂。本发明复合材料的发明思路是：采用高含量纤维增强PPS，以提高其强度，采用具有较强极性的高分子材料作增韧剂，以提高复合材料的抗冲击性能与表面附着力，采用高硬度无机材料作耐刮擦剂，以提高其表面抗刮擦性能。
优选地，所述纤维增强聚苯硫醚复合材料各组分的重量份为：聚苯硫醚树脂：100份，纤维：40～70份，晶须3～6份，增韧剂：3～20份，偶联剂：0.5～1.0份、分散剂：0.5～1.0份，抗氧剂：0.3～0.8份，润滑剂：0.5～1.0份，耐刮擦剂：0.3～0.7份。若纤维的用量过小，则复合材料的强度不高，若纤维用量过大，由于纤维分散不均，所制备的复合材料的强度反而较低，同时，复合材料表面粗糙。若晶须用量太小时，其表面光洁度较小，若晶须用量过高时，复合材料的力学性能下降幅度较大。增韧剂对PPS复合材料的弯曲强度及模量、抗冲击强度及粘结性有较大的影响，随着用量增大，复合材料的抗冲击强度就越高，粘结力也就越大，但弯曲强度下降幅度就越大；反之亦然。作为PPS增韧剂比较少，由于PPS大分子链含有大量的苯环结构和硫元素，PPS的极性较小，与很多高分子材料的相容性小。因此，选择PPS增韧剂必须与PPS具有较好的相容性，并且，具有一定的极性，以提高PPS对纤维及表面涂料的粘结力。这也是现有增强PPS冲击强度普遍不高的根本原因。偶联剂用量与纤维含量有关，纤维用量大，偶联剂用量也应相对增加，若偶联剂用量过多，不仅增加复合材料制造成本，同时，当偶联剂用量增加到一定程度时，其偶联化作用也无明显增加。分散剂的用量也与纤维的用量有关，一般说来，纤维的用量增加时，分散剂的用量也应随之增加，反之亦然。若分散剂的用量过少，则纤维的分散效果差，但分散剂用量过多时，可能产生表面的析出，影响制品表面与涂料之间的粘结性。由于PPS具有较好的耐老化性能，因此，抗氧剂的用量不必太大，耐高温抗氧剂的使用成本一般较高。润滑剂的用量不宜过多，若润滑剂的用量过多，一方面将降低复合材料的力学性能，另一方面，在加工过程中将产生分解与析出在一定程度上影响表面对涂料的粘结力。由于耐刮擦剂具有较高的硬度，在与PPS及纤维共混挤出过程中，会对纤维产生一定的剪切作用，使纤维长度变短，从而，在一定程度上降低复合材料的强度，因此，其用量不宜过多，同时，若耐刮擦剂用量过多，还会降低复合材料表面与涂料之间的粘结力。
更优选地，所述纤维增强聚苯硫醚复合材料各组分的重量份为：聚苯硫醚树脂：100份，纤维：50～65份，晶须3～5份，增韧剂：4～15份，偶联剂：0.5～0.8份、分散剂：0.5～0.8份，抗氧剂：0.3～0.8份，润滑剂：0.5～0.9份，耐刮擦剂：0.3～0.7份。
进一步优选地，所述纤维增强聚苯硫醚复合材料各组分的重量份为：聚苯硫醚树脂：100份，纤维：50～65份，晶须3～4份，增韧剂：5～11份，偶联剂：0.5～0.7份、分散剂：0.5～0.6份，抗氧剂：0.3～0.5份，润滑剂：0.5～0.8份，耐刮擦剂：0.3～0.5份。
优选地，所述聚苯硫醚树脂为线性结构，熔指为350～1000g/10min（更优选450～1000g/10min）。树脂的熔指表征了其分子量大小，也是树脂加工流动性的重要性能。熔指越低，树脂的强度就越高，但对纤维的包覆性就越差，所制备的复合材料强度就越低；反之亦然。因此，选择合适的树脂熔指对于制造高含量纤维的复合材料至关重要。
优选地，所述纤维的长度为2～5mm（更优选3～4mm），单丝直径为8～15μm（更优选8～12μm）。纤维与PPS共混，可大幅度提高PPS的强度，纤维长度越长，所制备的复合材料强度就越高，但纤维外露就越严重，表面光洁度就越差；纤维单丝直径越小，其分散性就越好，复合材料的强度就越高，但其生产成本也越高；反之亦然。
优选地，所述纤维包括玻纤、碳纤维、芳纶、超高分子聚乙烯纤维或玄武岩纤维等中的一种或几种。
优选地，所述晶须的长度为1～4μm，单丝直径为50～150nm。
优选地，所述晶须包括纳米钛酸酯晶须和/或碳酸钙晶须等。晶须对PPS具有一定的增强作用，与纤维混合使用时，可提高复合材料的表面致密性，从而在一定程度上提高了复合材料的气体阻隔性。
优选地，所述增韧剂的熔指为0.2～1.0g/10min。
优选地，所述增韧剂包括接枝聚苯醚、极性SEBS、极性SIS、马来酸酐/苯乙烯/乙烯共聚物/甲基丙烯酸缩水甘油醚、乙烯/丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、苯乙烯/乙烯/丁二烯/苯乙烯马来酸酐共聚物或聚酰胺弹性体等中的一种或几种。
所述增韧剂与PPS的相容性由大到小依次为：接枝聚苯醚（接枝PPO）、极性SEBS、极性SIS、苯乙烯/乙烯/丁二烯/苯乙烯马来酸酐共聚物、马来酸酐/苯乙烯/乙烯共聚物/甲基丙烯酸缩水甘油醚、乙烯/丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、聚酰胺弹性体；所述增韧剂既有很好的增韧作用，也有提高增强PPS复合材料粘结性或附着力的作用。所述增韧剂对PPS弯曲强度及弯曲模量的影响程度由大到小依次为：乙烯/丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、马来酸酐/苯乙烯/乙烯共聚物/甲基丙烯酸缩水甘油醚、苯乙烯/乙烯/丁二烯/苯乙烯/马来酸酐共聚物、聚酰胺弹性体、极性SIS、极性SEBS、接枝PPO；所述增韧剂的粘结性由大到小依次为：马来酸酐/苯乙烯/乙烯共聚物/甲基丙烯酸缩水甘油醚、苯乙烯/乙烯/丁二烯/苯乙烯/马来酸酐共聚物、极性SIS、极性SEBS、接枝PPO、聚酰胺弹性体、乙烯/丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物；因此，从增韧效果、粘结力及对复合材料弯曲强度及弯曲模量的影响因素选择适当的增韧剂是十分重要的。更优先地，所述增韧剂为极性SIS、极性SEBS、接枝PPO、聚酰胺弹性体或马来酸酐/苯乙烯/乙烯共聚物/甲基丙烯酸缩水甘油醚中的一种或几种。所述极性SEBS是以聚苯乙烯为末端段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物；所述极性SIS是苯乙烯一异戊二烯一苯乙烯嵌段共聚物。
优选地，所述偶联剂为硅烷类偶联剂，包括KH550、KH560或KH570等中的一种或几种。偶联剂有助于提高纤维与PPS树脂之间的粘结力，从而提高增强作用。
优选地，所述分散剂包括接枝EBS和/或EBS等。所述EBS是乙撑双硬脂酰胺。更优选地，所述接枝EBS的型号为TAF或TAF-A。分散剂的作用是提高纤维在PPS树脂中的分散性，在一定程度上减少纤维外露。
优选地，所述抗氧剂包括主抗氧剂和/或辅助抗氧剂，所述主抗氧剂包括H10、1098、1097或铜盐等中的一种或几种，所述辅助抗氧剂包括168和/或S9228等。一般采用主抗氧剂和辅抗氧剂复合使用。更优先地，所述抗氧剂为主抗氧剂铜盐或H10与辅助抗氧剂S9228复合使用。考虑PPS树脂熔点较高以及作为电池外壳应用要求，最好使用耐温、耐水性较好的抗氧剂。
优选地，所述润滑剂包括EBS、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁或硅酮等中的一种或几种。更优先地，所述润滑剂为硅酮或硬脂酸锌。润滑剂有利于提高复合材料的成型加工脱模性。
优选地，所述耐刮擦剂的粒径为50～100nm。
优选地，所述耐刮擦剂包括纳米二氧化硅、纳米碳化硅或碳纳米管等中的一种或几种。更优先地，所述耐刮擦剂为纳米二氧化硅和/或纳米碳化硅。耐刮擦剂的作用是在一定程度上提高复合材料的表面硬度及抗刮擦性能，以提高复合材料表面的光洁性。
本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种纤维增强聚苯硫醚复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）增韧母粒的制备：先将增韧剂、偶联剂和润滑剂搅拌混合后，再与分散剂、晶须、抗氧剂和耐刮擦剂一起加入密炼机，加热密炼，压片切粒，得增韧母粒；
（2）共混挤出造粒：将聚苯硫醚树脂加入主喂料斗、纤维加入侧喂料斗、步骤（1）所得增韧母粒加入辅喂料斗，经双螺杆加热共混挤出注带，带条经冷却，切粒，得纤维增强聚苯硫醚复合材料。
本发明方法的发明思路是：采用合适的共混工艺技术提高纤维及助剂在PPS中的分散性与复合材料的致密性，以提高其气体阻隔性，在作为电池壳使用时，延长电池的使用寿命。本发明采用两步法制造纤维增强PPS复合材料：先将增韧剂及各种助剂通过密炼机混炼制成增韧母粒，再与PPS树脂及纤维经双螺杆挤出机熔融共混挤出。增韧剂及助剂经过两次混炼，可有效提高增韧剂及助剂在PPS树脂中的均匀分散效果。所制造的纤维增强PPS复合材料既具有优异的力学性能，又具有很高的致密性与性能的均匀性，有效提高了复合材料与涂料之间的粘结性以及对氧气、水蒸气的阻隔性，从而提高了动力电池的性能与使用寿命。
优选地，步骤（1）中，所述搅拌混合的转速为150～200rpm，时间为3～6min。
优选地，步骤（1）中，所述加热密炼的温度为200～250℃（更优选210～240℃），时间为20～60min（更优选30～50min）。通过提高密炼机中加热密炼的温度，有利于增韧剂熔融，以缩短密炼时间；但若加热密炼的温度太高，则会导致增韧剂受高温氧化而降解，影响其增韧效果；若加热密炼的时间太短，则增韧剂和助剂混合分散不均，若加热密炼的时间太长，也可导致增韧剂受热时间过长，而引起降解。因此，选择合理的密炼工艺十分重要。
优选地，步骤（2）中，所述双螺杆各段的加热温度为：熔融段：260～290℃（更优选270～290℃），混炼段：260～280℃（更优选260～270℃），计量挤出段：240～260℃（更优选250～260℃），转速为500～600rpm（更优选500～550rpm），真空压力为-0.05～-0.09MPa。共混挤出温度的设计十分重要，由于在本发明中，纤维含量很高，纤维的分散较为困难，同时，纤维进入双螺杆挤出机侧喂料处时，螺杆内温度可能急剧下降，大量的纤维进入螺杆挤出机，如不能及时分散开来，纤维与螺杆的摩擦，将生产局部过热，导致PPS及增韧树脂受高温的影响而产生降解，进而降低复合材料的力学性能。双螺杆挤出机共混过程大致分为三阶段，即熔融段、混炼段和计量挤出段。熔融段是将PPS树脂及增韧母粒熔融，使固体树脂变成树脂熔体，此段熔融温度越高树脂熔融速度就越快，对纤维的包覆作用也就越好，但若熔融温度过高，易造成树脂热降解，若熔融温度太低，又不利于对纤维的包覆分散；混炼段的主要作用是将纤维和PPS及增韧母粒快速分散均匀，因此，混炼温度高，则有利于纤维的包覆分散，而混炼温度偏低时，纤维在树脂中分散不均，将影响复合材料的性能与表面质量，因此，适合的混炼段温度，对于制备高性能纤维增强PPS复合材料是极为重要的；计量挤出段的作用是熔体的均化与挤出，此处的温度不宜过高，有经验的作业人员可根据挤出带条的状态进行调节。而螺杆中的真空压力越高，所制备的复合材料性能就越高，其表面光洁度也就越高，而真空压力越低，易挥发性低分子物质未能完全排出，挤出过程易生产断带，导致生产不正常，同时，大量的低分子物残留在复合材料之中，将逐步析出至部件表面，一方面影响部件外观质量，更重要的是可能降低复合材料对涂料的附着力。
优选地，步骤（2）中，所述双螺杆共混挤出的量为500～700kg/h（更优选500～600kg/h）。
优选地，步骤（2）中，所述切粒的转速为1000～1600rpm（更优选1200～1600rpm）。
本发明更进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种纤维增强聚苯硫醚复合材料的应用，将所述纤维增强聚苯硫醚复合材料用于动力电池壳体材料、汽车结构部件或电子电器部件材料。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明纤维增强聚苯硫醚复合材料解决了高含量纤维增强PPS冲击强度低和表面附着力低的两大难题，最高拉伸强度为291MPa，平均弯曲强度为338MPa，最高弯曲强度为350MPa，是普通玻纤增强PPS的1.2倍，平均弯曲模量为3.0GPa，最高弯曲模量为3.9GPa，是普通玻纤增强PPS的1.85倍；平均缺口冲击强度为13.4kJ/m²，最高缺口冲击强度14.1kJ/m²，是普通玻纤增强PPS的1.66倍；涂料表面附着时，无鼓泡、皱纹、裂纹，完全满足动力电池壳体材料的要求；
（2）本发明方法有效解决了高含量纤维增强PPS制备过程中，纤维分散难的关键技术，工艺简单，成本低，适宜于工业化生产；
（3）本发明纤维增强聚苯硫醚复合材料不仅适用于动力电池壳体材料，也可用于汽车结构部件及电子电器部件材料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例所使用的PPS树脂，熔指为800g/10min，购于浙江新和成新材料有限公司；所使用的短切玻纤，长度为3.5mm，单丝直径为10μm，购于重庆国际复合材料有限公司；所使用的碳纤维，型号T700，购于日本东丽株式会社；所使用的晶须的长度为3μm，单丝直径为100nm；所使用的极性SIS、极性SEBS，熔指均为1.0g/10min ，购于巴陵石化公司，接枝PPO的熔指为0.5g/10min ，购于沈阳四维新材料科技有限公司；所使用的分散剂TAF购于苏州国光新材料有限公司；所使用的主抗氧剂H10购于罗门哈斯上海钮诺公司，辅助抗氧剂S9228购于美国D over Chemcal Corp；所使用的耐刮擦剂SiO2、SiC的粒径均为80nm；本发明实施例所使用的原料或化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。
一种纤维增强聚苯硫醚复合材料实施例1～9
本发明纤维增强聚苯硫醚复合材料实施例1～9及对比例1的组分及重量份如表1所示。
表1 本发明纤维增强聚苯硫醚复合材料实施例1～9及对比例1的组分及重量份表
Figure 807263DEST_PATH_IMAGE001
注：表中“-”表示未添加。
一种纤维增强聚苯硫醚复合材料的制备方法实施例1、3～9
（1）增韧母粒的制备：分别按照表1实施例1、3～9中各组分及重量份，先将增韧剂、偶联剂和润滑剂在搅拌速度为200rpm下，搅拌混合5min后，再与分散剂、晶须、抗氧剂和耐刮擦剂一起加入密炼机，在230℃下，加热密炼30min，压片切粒，得增韧母粒；
（2）共混挤出造粒：分别按照表1实施例1、3～9中各组分及重量份，将聚苯硫醚树脂加入主喂料斗、纤维加入侧喂料斗、步骤（1）所得增韧母粒加入辅喂料斗，在双螺杆熔融段：290℃，混炼段：270℃，计量挤出段：260℃，转速为550rpm，真空压力为-0.07MPa 下，经双螺杆以500kg/h共混挤出注带（操作顺序：加热双螺杆挤出机至设定温度，依次开启循环水泵、真空泵，再依次开启双螺杆、主喂料斗加料螺杆、辅喂料斗加料螺杆，待树脂熔体挤出带条，再开启侧喂料斗加料螺杆），带条经冷却，在转速为1600rpm下，切粒，得纤维增强聚苯硫醚复合材料。
一种纤维增强聚苯硫醚复合材料的制备方法实施例2
（1）增韧母粒的制备：按照表1实施例2中各组分及重量份，先将增韧剂、偶联剂和润滑剂在搅拌速度为180rpm下，搅拌混合4min后，再与分散剂、晶须、抗氧剂和耐刮擦剂一起加入密炼机，在240℃下，加热密炼50min，压片切粒，得增韧母粒；
（2）共混挤出造粒：按照表1实施例2中各组分及重量份，将聚苯硫醚树脂加入主喂料斗、纤维加入侧喂料斗、步骤（1）所得增韧母粒加入辅喂料斗，在双螺杆熔融段：270℃，混炼段：260℃，计量挤出段：250℃，转速为520rpm，真空压力为-0.08MPa下，经双螺杆以550kg/h共混挤出注带（操作顺序：加热双螺杆挤出机至设定温度，依次开启循环水泵、真空泵，再依次开启双螺杆、主喂料斗加料螺杆、辅喂料斗加料螺杆，待树脂熔体挤出带条，再开启侧喂料斗加料螺杆），带条经冷却，在转速为1400rpm下，切粒，得纤维增强聚苯硫醚复合材料。
一种纤维增强聚苯硫醚复合材料的应用实施例1～9
分别将实施例1～9所述纤维增强聚苯硫醚复合材料用于动力电池壳体材料、汽车结构部件或电子电器部件材料。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于：按照表1对比例1中各组分及重量份进行制备。余同实施例1。
对比例2
（1）材料组成同实施例1；
（2）共混挤出造粒：按照表1实施例1中各组分及重量份，将聚苯硫醚树脂加入主喂料斗、纤维加入侧喂料斗、步骤（1）所得增韧母粒加入辅喂料斗，在双螺杆熔融段：300℃，混炼段：280℃，计量挤出段：260℃，转速为550rpm，真空压力为-0.05MPa 下，经双螺杆以500kg/h共混挤出注带（操作顺序：加热双螺杆挤出机至设定温度，依次开启循环水泵、真空泵，再依次开启双螺杆、主喂料斗加料螺杆、辅喂料斗加料螺杆，待树脂熔体挤出带条，再开启侧喂料斗加料螺杆），带条经冷却，在转速为1600rpm下，切粒，得纤维增强聚苯硫醚复合材料。
为了评价实施例1～9和对比例1、2所得纤维增强聚苯硫醚复合材料的各项性能，按照以下标准进行检测：拉伸强度（MPa）：ASTM D638-2014，弯曲强度（MPa）：ASTM D790-2007，弯曲模量（MPa）：ASTM D790-2007，缺口冲击强度（kJ/m2）：ASTM D756-1993，涂料附着力测试方法：80℃下，水煮8h，观察材料表面是否产生鼓泡、皱纹、裂纹；结果如表2所示。
表2 实施例1～9和对比例1、2所得纤维增强聚苯硫醚复合材料的性能对比表
Figure 724403DEST_PATH_IMAGE002
由表2可知，本发明纤维增强聚苯硫醚复合材料具有高强度、高模量、高冲击强度，特别是具有优异的涂料附着力，其中，最高拉伸强度为291MPa，平均弯曲强度为338MPa，最高弯曲强度为350MPa，是普通玻纤增强PPS的1.2倍，平均弯曲模量为3.0GPa，最高弯曲模量为3.9GPa，是普通玻纤增强PPS的1.85倍；平均缺口冲击强度为13.4kJ/m²，最高缺口冲击强度14.1kJ/m²，是普通玻纤增强PPS的1.66倍；对比例1相对于实施例1不添加增韧剂、晶须和耐刮擦剂，虽然所得增强PPS材料的拉伸强度、弯曲强度及模量均比实施例1高，但缺口冲击强度却远远低于实施例1低，表明增韧剂的加入，可提高PPS的冲击强度，但由于增韧剂属于柔性材料，因此，增韧剂的加入在一定程度上会减低材料的弯曲强度及模量，另一方面，增韧剂与PPS部分相容，也会使增强PPS的拉伸强度有所降低，而通过补充一定量的晶须和耐刮擦剂可在一定程度上降低增韧剂的加入对拉伸强度、弯曲强度及模量的影响；对比例2通过较大幅度提高共混挤出温度，导致PPS在高温下发生部分降解，特别是增韧剂在高温下降解更为严重，加之真空压力较低，挤出过程热分解生产的低分子物未完全抽提出来，残留于增强PPS复合材料之中，导致复合材料的力学性能大幅度降低，因此，共混挤出的温度及真空压力的设置十分重要。

Claims (7)

1.一种纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于，主要由以下组分制成：聚苯硫醚树脂、纤维、晶须、增韧剂、偶联剂、分散剂、抗氧剂、润滑剂和耐刮擦剂。
2.根据权利要求1所述纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述各组分的重量份为：聚苯硫醚树脂：100份，纤维：40～70份，晶须3～6份，增韧剂：3～20份，偶联剂：0.5～1.0份、分散剂：0.5～1.0份，抗氧剂：0.3～0.8份，润滑剂：0.5～1.0份，耐刮擦剂：0.3～0.7份。
3.根据权利要求1或2所述纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于：所述聚苯硫醚树脂为线性结构，熔指为350～1000g/10min；所述纤维的长度为2～5mm，单丝直径为8～15μm；所述纤维包括玻纤、碳纤维、芳纶、超高分子聚乙烯纤维或玄武岩纤维中的一种或几种；所述晶须的长度为1～4μm，单丝直径为50～150nm；所述晶须包括纳米钛酸酯晶须和/或碳酸钙晶须；所述增韧剂的熔指为0.2～1.0g/10min；所述增韧剂包括接枝聚苯醚、极性SEBS、极性SIS、马来酸酐/苯乙烯/乙烯共聚物/甲基丙烯酸缩水甘油醚、乙烯/丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、苯乙烯/乙烯/丁二烯/苯乙烯马来酸酐共聚物或聚酰胺弹性体中的一种或几种；所述偶联剂为硅烷类偶联剂，包括KH550、KH560或KH570中的一种或几种；所述分散剂包括接枝EBS和/或EBS；所述抗氧剂包括主抗氧剂和/或辅助抗氧剂，所述主抗氧剂包括H10、1098、1097或铜盐中的一种或几种，所述辅助抗氧剂包括168和/或S9228；所述润滑剂包括EBS、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁或硅酮中的一种或几种；所述耐刮擦剂的粒径为50～100nm；所述耐刮擦剂包括纳米二氧化硅、纳米碳化硅或碳纳米管中的一种或几种。
4.一种如权利要求1～3之一所述纤维增强聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）增韧母粒的制备：先将增韧剂、偶联剂和润滑剂搅拌混合后，再与分散剂、晶须、抗氧剂和耐刮擦剂一起加入密炼机，加热密炼，压片切粒，得增韧母粒；
（2）共混挤出造粒：将聚苯硫醚树脂加入主喂料斗、纤维加入侧喂料斗、步骤（1）所得增韧母粒加入辅喂料斗，经双螺杆加热共混挤出注带，带条经冷却，切粒，得纤维增强聚苯硫醚复合材料。
5.根据权利要求4所述纤维增强聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述搅拌混合的转速为150～200rpm，时间为3～6min；所述加热密炼的温度为200～250℃，时间为20～60min。
6.根据权利要求4或5所述纤维增强聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述双螺杆各段的加热温度为：熔融段：260～290℃，混炼段：260～280℃，计量挤出段：240～260℃，转速为500～600rpm，真空压力为-0.05～-0.09MPa；所述双螺杆共混挤出的量为500～700kg/h；所述切粒的转速为1000～1600rpm。
7.一种如权利要求1～3之一所述纤维增强聚苯硫醚复合材料的应用，其特征在于：将权利要求1～3之一所述纤维增强聚苯硫醚复合材料用于动力电池壳体材料、汽车结构部件或电子电器部件材料。
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