CN116162353A - 一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料及制法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料，包括以下重量份的组分：聚苯硫醚45～50份，纤维碳粉3～8份，长玻纤12份，热塑性弹性体15份，无机填料10～17份，加工助剂3份，还公开了其制法，通过在聚苯硫醚中同时加入了纤维碳粉材料、热塑性弹性体、长玻纤、无机填料以及加工助剂，制得的聚苯硫醚复合材料成型效果好，具有高韧性、高耐磨性、高强度和高导热性。
Description
技术领域
本发明属于汽车功能件注塑材料技术领域，尤其涉及一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料及制法。
背景技术
在汽车领域，需要用到很多注塑的精密功能件，如整流器，传感器等，关于汽车精密功能件的注塑多采用聚苯硫醚材料，汽车精密功能件多处于相对狭小的半开放或密闭空间内，通风散热条件相对有限，且精密功能件会一直随车辆使用颠簸震动，使用场景的情况相对恶劣，因此对汽车精密功能件的注塑材料的韧性性能和导热性能提出了一定的要求。发明人认为，聚苯硫醚，即PPS材料作为一种高分子材料，因其无自由电子存在，分子运动困难，所以相对于传统的金属、陶瓷散热材料，PPS结晶度低，刚性分子结构运动困难，导热系数低，限制了其在高温领域的应用；另外，PPS中由于含有大量的苯环导致其存在脆性大、耐磨性差、耐冲击性能差和伸长率低等缺点，因此，为了扩大PPS在汽车各个部位的个性化应用，需要对聚苯硫醚进行改性，设计出一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料及制法。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强理解本公开的背景，并且因此可以包括不构成现有技术的信息。
发明内容
发明人通过研究发现，汽车精密功能件多安装于相对狭小的半开放或密闭空间内，通风散热条件相对有限，且精密功能件会一直随车辆使用颠簸震动，使用场景的情况相对恶劣，因此汽车精密功能件的注塑材料的韧性性能和导热性能需要强化。
鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料及制法，具体技术方案如下：
一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料，包括以下重量份的组分：聚苯硫醚45～50份，纤维碳粉3～8份，长玻纤12份，热塑性弹性体15份，无机填料10～17份，加工助剂3份。
在本公开的一些实施例中，所述聚苯硫醚为线型聚苯硫醚，所述线型聚苯硫醚重均分子量为2万～6万，所述热塑性弹性体选自苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物、聚砜中的一种或两种。
在本公开的一些实施例中，所述纤维碳粉为纤维状高导热碳粉，所述纤维状高导热碳粉的粒径不大于10μm。
在本公开的一些实施例中，所述无机填料选自鳞片状高导热碳粉、球形氧化铝、球形氮化硼中的至少一种，所述无机填料的粒径范围为1500目～3000目。
在本公开的一些实施例中，所述加工助剂包括以下重量份的组分：抗氧剂0.3份，偶联剂1份，相溶剂0.7份，润滑剂1份。
在本公开的一些实施例中，所述抗氧化剂选自抗氧化剂1010、高温抗氧化剂412S、高温抗氧化剂PEPQ、抗氧化剂PEP36、抗氧化剂626中的至少一种。
在本公开的一些实施例中，所述偶联剂选用脂肪酸钛酸酯偶联剂；所述相溶剂选用聚烯烃接枝马来酸酐；所述润滑剂选用乙撑双硬脂酸酰胺。
一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料的制法，包括以下步骤：准备聚苯硫醚45～50份，纤维碳粉3～8份，长玻纤12份，热塑性弹性体15份，无机填料10～17份，加工助剂3份，将称量好的聚苯硫醚，纤维碳粉，热塑性弹性体按顺序依次投入搅拌机内，加入抗氧剂、偶联剂、相溶剂、润滑剂，在转速为1500～3000转/分状态下搅拌并加热至160～250℃得聚苯硫醚共混物，搅拌时间控制在5～30分钟；将无机填料加入聚苯硫醚共混物中，加热至160～250℃并在转速为1500～2500转/分状态下搅拌，搅拌时间控制在10～20分钟，之后置入双螺杆挤出机中，通过调节转速实现物料的增强增韧处理；调节双螺杆挤出机温度为1～10段，其中，1～2段的温度范围为250～280℃，3～10段的温度范围均为260～300℃，模头温度为260～310℃；螺杆转速400～700转/分钟，在双螺杆挤出机挤出过程中加入预热干燥处理后的长玻纤；挤出完成后冷却并切粒，获得改性聚苯硫醚复合材料。
相比较现有技术而言，本发明具有以下有益效果：
本发明将聚苯硫醚与热塑性弹性体共混，共混后的聚苯硫醚具有良好的力学性能、介电性能、化学稳定性和耐热性，且当温度升高时，热塑性弹性体加热熔融，交联点熔化可产生良好的流动性，可以降低粘度，改善加工性能；在聚苯硫醚中加入了纤维状高导热碳粉和无机填料，纤维状高导热碳粉具有优异的导热及辐射散热能力，并且可设计导热取向，可有效提高聚苯硫醚的导热系数和机械性能；选用的无机填料填充率高，也可增强聚苯硫醚的导热性能；使用本方案制得的聚苯硫醚复合材料成型效果好，同时具有高导热性、高韧性、高耐磨性、高强度，且本发明制备方法简单。
附图说明
图1为本发明中用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料的制法的流程图。
具体实施方式：
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
设计出一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料，包括以下重量份的组分：聚苯硫醚45～50份，纤维碳粉3～8份，长玻纤12份，热塑性弹性体15份，无机填料10～17份，加工助剂3份。
还公开了一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料的制法，包括以下步骤：准备聚苯硫醚45～50份，纤维碳粉3～8份，长玻纤12份，热塑性弹性体15份，无机填料10～17份，加工助剂3份，将称量好的聚苯硫醚，纤维碳粉，热塑性弹性体按顺序依次投入搅拌机内，加入抗氧剂、偶联剂、相溶剂、润滑剂，在转速为1500～3000转/分状态下搅拌并加热至160～250℃得聚苯硫醚共混物，搅拌时间控制在5～30分钟；将无机填料加入聚苯硫醚共混物中，加热至160～250℃并在转速为1500～2500转/分状态下搅拌，搅拌时间控制在10～20分钟，之后置入双螺杆挤出机中，通过调节转速实现物料的增强增韧处理；调节双螺杆挤出机温度为1～10段，其中，1～2段的温度范围为250～280℃，3～10段的温度范围均为260～300℃，模头温度为260～310℃；螺杆转速400～700转/分钟，在双螺杆挤出机挤出过程中加入预热干燥处理后的长玻纤；挤出完成后冷却并切粒，获得改性聚苯硫醚复合材料。
本发明将聚苯硫醚与热塑性弹性体共混，共混后的聚苯硫醚具有良好的力学性能、介电性能、化学稳定性和耐热性，且当温度升高时，热塑性弹性体加热熔融，交联点熔化可产生良好的流动性，可以降低粘度，改善加工性能；在聚苯硫醚中加入了纤维状高导热碳粉和无机填料，纤维状高导热碳粉具有优异的导热及辐射散热能力，并且可设计导热取向，可有效提高聚苯硫醚的导热系数和机械性能；选用的无机填料填充率高，也可增强聚苯硫醚的导热性能；使用本方案制得的聚苯硫醚复合材料成型效果好，同时具有高导热性、高韧性、高耐磨性、高强度，且本发明制备方法简单，制造成本低。
以上实施方式中，列举出4种实施例实现上述技术方案：
实施例1
本实施例是公开一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料，包括以下重量份的组分：聚苯硫醚45份，纤维碳粉选用纤维状高导热碳粉8份，长玻纤12份，热塑性弹性体选用苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物15份，无机填料选用鳞片状高导热碳粉17份，所述加工助剂包括以下重量份的组分：抗氧剂0.3份，偶联剂1份，相溶剂0.7份，润滑剂1份。
其中，抗氧剂可以是选自抗氧化剂1010、高温抗氧化剂412S、高温抗氧化剂PEPQ、抗氧化剂PEP36、抗氧化剂626中的至少一种，本公开选用抗氧化剂1010；所述偶联剂选用脂肪酸钛酸酯偶联剂；所述相溶剂选用聚烯烃接枝马来酸酐；所述润滑剂选用乙撑双硬脂酸酰胺。
还公开了一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料的制法，包括以下步骤：准备聚苯硫醚45份，纤维碳粉8份，长玻纤12份，苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物15份，鳞片状高导热碳粉17份，抗氧剂0.3份，偶联剂1份，相溶剂0.7份，润滑剂1份，将称量好的聚苯硫醚，纤维碳粉，热塑性弹性体按顺序依次投入搅拌机内，加入抗氧剂、偶联剂、相溶剂、润滑剂，在转速为2000转/分状态下搅拌并加热至200℃得聚苯硫醚共混物，搅拌时间控制在20分钟；将无机填料加入聚苯硫醚共混物中，加热至220℃并在转速为2000转/分状态下搅拌，搅拌时间控制在20分钟，之后置入双螺杆挤出机中，通过调节转速实现物料的增强增韧处理，其中，先转速为1000转/分转动3分钟，再转速为2700转/分转动4分钟，后转速为1500转/分转动3分钟；调节双螺杆挤出机温度为1～10段，其中，1～2段的温度范围为280℃，3～10段的温度范围均为300℃，模头温度为300℃；螺杆转速400转/分钟，在双螺杆挤出机挤出过程中加入预热干燥处理后的长玻纤；挤出完成后经过冷水冷却并切粒，获得改性聚苯硫醚复合材料。
实施例2
本实施例是公开一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料，包括以下重量份的组分：聚苯硫醚50份，纤维碳粉选用纤维状高导热碳粉3份，长玻纤12份，热塑性弹性体选用苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物15份，无机填料选用鳞片状高导热碳粉17份，所述加工助剂包括以下重量份的组分：抗氧剂0.3份，偶联剂1份，相溶剂0.7份，润滑剂1份。
实施例3
本实施例是公开一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料，包括以下重量份的组分：聚苯硫醚45份，纤维碳粉选用纤维状高导热碳粉4份，长玻纤12份，热塑性弹性体选用苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物15份，聚砜4份，无机填料选用鳞片状高导热碳粉17份，所述加工助剂包括以下重量份的组分：抗氧剂0.3份，偶联剂1份，相溶剂0.7份，润滑剂1份。
实施例4
本实施例是公开一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料，包括以下重量份的组分：聚苯硫醚45份，纤维碳粉选用纤维状高导热碳粉8份，长玻纤12份，热塑性弹性体选用苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物15份，无机填料选用鳞片状高导热碳粉10份，球形氧化铝7份，所述加工助剂包括以下重量份的组分：抗氧剂0.3份，偶联剂1份，相溶剂0.7份，润滑剂1份。
对比例1
本对比例提供了一种聚苯硫醚复合材料包括以下质量份数的组分：
聚苯硫醚45份，长玻纤12份，鳞片状高导热碳粉17份，相溶剂0.7份，抗氧剂0.3份，润滑剂1份，偶联剂1份。
对比例2
本对比例提供了一种聚苯硫醚复合材料包括以下质量份数的组分：
聚苯硫醚45份，纤维状高导热碳粉8份，长玻纤12份，鳞片状高导热碳粉17份，相溶剂0.7份，抗氧剂0.3份，润滑剂1份，偶联剂1份。
对比例3
本对比例提供了一种聚苯硫醚复合材料包括以下质量份数的组分：
聚苯硫醚45份，长玻纤12份，苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物15份，鳞片状高导热碳粉17份，相溶剂0.7份，抗氧剂0.3份，润滑剂1份，偶联剂1份。
综述，对比例1中没有加入纤维状高导热碳粉和热塑性弹性体，对比例2中没有加入热塑性弹性体，对比例3中没有加入纤维状高导热碳粉，在实施例中则同时加入纤维状高导热碳粉和热塑性弹性体。最终料粒成品经注塑法制成标准样条，进行各项力学性能测试及熔融温度测试。测试标准或方法及结果见表1。
表1
通过对比例1与对比例1作比较，纤维状高导热碳粉的加入，使得PPS复合材料的导热系数明显提高。原因是纤维状高导热碳粉导热系数极高，沿纤维方向的导热率是铜的2～3倍，同时具有良好的机械性能和优异的导热及辐射散热能力，添加纤维状高导热碳粉后可大幅度提高PPS的导热性能。
通过对比例1与对比例3作比较，热塑性弹性体的加入，使得PPS复合材料的韧性、强度、耐磨性明显提高。原因是共混后PPS与热塑性弹性体形成交联结构，使得PPS具有良好的力学性能、介电性能、化学稳定性和耐热性，从而大大地提高了复合材料的综合力学性能。
通过比较实施例1和实施例2，纤维状高导热碳粉的增多可进一步提高PPS复合材料的导热性能。
通过比较实施例1和实施例3，在线型聚苯硫醚含量不变的条件下，减少纤维状高导热碳粉并增加聚砜后，复合材料的力学性能提高，但导热性能降低。
通过比较实施例1和实施例4，在其他条件不变的前提下，低价格的球形氧化铝部分替代鳞片状高导热碳粉后，复合材料的力学性能和导热性能基本不变，但可降低生产成本。
综合比较实施例和对比例，本发明同时在聚苯硫醚中加入了纤维状高导热碳粉、热塑性弹性体以及固定比例的无机填料和助剂，可以获得同时具有高导热性、高韧性、高强度和高耐磨性的改性聚苯硫醚复合材料。并且由于组分配比的协同调控以及制备方法简单，本发明提供的改性PPS复合材料的制造成本较低。作为汽车精密功能件的注塑成型材料，综合物理性能明显优于现有技术状态，可完全替代现有的聚苯硫醚材料，有着非常广阔的市场前景。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (8)
1.一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：聚苯硫醚45～50份，纤维碳粉3～8份，长玻纤12份，热塑性弹性体15份，无机填料10～17份，加工助剂3份。
2.根据权利要求1所述的用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述聚苯硫醚为线型聚苯硫醚，所述线型聚苯硫醚重均分子量为2万～6万，所述热塑性弹性体选自苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物、聚砜中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述纤维碳粉为纤维状高导热碳粉，所述纤维状高导热碳粉的粒径不大于10μm。
4.根据权利要求1所述的用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述无机填料选自鳞片状高导热碳粉、球形氧化铝、球形氮化硼中的至少一种，所述无机填料的粒径范围为1500目～3000目。
5.根据权利要求1所述的用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述加工助剂包括以下重量份的组分：抗氧剂0.3份，偶联剂1份，相溶剂0.7份，润滑剂1份。
6.根据权利要求5所述的用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂选自抗氧化剂1010、高温抗氧化剂412S、高温抗氧化剂PEPQ、抗氧化剂PEP36、抗氧化剂626中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述偶联剂选用脂肪酸钛酸酯偶联剂；所述相溶剂选用聚烯烃接枝马来酸酐；所述润滑剂选用乙撑双硬脂酸酰胺。
8.一种用于汽车功能件注塑的改性聚苯硫醚复合材料的制法，其特征在于，包括以下步骤：准备聚苯硫醚45～50份，纤维碳粉3～8份，长玻纤12份，热塑性弹性体15份，无机填料10～17份，加工助剂3份，将称量好的聚苯硫醚，纤维碳粉，热塑性弹性体按顺序依次投入搅拌机内，加入抗氧剂、偶联剂、相溶剂、润滑剂，在转速为1500～3000转/分状态下搅拌并加热至160～250℃得到聚苯硫醚共混物，搅拌时间控制在5～30分钟；将无机填料加入聚苯硫醚共混物中，加热至160～250℃并在转速为1500～2500转/分状态下搅拌，搅拌时间控制在10～20分钟，之后置入双螺杆挤出机中，通过调节转速实现物料的增强增韧处理；调节双螺杆挤出机温度为1～10段，其中，1～2段的温度范围为250～280℃，3～10段的温度范围均为260～300℃，模头温度为260～310℃；螺杆转速400～700转/分钟，在双螺杆挤出机挤出过程中加入预热干燥处理后的长玻纤；挤出完成后冷却并切粒，获得改性聚苯硫醚复合材料。
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