CN1861687A - 聚苯硫醚与聚碳酸酯纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚苯硫醚与聚碳酸酯纳米复合材料及其制备方法，所述复合材料由聚苯硫醚(PPS)、聚碳酸酯(PC)、玻璃纤维(GF)和纳米级碳酸钙(Nano－CaCO3)制成，其制备方法是用钛酸酯偶联剂对纳米级碳酸钙粒子(Nano－CaCO3)进行表面处理8～12分钟后，再与聚苯硫醚(PPS)和聚碳酸酯(PC)混合4～6分钟，得到混合物；然后将该混合物送入双螺杆挤出机中，加入玻璃纤维(GF)进行熔融共混、造粒。得到的复合材料适用于电子、电器、汽车、航空航天领域中，如用于制造电磁屏蔽元件、线圈骨架、泵壳、叶轮、离合器的材料等。

Description

聚苯硫醚与聚碳酸酯纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子纳米复合材料，特别涉及一种聚苯硫醚与聚碳酸酯纳米复合材料。
本发明还涉及一种上述复合材料的制备方法。
背景技术
聚苯硫醚(PPS)又称聚苯撑硫和聚次苯基硫醚，是70年代开始工业化生产的一种耐热性工程树脂，已成功地应用在电子、电器、汽车、航空航天等领域。由于聚苯硫醚(PPS)自身的脆性及价格昂贵的特点，不利于其进一步推广应用，需进行改性。现有的聚苯硫醚(PPS)改性，大多采用与其它树脂共混进行增韧，如聚碳酸酯(PC)和聚酰胺(尼龙，PA)等，或以各种纤维进行增强，如玻璃纤维(GF)和碳纤维(CF)等，但这些材料体系的冲击韧性、耐热性、力学强度和成本仍不够理想。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种能进一步提高聚苯硫醚的冲击韧性、耐热性和力学强度，并能降低成本的聚苯硫醚与聚碳酸酯纳米复合材料。本发明的目的还在于提供了一种上述复合材料的制备方法。
本发明提供的聚苯硫醚与聚碳酸酯纳米复合材料，由聚苯硫醚(PPS)、聚碳酸酯(PC)、玻璃纤维(GF)和纳米级碳酸钙(Nano-CaCO3)制成，其中，各组分的重量份数如下：
聚苯硫醚(PPS)                   100，
聚碳酸酯(PC)                    25～40，
玻璃纤维(GF)                    30～50，
纳米级碳酸钙(Nano-CaCO3)        4～10。
所述纳米级碳酸钙(Nano-CaCO3)的平均粒径为40μm，所述聚碳酸酯(PC)是中分子量的聚碳酸酯，其分子量范围为28000～34000。
本发明提供的一种上述复合材料的制备方法，包括用钛酸酯偶联剂对纳米级碳酸钙粒子(Nano-CaCO3)进行表面处理8～12分钟后，再与聚苯硫醚(PPS)和聚碳酸酯(PC)混合4～6分钟，得到混合物；然后将该混合物送入双螺杆挤出机中，加入玻璃纤维(GF)进行熔融共混、造粒而制得。
所述双螺杆挤出机中，优选其料筒温度260℃～290℃，螺杆转速50～80转/分钟。
本发明提供的聚苯硫醚与聚碳酸酯纳米复合材料，通过对聚苯硫醚进行改性，具有优良的冲击韧性、耐热性和力学强度，能用于制备电子、电器、汽车、航空航天等领域中的电磁屏蔽元件、线圈骨架、泵壳、叶轮、离合器等材料。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1.本发明的复合材料成本低。以聚苯硫醚(PPS)的市场价格6万元/吨；聚碳酸酯(PC)的市场价格3万元/吨；玻璃纤维(GF)的市场价格0.7万元/吨；纳米级碳酸钙(Nano-CaCO3)的市场价格0.3万元/吨计算，本发明的复合材料的成本约为4万元/吨，与聚苯硫醚(PPS)的市场价格6万元/吨相比，下降幅度为33.33％。
2.本发明的复合材料冲击韧性好。实施例1所制备的复合材料，其缺口冲击强度比纯聚苯硫醚(PPS)提高138.48％，比聚苯硫醚(PPS)/玻璃纤维(GF)提高54.37％；其无缺口冲击强度比纯聚苯硫醚(PPS)提高81.56％，比聚苯硫醚(PPS)/玻璃纤维(GF)提高62.27％，显示出良好的冲击韧性。
3.本发明的复合材料耐热性能好。实施例1所制备的复合材料，其热变形温度比聚苯硫醚(PPS)提高67.21％，比聚苯硫醚(PPS)/玻璃纤维(GF)提高46.60％，显示出良好的耐热性能。
4.本发明的复合材料力学强度高。实施例1所制备的复合材料，其拉伸强度比聚苯硫醚(PPS)提高281.97.63％，比聚苯硫醚(PPS)/玻璃纤维(GF)提高24.45％；其弯曲强度比聚苯硫醚(PPS)提高190.44％，比聚苯硫醚(PPS)/玻璃纤维(GF)提高30.78％，显示出良好的力学强度。
具体实施方式
实施例1
将国产平均粒径为40μm的纳米级碳酸钙利用钛酸酯偶联剂经高速混合机进行表面处理8分钟后，再与国产聚苯硫醚粉和中分子量的聚碳酸酯混合6分钟，得到混合物；然后将该混合物送入双螺杆挤出机中，加入国产无捻粗纱长玻璃纤维，控制双螺杆挤出机料筒温度为260℃，螺杆转速为80转/分钟，进行熔融共混、造粒而制得。其中，各组分的重量用量如下：
聚苯硫醚(PPS)                    100克，
聚碳酸酯(PC)(重均分子量28000)    40克，
玻璃纤维(GF)                     30克，
纳米级碳酸钙(Nano-CaCO3)         10克。
所制备的复合材料，其力学性能依照国标GB/T1043-93通过简支梁冲击试验测试；其弯曲性能依照国标GB/T9341-2000，采用十字头下降速度为2mm/min进行测试；其拉伸性能依照国标GB/T1040-92，采用十字头上升速度为50mm/min进行测试；其热变形温度性能按国标GB1634-79，采用升温速度为120℃/h，传热介质为二甲基硅油进行测试。其中，每种性能的测试数据取五个试样的平均值，其拉伸强度为185.05MPA，拉伸断裂强度为178.76MPA，弯曲强度为276.88MPA，缺口冲击强度为14.88kJ/m2，无缺口冲击强度为35.90kJ/m2，4.5Mpa压力下热变形温度为152.61℃。
制备的复合材料(PPS/PC/GF/Nano-CaCO3)，其性能对聚苯硫醚(PPS)、聚苯硫醚/玻璃纤维(PPS/CF)有很大改善，具体如表1所示。
实施例2
将国产平均粒径为40μm的纳米级碳酸钙利用钛酸酯偶联剂经高速混合机进行表面处理12分钟后，再与国产聚苯硫醚粉和中分子量的聚碳酸酯混合4分钟，得到混合物；然后将该混合物送入双螺杆挤出机中，加入国产无捻粗纱长玻璃纤维，控制双螺杆挤出机料筒温度为290℃，螺杆转速为50转/分钟，进行熔融共混、造粒而制得。其中，各组分的重量用量如下：
聚苯硫醚(PPS)                    100克，
聚碳酸酯(PC)(重均分子量34000)    25克，
玻璃纤维(GF)                     50克，
纳米级碳酸钙(Nano-CaCO3)        4克。
得到的复合材料的拉伸强度为176.14MPA，拉伸断裂强度为168.70MPA，弯曲强度为267.10MPA，缺口冲击强度为11.28kJ/m2，无缺口冲击强度为30.13kJ/m2，4.5Mpa压力下热变形温度为146.24℃。
实施例2制备的复合材料(PPS/PC/GF/Nano-CaCO3)，其性能对聚苯硫醚(PPS)、聚苯硫醚/玻璃纤维(PPS/CF)有很大改善，具体如表2所示：
实施例3
将国产平均粒径为40μm的纳米级碳酸钙利用钛酸酯偶联剂经高速混合机进行表面处理10分钟后，再与国产聚苯硫醚粉和中分子量的聚碳酸酯混合5分钟，得到混合物；然后将该混合物送入双螺杆挤出机中，加入国产无捻粗纱长玻璃纤维，控制双螺杆挤出机料筒温度为280℃，螺杆转速为60转/分钟，进行熔融共混、造粒而制得。其中，各组分的重量用量如下：
聚苯硫醚(PPS)                    100，
聚碳酸酯(PC)(重均分子量30000)    30，
玻璃纤维(GF)                     40，
纳米级碳酸钙(Nano-CaCO3)         6。
表1
Figure A20061003379500061
表2
Figure A20061003379500071

Claims (5)

1.一种聚苯硫醚与聚碳酸酯纳米复合材料，其特征在于由聚苯硫醚(PPS)、聚碳酸酯(PC)、玻璃纤维(GF)和纳米级碳酸钙(Nano-CaCO3)制成，其中，各组分的重量份数如下：
聚苯硫醚(PPS)                       100，
聚碳酸酯(PC)                        25～40，
玻璃纤维(GF)                        30～50，
纳米级碳酸钙(Nano-CaCO3)            4～10。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述纳米级碳酸钙(Nano-CaCO3)的平均粒径为40μm。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于所述聚碳酸酯(PC)分子量为28000～34000。
4.一种权利要求1～3之一所述复合材料的制备方法，其特征在于包括：用钛酸酯偶联剂对纳米级碳酸钙粒子(Nano-CaCO3)进行表面处理8～12分钟后，再与聚苯硫醚(PPS)和聚碳酸酯(PC)混合4～6分钟，得到混合物；然后将该混合物送入双螺杆挤出机中，加入玻璃纤维(GF)进行熔融共混、造粒。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于进行熔融共混时，所述双螺杆挤出机的料筒温度为260℃～290℃，螺杆转速为50～80转/分钟。
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