CN115505245A - 一种pbt复合材料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复合材料,按重量份数计,包括:PBT树脂10‑50份;共聚PBT树脂20‑60份;扁平玻璃纤维10‑50份。本发明在PBT树脂中,通过加入一定量的PBT共聚酯作为结晶抑制剂,其能够破坏PBT树脂的结晶来降低熔点及结晶温度,同时加入扁平玻璃纤维改善注塑过程中的流动性,使材料熔体在与金属接触时冷却速率减缓,有效提高了材料与金属之间的结合力和熔接痕位置的熔体结合强度,制备得到兼具高熔接痕强度和高金属结合力的PBT复合材料,特别适用于制备含金属嵌件或双色注塑产品,进一步拓宽了PBT材料在汽车、电子电器等领域的应用。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,具体涉及一种PBT复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)为乳白色半透明到不透明、半结晶型热塑性聚酯,具有高耐热性、耐有机溶剂且机械性能优异的优点,其在汽车、机械设备、精密仪器部件、电子电器、纺织等领域得到广泛的应用。随着新能源汽车市场需求逐步扩大,三电系统的要求逐步提升,针对部分聚酯产品要求含金属嵌件注塑,含金属嵌件注塑的零件是通过将金属嵌件放入模具中直接注塑成型,区别于将接触件组装于塑件上的传统方法,使金属嵌件紧密结合在塑件里而不易松动脱落,极大地提高产品的稳定性和可靠性。
然而,PBT结构规整,脂肪烃链节柔顺性好,所以PBT较易结晶,而且结晶速度快,其在碰到较低温度的金属嵌件时会快速结晶从而无法将金属嵌件包覆,并导致熔接痕位置结合强度低,目前行业内常用方法是将金属嵌件预热来减缓PBT结晶速率,但针对部分结构复杂产品仍会存在欠胶、结合强度低且易高低温冲击泄露失效等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种兼具高金属结合力和高熔接痕强度的PBT复合材料。
本发明的另一目的在于提供上述PBT复合材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种PBT复合材料,按重量份数计,包括以下组分:
PBT树脂10-50份;
PBT共聚酯20-60份;
扁平玻璃纤维 10-50份。
优选的,所述PBT复合材料,按重量份数计,包括以下组分:
PBT树脂20-40份;
PBT共聚酯 30-50份;
扁平玻璃纤维20-30份。
本发明的PBT复合材料,通过加入一定量的共聚PBT树脂,其能够破坏PBT树脂的结晶来降低熔点及结晶温度,同时选用扁平玻璃纤维,可以提升材料流动性,从而使材料熔体在与金属接触时冷却速率减缓,有效提高材料与金属之间的结合力和熔接痕位置的熔体结合强度。
本发明所述的PBT树脂为聚对苯二甲酸丁二酯。优选的,所述PBT树脂的特性粘度为0.7-1.3dl/g;更优选的,所述PBT树脂的特性粘度为0.8-1.0dl/g。所述特性粘度参照标准ISO 1628-5-2015测得,测试溶剂为苯酚和四氯乙烷混合溶液。
本发明所述的PBT共聚酯为由对苯二甲酸、1 ,4-丁二醇和共聚性二酸单体共聚而成。优选的,所述的PBT共聚酯中的共聚性二酸单体选自邻苯二甲酸、间苯二甲酸、己二酸或丁二酸中的任意一种或几种。
优选的,所述PBT共聚酯中的对苯二甲酸用量占二酸单体摩尔总量的40%-80%、共聚性二酸单体用量占二酸单体摩尔总量的20%-60%。
优选的,所述共聚PBT树脂的熔点为140-190℃,特性粘度为0.8-1.0dl/g。所述特性粘度参照标准ISO 1628-5-2015测得,测试溶剂为苯酚和四氯乙烷混合溶液。
优选的,所述的扁平玻璃纤维沿轴向垂直的横截面的长径与短径比值为3-5;更优选的,所述的扁平玻璃纤维沿轴向垂直的横截面的长径与短径比值为3.5-4。进一步的,所述的扁平玻璃纤维沿轴向垂直的横截面长径为20-40μm、短径为5-9μm。
根据材料性能需求,本发明的PBT复合材料,按重量份数计,还包括0.2-1份助剂;所述助剂选自抗氧剂或润滑剂中的任意一种或几种。
所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂复配物,所述的受阻酚类抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂3114中的任意一种或几种;所述的亚磷酸酯类抗氧剂选自抗氧剂168或抗氧剂PEP-36中的任意一种或几种。
所述润滑剂选自硅酮类、酯类、酰胺类、聚乙烯类、硬脂酸类或脂肪酸类中的任意一种或几种。
本发明还提供上述PBT复合材料的制备方法,包括以下步骤:按照配比,将除扁平玻璃纤维外的其他各组分在高速混合机混合均匀后加入双螺杆挤出机中进行熔融混炼,扁平玻璃纤维通过侧喂加入,在挤出机中将树脂与玻璃纤维分散均匀,挤出造粒,制备得到PBT复合材料,其中,挤出机螺杆温度为80~220℃,螺杆转速为200~400rpm。
本发明还提供上述PBT复合材料的应用,可用于制备含金属嵌件或双色注塑产品,应用于汽车、电子电器等领域,具体可用于制备接插件、高压连接器或传感器等零件。
本发明具有如下有益效果:
本发明在PBT树脂中,通过加入一定量的PBT共聚酯作为结晶抑制剂,同时加入扁平玻璃纤维改善注塑过程中的流动性,使材料熔体在与金属接触时冷却速率减缓,有效提高了材料与金属之间的结合力和熔接痕位置的熔体结合强度,制备得到兼具高熔接痕强度和高金属结合力的PBT复合材料,特别适用于制备含金属嵌件或双色注塑产品,进一步拓宽了PBT材料在汽车、电子电器等领域的应用。
附图说明
图1为熔接痕强度测试样条示意图。
图2为金属结合力测试的试样零件结构示意图。
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。
对本发明实施例及对比例所用的原材料做如下说明,但不限于这些材料:
PBT树脂1:PBT GX121,中石化仪征化纤,特性粘度为0.985dl/g;
PBT树脂2:PBT GX122J,中石化仪征化纤,特性粘度为1.05dl/g;
PBT共聚酯1:熔点167℃,特性粘度0.89dl/g,对苯二甲酸用量占二酸单体摩尔总量的78%,丁二酸用量占二酸单体摩尔总量的22%,自制,制备方法参照中国专利申请CN109575252A;
PBT共聚酯2:熔点140℃,特性粘度0.87dl/g,对苯二甲酸用量占二酸单体摩尔总量的50%,己二酸用量占二酸单体摩尔总量的25%,间苯二甲酸用量占二酸单体摩尔总量的25%,自制,制备方法参照中国专利申请CN109575252A;
PBT共聚酯3:熔点198℃,特性粘度0.91dl/g,对苯二甲酸用量占二酸单体摩尔总量的89%,间苯二甲酸用量占二酸单体摩尔总量的11%,自制,制备方法参照中国专利申请CN109575252A;
扁平玻璃纤维1:TFG-3.0-T436泰山玻纤,长径与短径比值为3.7:1;
扁平玻璃纤维2:ECS3F-03-534A巨石玻纤,长径与短径比值为3:1;
扁平玻璃纤维3: ECS4F-03-534A,巨石玻纤,长径与短径比为6:1;
普通玻纤:ECS11-4.5-534A 巨石玻纤;
助剂1:抗氧剂1010与抗氧剂168按质量比1:1复配,市购;实施例和对比例中采用相同抗氧剂。
助剂2:酯类润滑剂,GLYCOLUBE-P,市购;实施例和对比例中采用相同润滑剂。
实施例和对比例的制备方法:
按照表1/表2配比,将除扁平玻璃纤维外的其他各组分在高速混合机混合均匀后加入双螺杆挤出机中进行熔融混炼,扁平玻璃纤维通过侧喂加入,在挤出机中将树脂与玻璃纤维分散均匀,挤出造粒,制备得到PBT复合材料,其中,挤出机螺杆1-12区的温度分别为80℃/210℃/220℃/220℃/220℃/210℃/200℃/200℃/200℃/200℃/200℃/220℃、转速为300rpm。
相关性能测试方法:
(1)熔接痕强度测试:采用两端进胶模具注塑1A拉伸样条(如图1所示),参照ISO527-1/2-2019标准,拉伸速度5mm/min,测试熔接痕拉伸强度。
(2)金属结合力评价:注塑含金属嵌件电子接插件,零件结构如图2所示,给零件冲入5bar的气压,采用气密性测试仪测试充气后气压变化来表征零件气密性,气压变化>0.2bar判定为NG。
表1:实施例1-7各组分含量(按重量份数计)及各项性能测试结果
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1 | 50 | 30 | 10 | 50 | 50 | 30 | 30 |
PBT共聚酯1 | 20 | 40 | 60 | 20 | 20 | ||
PBT共聚酯2 | 40 | ||||||
PBT共聚酯3 | 40 | ||||||
扁平玻璃纤维1 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | ||
扁平玻璃纤维2 | 30 | ||||||
扁平玻璃纤维3 | 30 | ||||||
抗氧剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
润滑剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
熔接痕拉伸强度/MPa | 58 | 65 | 61 | 57 | 54 | 65 | 61 |
气密性压力变化/bar | 0.15 | 0.10 | 0.14 | 0.17 | 0.20 | 0.09 | 0.12 |
表2:实施例8-12各组分含量(按重量份数计)及各项性能测试结果
实施例8 | 实施例9 | 实施例10 | 实施例11 | 实施例12 | |
PBT树脂1 | 40 | 30 | 20 | 50 | |
PBT树脂2 | 30 | ||||
PBT共聚酯1 | 40 | 50 | 40 | 20 | |
PBT共聚酯2 | 30 | ||||
扁平玻璃纤维1 | 30 | 10 | 50 | 20 | 30 |
抗氧剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | / |
润滑剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | / |
熔接痕拉伸强度/MPa | 60 | 65 | 59 | 61 | 56 |
气密性压力变化/bar | 0.15 | 0.09 | 0.16 | 0.14 | 0.17 |
表3:对比例1-4各组分含量(按重量份数计)及各项性能测试结果
对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | |
PBT树脂1 | 60 | 70 | / | 30 |
PBT共聚酯1 | 10 | / | ||
PBT共聚酯2 | 70 | 40 | ||
扁平玻璃纤维1 | 30 | 30 | 30 | |
普通玻纤 | 30 | |||
抗氧剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
润滑剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
熔接痕拉伸强度/MPa | 50 | 45 | 52 | 51 |
气密性压力变化/bar | 0.24 | 0.26 | 0.22 | 0.28 |
由上述结果看出,本发明的PBT复合材料,通过加入一定量的共聚PBT树脂和扁平玻璃纤维,能够有效提高材料与金属之间的结合力和熔接痕位置的熔体结合强度,使材料兼具高熔接痕强度和高金属结合力。
Claims (10)
1.一种PBT复合材料,其特征在于,按重量份数计,包括以下组分:
PBT树脂10-50份;
PBT共聚酯20-60份;
扁平玻璃纤维 10-50份。
2.根据权利要求1所述的PBT复合材料,其特征在于,按重量份数计,包括以下组分:
PBT树脂20-40份;
PBT共聚酯 30-50份;
扁平玻璃纤维20-30份。
3.根据权利要求1所述的PBT复合材料,其特征在于,所述PBT树脂的特性粘度为0.7-1.3dl/g;优选的,所述PBT树脂的特性粘度为0.8-1.0dl/g。
4.根据权利要求1所述的PBT复合材料,其特征在于,所述的PBT共聚酯中的共聚性二酸单体选自邻苯二甲酸、间苯二甲酸、己二酸或丁二酸中的任意一种或几种。
5.根据权利要求4所述的PBT复合材料,其特征在于,所述PBT共聚酯中的对苯二甲酸用量占二酸单体摩尔总量的40%-80%、共聚性二酸单体用量占二酸单体摩尔总量的20%-60%。
6.根据权利要求1所述的PBT复合材料,其特征在于,所述PBT共聚酯的熔点为140-190℃,特性粘度为0.8-1.0dl/g。
7.根据权利要求1所述的PBT复合材料,其特征在于,所述的扁平玻璃纤维沿轴向垂直的横截面的长径与短径比值为3-5;优选的,所述的扁平玻璃纤维沿轴向垂直的横截面的长径与短径比值为3.5-4。
8.根据权利要求1所述的PBT复合材料,其特征在于,按重量份数计,还包括0.2-1份助剂;所述助剂选自抗氧剂或润滑剂中的任意一种或几种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的PBT复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:按照配比,将除扁平玻璃纤维外的其他各组分在高速混合机混合均匀后加入双螺杆挤出机中进行熔融混炼,扁平玻璃纤维通过侧喂加入,在挤出机中将树脂与玻璃纤维分散均匀,挤出造粒,制备得到PBT复合材料,其中,挤出机螺杆温度为80~220℃,螺杆转速为200~400rpm。
10.根据权利要求1-8任一项所述的PBT复合材料的应用,其特征在于,用于制备含金属嵌件或双色注塑产品。
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