CN1314762C - 高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料及其制备方法。本发明的复合材料由如下重量百分比的组分组成：聚苯硫醚25～65%、玻璃纤维20～50%，无机矿物填料0～40%、冲击改性剂3～10%、偶联剂0.2～1%、抗氧剂0.2～0.5%、加工助剂0.5～2%。本发明的复合材料具有阻燃、环保、热稳定、力学性能好、易加工成型等一系列突出的优点，应用领域广阔，包括电气、电子零件，汽车零件等等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料及其制备方法。
背景技术
聚苯硫醚(PPS)又称聚苯撑硫、聚次苯基硫醚，1968年由美国Phillips Petroleum Co.首创并投产的一种新型特种工程塑料。由于其分子主链上带有苯硫基，硫原子与苯环交互整齐排列的构造，赋予分子高度稳定的化学键特性，并易于堆积成热稳定性较高的结晶格子结构，使得其具有许多独特的性能，主要表现在：优良的热稳定性、化学稳定性、尺寸稳定性、耐腐蚀性以及电性能优异的物理力学性能、良好的粘接性能、优良的阻燃性、良好的电性能、可共混改性。目前在汽车制造、电子电气、化工、仪器仪表和航天工业等方面具有广泛的应用。
由于PPS主链上大量的苯环的存在，增加了材料的刚性，使得未改性的聚苯硫醚材料脆性比较大，机械性能比较差，而且耐热温度相对比较低，只有110℃，因而材料的应用受到了极大的限制。但是，采用玻璃纤维或无机矿物填充料来改性聚苯硫醚可以提高其机械性能和耐热性，热变形温度可以达到260℃。但是对于提高材料的冲击韧性方面提高不大，为了扩大其应用范围，迫切需要改善其冲击性能。
中国专利CN1462771采用纳米丁苯橡胶来改性聚苯硫醚，该专利主要用于纯玻纤增强聚苯硫醚，不适用于无机矿物增强填充聚苯硫醚复合材料。同样中国专利CN1513914提出了采用烯烃类树脂和聚苯硫醚形成一种聚苯硫醚组合物，该专利同样不适用于制造高填充的增强聚苯硫醚复合材料。
随着聚苯硫醚材料的用途的不断扩大，高填充含量的增强聚苯硫醚材料应用也逐渐广泛，对材料的要求更加严格，对此以前所提出的树脂复合材料可以说是不足的，因此要求开发出可同时满足更高成型加工性、耐冲击性、成本更加低廉的复合材料。
发明内容
本发明的目的是克服现有聚苯硫醚复合材料存在的缺点，提供一种既具有高刚性、耐腐蚀、低蠕变，又具有高冲击韧性的聚苯硫醚复合材料。
本发明的另一目的是提供上述聚苯硫醚复合材料的制备方法。
为了实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于由如下重量百分比的组分组成：聚苯硫醚25～65％、玻璃纤维20～50％，无机矿物填料0～40％、冲击改性剂3～10％、偶联剂0.2～1％、抗氧剂0.2～0.5％、加工助剂0.5～2％。
上述无机矿物填料为：滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙、硅灰石、高龄土、玻璃微珠中的一种或几种混合物。无机矿物填料的粒径范围为5～10μm。
上述冲击改性剂为氢化SBS或苯乙烯丙烯酸丁酯二元接枝改性乙丙橡胶(EPDM-g-St)与乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油脂的共混物。本发明所述的高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料中的冲击改性剂的加入主要是防止无机矿物填料的加入使得材料力学性能下降。冲击改性剂的选择必须考虑到其与树脂应有良好的相容性，同时冲击改性剂在材料基体中要形成适当的相结构才能更有效地提高增韧效果。
上述抗氧剂为酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、金属钝化剂中的一种或几种的混合物。加入抗氧剂的目的是为了提高聚苯硫醚复合材料的热稳定性和进一步保持高耐热性。其中适合用于本体系的酚类抗氧剂优选1010，亚磷酸酯类有TNP、168，金属钝化剂有GI-09-367、MD1025、OABH。因为亚磷酸酯类同样能够消除由紫外线产生过氧化基团，因而也起到防止光老化的作用。
上述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或几种的混合物。如KH550、KH560、KH570、A-143、A-186、磺酰叠氮硅烷、NDZ-101、OL-1618等等。偶联剂改善了玻纤、无机矿物填料和树脂、增韧改性剂之间的相容性，增强它们之间界面的粘合力，提高材料的力学性能。
上述加工助剂为脂肪酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硅酮粉、硅酮母粒中的一种或几种的混合物。加工助剂的作用是：加工时可以有效改善各组分的分散性，降低塑料熔体与金属表面的黏附力以及塑料熔体的内摩擦，有利于解决注塑时制件表面光泽差，脱模困难等问题。
上述高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料的制备方法，为：将聚苯硫醚、无机矿物填料、玻璃纤维、冲击改性剂、偶联剂、抗氧剂和加工助剂按比例经高速混合机分散混合后，通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、干燥、切粒和包装。所用的双螺杆挤出机螺筒各分区温度应保持在240℃～310℃之间，双螺杆挤出机的螺纹元件的长径比为30～40，螺杆转速为300～500转/分钟。
本发明的有益效果：和传统的玻纤增强聚苯硫醚复合物相比，本发明的高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料既提高了韧性，降低了材料的收缩率，又提高了产品的机械性能。所得的高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料具有阻燃、环保、热稳定、力学性能好、易加工成型等一系列突出的优点，应用领域十分广阔，包括电气、电子零件，汽车零件等等领域。
具体实施方式
实施例1～10
将聚苯硫醚、无机矿物填料、玻璃纤维、冲击改性剂、偶联剂、抗氧剂和加工助剂按比例经高速混合机分散混合后，通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、干燥、切粒和包装。所用的双螺杆挤出机螺筒各分区温度应保持在300℃，双螺杆挤出机的螺纹元件的长径比为35，螺杆转速为400转/分钟。
按照上面制备方法制备本发明的复合材料，实施例1～4各个组分含量如表1，实施例5～7各个组分含量如表2，实施例8～10各个组分含量如表3。各实施例所制备的复合物按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，各实施例中的物理性能分别按国际标准进行测试。实施例1～4验证了不同填料的用量，其它组分作相应的变化，详细数据结果见表1。实施例5～7验证了冲击改性剂的用量，其它组分作相应的变化，详细数据结果见表2。实施例8～10验证了不同填料混合使用的物性，其它组分作相应的变化，详细数据结果见表3。
表1、实施例配方表及复合物性能检测结果
| 组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 聚苯硫醚 | 63.5 | 53.5 | 43.5 | 33.5 | |
| 无机填料 | 碳酸钙 | 10 | 20 | 30 | |
| 玻璃纤维 | 30 | 30 | 30 | 30 | |
| 冲击改性剂 | SEBS乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油脂 | 23 | 23 | 23 | 23 |
| 偶联剂 | KH560 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 抗氧剂 | 1010168 | 0.20.3 | 0.20.3 | 0.20.3 | 0.20.3 |
| 加工助剂 | 硅酮粉硬脂酸锌 | 0.250.25 | 0.250.25 | 0.250.25 | 0.250.25 |
| 物理性能 | |||||
| Izod缺口冲击强度 | 11.2 | 10.5 | 9.6 | 9 | |
| 拉伸强度 | 142.5 | 141.3 | 147.6 | 148.9 | |
| 弯曲强度 | 190 | 199.6 | 208.3 | 209.8 | |
| 弯曲模量 | 10129 | 10250 | 12356 | 14631 | |
| 热变形温度 | 250 | 255 | 256 | 258 | |
| 密度 | 1.51 | 1.56 | 1.70 | 1.89 | |
表2、实施例配方表及复合物性能检测结果
| 组分 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |
| 聚苯硫醚 | 45.5 | 42.5 | 39.5 | |
| 无机填料 | 硫酸钡 | 20 | 20 | 20 |
| 玻璃纤维 | 30 | 30 | 30 | |
| 冲击改性剂 | EPDM-g-St乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油脂 | 12 | 24 | 36 |
| 偶联剂 | KH550 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 抗氧剂 | 1010TNP | 0.20.3 | 0.20.3 | 0.20.3 |
| 加工助剂 | 硬脂酸硬脂酸钙 | 0.250.25 | 0.250.25 | 0.250.25 |
| 物理性能 | ||||
| Izod缺口冲击强度 | 7.8 | 9.5 | 11.5 | |
| 拉伸强度 | 147.3 | 137.6 | 125.9 | |
| 弯曲强度 | 189.6 | 178.3 | 168.8 | |
| 弯曲模量 | 12250 | 11436 | 9731 | |
| 热变形温度 | 260 | 256 | 250 | |
| 密度 | 1.70 | 1.69 | 1.68 | |
表3、实施例配方表及复合物性能检测结果
| 组分 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 | |
| 聚苯硫醚 | 35.5 | 35.5 | 35.5 | |
| 无机填料 | 滑石粉碳酸钙硫酸钡 | 1010 | 1010 | 1010 |
| 玻璃纤维 | 40 | 40 | 40 | |
| 冲击改性剂 | EPDM-g-St乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油脂 | 12 | 12 | 12 |
| 偶联剂 | KH550 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 抗氧剂 | 1010TNP | 0.20.3 | 0.20.3 | 0.20.3 |
| 加工助剂 | 硬脂酸硬脂酸钙 | 0.250.25 | 0.250.25 | 0.250.25 |
| 物理性能 | ||||
| Izod缺口冲击强度 | 8.4 | 10.8 | 8.5 | |
| 拉伸强度 | 135.5 | 148.3 | 147.8 | |
| 弯曲强度 | 186.5 | 205.6 | 218.3 | |
| 弯曲模量 | 16843 | 17850 | 18436 | |
| 热变形温度 | 265 | 260 | 260 | |
| 密度 | 1.89 | 1.90 | 1.89 | |
Claims (9)
1、一种高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料，按重量百分数计，由如下组分组成：聚苯硫醚25～65％、玻璃纤维20～50％，无机矿物填料0～40％、冲击改性剂3～10％、偶联剂0.2～1％、抗氧剂0.2～0.5％、加工助剂0.5～2％；所述冲击改性剂为氢化SBS或苯乙烯丙烯酸丁酯二元接枝改性乙丙橡胶与乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油脂的共混物。
2、根据权利要求1所述的高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于所述无机矿物填料为：滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙、硅灰石、高龄土、玻璃微珠中的一种或几种混合物。
3、根据权利要求1所述的高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于所述抗氧剂为酚类、亚磷酸酯类、金属钝化剂中的一种或几种的混合物。
4、根据权利要求3所述的高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于所述酚类为1010；所述亚磷酸酯类为TNP或168；所述金属钝化剂为GI-09-367、MD1025或OABH。
5、根据权利要求1所述的高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料，其中所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或几种的混合物。
6、如权利要求5所述的高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于所述偶联剂为KH550、KH560、KH570、A-143、A-186、磺酰叠氮硅烷、NDZ-101、OL-1618中的一种或几种的混合物。
7、根据权利要求1所述的高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于所述加工助剂为脂肪酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硅酮粉、硅酮母粒中的一种或几种的混合物。
8、如权利要求2所述的高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于所述无机矿物填料的粒径范围为5～10μm。
9、一种权利要求1所述高韧性填充增强聚苯硫醚复合材料的制备方法，为：将聚苯硫醚、无机矿物填料、玻璃纤维、冲击改性剂、偶联剂、抗氧剂、加工助剂按比例经高速混合机分散混合后，通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、干燥、切粒和包装。
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Assignee: Tianjin Kingfa New Materials Co., Ltd. Assignor: Golden hair Polytron Technologies Inc|Shanghai golden hair science and Technology Development Co., Ltd. Contract record no.: 2011440000009 Denomination of invention: High toughness packing reinforced polyphenyl thioether composite material and its preparation method Granted publication date: 20070509 License type: Exclusive License Open date: 20060111 Record date: 20110104 |