CN1189517A - 一种含玻璃纤维和热致液晶聚合物微纤的混杂复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明一种含玻璃纤维和热致液晶聚合物微纤的混杂复合材料是含有热致液晶聚合物(TLCP)微纤和玻璃纤维混杂增强聚碳酸酯复合材料,其中热致液晶聚合物为主链型对羟基苯甲酸和对苯二甲酸乙二酯的无规共聚酯,或者为主链型对羟基苯甲酸和5－羟基萘甲酸的无规全芳香共聚酯。TLCP的加入,提高了本发明的混杂复合材料的力学性能。
Description
本发明涉及一种用纤维增强的热塑性材料，特别涉及到一种用热致液晶聚合物微纤与玻璃纤维的混杂复合材料。
工程塑料增强常用的增强纤维有玻璃纤维和碳纤维，近年来发展以无机物晶须和合成纤维作为增强纤维，如钛酸钾晶须和聚对苯酰胺纤维等。工程塑料手册1994年P154(杨世英等编，中国纺织出版社出版)公开了日本G.E.-Plastics公司生产的含15％玻璃纤维(GF)增强的聚碳酸酯(PC)，商品牌号为LGN 1500，抗张强度为87.3MPa，弯曲强度为116MPa，弯曲模量为4.51GPa，缺口悬臂梁冲击强度为1.08J/cm；P152公开了日本Dicel化学工业公司生产的含30％玻璃纤维增强的聚碳酸酯，商品牌号为NOVALLOY-S3230，抗张强度为109MPa，弯曲强度为146MPa，缺口悬臂梁冲击强度为0.686J/cm。由于体系中含有玻璃纤维因而熔融流动性较差，对设备造成磨损，而且磨蚀下来的金属粉末会对制品造成污染。更不利的是，高含量的增强纤维使得纤维与纤维之间、纤维与设备之间的摩擦增加，使得增强纤维发生剧烈折断，降低了增强纤维的增强效果。1991年Polym.Eng.Sci Vol.31 P459报道了用热致液晶聚合物(TLCP)增强PC树脂制备原位复合材料，当TLCP含量为10％时，复合材料的抗拉强度为74MPa，抗拉模量为3.3GPa。可见仅用TLCP来增强工程塑料是得不到高强度高模量的复合材料的。
1996年公开的中国专利申请(申请号96 104860.3)提出了一种含碳纤维和液晶聚合物的复合材料。但该项技术未注意液晶聚合物的存在对材料中短纤维的取向程度和长径比的改变，以及由此对材料弯曲强度和弯曲模量产生的影响。
本发明目的是克服玻璃纤维增强的PC体系熔融流动性差、对设备的磨损、玻璃纤维大量折断，以及TLCP增强PC体系拉伸性能差的缺点，而提供一种含有热致液晶聚合物微纤和玻璃纤维混杂增强的聚碳酸酯复合材料，该材料加工性能好而且力学性能高。
本发明的聚碳酸酯复合材料的原料为聚碳酸酯、宏观纤维和热致液晶聚合物，各原料的组成和含量如下：
组 分 含量(重量份)
聚碳酸酯 40-90
热致液晶聚合物 1-40
短纤维 1-60
上述的短纤维为经表面处理过的玻璃纤维(GF)、碳纤维(CF)、石棉纤维、钛酸钾晶须或Kevlar纤维。玻璃纤维、石棉纤维、钛酸钾晶须或Kevlar纤维表面可以用偶联剂、接枝高聚物进行处理。碳纤维可以用表面电化学氧化法，或电沉积的方法在纤维表面沉积上乙酸乙烯酯-马来酸酐交替高聚物或苯乙烯-马来酸酐交替高聚物。上述的热致液晶聚合物(TLCP)为主链型芳香共聚酯，熔融范围为190℃-350℃，在偏光显微镜下呈织态结构。例如对羟基苯甲酸和对苯二甲酸乙二酯的无规共聚酯，熔点范围为250℃-350℃，结构式如下：
TLCP还可以是对羟基苯甲酸和5-羟基萘甲酸的无规全芳香共聚酯，在外力的作用下，熔点范围为270℃-350℃，结构式如下：
本发明的聚碳酸酯复合材料的制法按以下步骤进行：
将热致液晶聚合物(TLCP)1-40份，与基体聚碳酸酯40-90份，以及短纤维1-60份，通过单螺杆或双螺杆挤出机在250℃-310℃内共混挤出造粒，然后注塑成型。
本发明的含热致液晶聚合物微纤和玻璃纤维的聚碳酸酯复合材料在熔融加工时，TLCP与聚碳酸酯均为熔体，由于TLCP具有很强的剪切变稀的流变性能，从而减少了物料对挤出机和注塑机的磨损，同时降低了短纤维在加工时的折断率，提高了短纤维在复合材料中的平均长径比，提高了短纤维在加工方向上的取向度fp＝2＜cos2θ＞-1(见表I)，提高了聚碳酸酯复合材料的力学性能(见表II)。
表I为不同重量比的热致液晶聚合物、玻璃纤维和聚碳酸酯复合材料在注塑制品中玻璃纤维的平均长径比和玻璃纤维在加工方向上的取向。
表II为不同重量比的热致液晶聚合物、玻璃纤维和聚碳酸酯复合材料的力学性能。表I样品 玻璃纤维的数均长径比 玻璃纤维在加工方向上的取向度GF/PC 15/85 18.3 0.26TLCP/GF/PC 10/15/75 23.1 0.49GF/PC 30/70 15.8 0.34TLCP/GF/PC 10/30/60 19.4 0.50
从表I可以看出，相对于玻璃纤维/聚碳酸酯体系，TLCP的加入，提高了注塑样条中玻璃纤维的数均长径比和在加工方向上的取向度。表II样品 抗拉强度 弯曲强度 弯曲模量 Izod缺口冲击强度
(MPa) (MPa) (GPa) (J/M)GF/PC 15/85 78.0 124.4 3.38 41.8TLCP/GF/PC 10/15/75 83.4 130.6 3.78 46.6GF/PC 30/70 106.5 147.0 5.16 60.0TLCP/GF/PC 10/30/60 111.8 159.5 5.44 56.1
从表II可以看出，相对于玻璃纤维/聚碳酸酯体系，TLCP的加入，提高了体系的力学性能。
实施例1：
用10份PHB/PET(75/25)热致液晶聚合物(TLCP)，15份经KH-550偶联剂表面处理的玻璃纤维(GF)与75份聚碳酸酯(PC)(数均分子量Mn＝26,000±1,000)在HAAKE双螺杆挤出机上熔融共混，从加料口到出口各段的温度设定为240-270-300-290℃。挤出条冷却后造粒，所得粒料在注射成型机上注射成标准拉伸、弯曲、冲击样条，料筒温度为280℃，注射压力为14MPa。上述样条的抗拉强度为83.4MPa，弯曲强度为130.6MPa，弯曲模量为3.78GPa，Izod缺口冲击强度为46.6J/M，所得注射样条中玻璃纤维的数均长径比为23.1，在流动方向上的取向度为0.49。实施例2：
用10份PHB/PET(75/25)热致液晶聚合物(TLCP)，30份经KH-550偶联剂表面处理的玻璃纤维(GF)与60份聚碳酸酯(PC)(数均分子量Mn＝26,000±1,000)，其它条件同实施例1。制得的样条的抗拉强度为111.8MPa，弯曲强度为159.5MPa，弯曲模量为5.44GPa，Izod缺口冲击强度为56.1J/M所得注射样条中玻璃纤维的平均长径比为19.4，在流动方向上的取向度为0.50。对比例1：
用15份玻璃纤维增强85份聚碳酸酯，其它条件同实施例1。制得的样条的抗拉强度为78.0MPa，弯曲强度为124.4MPa，弯曲模量为3.4GPa，Izod缺口冲击强度为41.8J/M。所得注射样条中玻璃纤维的平均长径比为18.3，在流动方向上的取向度为0.26。对比例2：
用30份玻璃纤维增强70份聚碳酸酯，其它条件同实施例1。制得的样条的抗拉强度为106.5MPa，弯曲强度为147.0MPa.，弯曲模量为5.2GPa，Izod缺口冲击强度为60.0J/M，所得注射样条中玻璃纤维的平均长径比为15.8，在流动方向上的取向度为0.34。对比例3：
用10份TLCP增强90份聚碳酸酯，其它条件同实施例1。制得的样条的抗拉强度为76.8MPa，弯曲强度为99.6MPa，弯曲模量为2.2GPa，Izod缺口冲击强度为44.3J/M。
Claims (8)
1、一种聚碳酸酯复合材料包括聚碳酸酯、表面处理过的短纤维，其特征在于所述的复合材料还包括热致液晶聚合物，其组分和含量如下：(重量比)
组 分 含量
聚碳酸酯 40-90
热致液晶聚合物 1-40
短纤维 1-60
2、根据权利1要求所述的一种聚碳酸酯复合材料，其特征在于所述的热致液晶聚合物为芳香共聚酯。
3、根据权利1要求所述的一种聚碳酸酯复合材料，其特征在于所述的表面处理过的短纤维是表面用偶联剂或接枝共聚物进行处理过的玻璃纤维。
4、根据权利要求1所述的一种聚碳酸酯复合材料，其特征在于所述的表面处理过的短纤维是表面用电化学氧化法，或用电沉积方法处理过的碳纤维。
5、根据权利要求1所述的一种聚碳酸酯复合材料，其特征在于所述的表面处理过的短纤维是表面用偶联剂或接枝共聚物进行处理过的Kevlar纤维。
6、根据权利要1求所述的一种聚碳酸酯复合材料，其特征在于所述的表面处理过的短纤维是表面用偶联剂或接枝共聚物进行处理过的钛酸酯晶须。
7、根据权利要求2、3、4、5、6中任意一种聚碳酸酯复合材料其特征在于所述的芳香共聚酯为对羟基苯甲酸和对苯二甲酸乙二酯的无规共聚酯。
8、根据权利要求2、3、4、5、6中任意一种聚碳酸酯复合材料其特征在于所述的芳香共聚酯为主链型对羟基苯甲酸和5-羟基萘甲酸的无规共聚酯。
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