本发明涉及高分子材料领域，尤其是一种耐磨、高强度pctg复合材料及其制备方法。
背景技术：
随着科学与技术的发展，通用塑料在某些领域已满足不了社会发展的需求。近年来，工程塑料得到了广泛的应用，pctg也得到了高度的关注，pctg具有优良的热稳定性、高韧性、耐腐蚀性和电性能，同时还具有良好的力学性能和尺寸稳定性，被广泛应用于电子电气、机械制造、汽车制造、化工仪器仪表和航天工业等领域。
但是pctg也有一些缺点，比如：共聚的pctg强度低，耐磨性能差；无定形部分的tg较低，使用温度长期超过90℃时易产生蠕变，成本较高等。这些确定限制了pctg的应用范围。
技术实现要素：
本发明的第一个目的在于提供具有优异的低温冲击性能、高强度、高模量、热稳定性、易加工成型的pctg复合材料。
本发明的第二个目的在于提供上述pctg复合材料的制备方法。
为了实现第一个目的，本发明提供的前一技术方案是这样的：一种耐磨、高强度pctg复合材料，包括以下重量份组分：pctg树脂30～75份、玻璃纤维15～50份、碳纤维5～15份、聚四氟乙烯粉0～15份、超高分子量聚乙烯0～10份、二硫化钼2～10份；以及适量的加工助剂；
所述的碳纤维负载有二氧化硅微球，所述的玻璃纤维经过硅烷改性。
碳纤维负载有二氧化硅微球的制备方法已为本领域常用的技术手段，如cn201410809082.4所公开的一种纳米二氧化硅表面改性碳纤维的方法；硅烷改性玻璃纤维的制备方法可以参考cn201510872072.x玻璃纤维改性方法及其应用。
在上述的耐磨、高强度pctg复合材料中，还包括聚四氟乙烯粉0～15份、二硫化钼2～10份、偶联剂0.2～1.5份、抗氧剂0.2～1份、光稳剂0.1～0.5份；羟基硅油5-10份；增韧剂3-20份；加工助剂0.2～2份；
其中，所述聚四氟乙烯粉分子量小于1万，粒径在0.5～15μm；超高分子量聚乙烯分子量大于150万；二硫化钼为1250目。
在上述的耐磨、高强度pctg复合材料中，所述的羟基硅油粘度为30～50mpa/s，羟基摩尔含量为5～10％。
在上述的耐磨、高强度pctg复合材料中，所述的增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、三元异丙橡胶接枝马来酸酐、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯乙烯-氢化聚丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或几种混合物。
在上述的耐磨、高强度pctg复合材料中，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂或锆酸酯偶联剂；所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种混合物；钛酸酯偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基二油酸酯氧基(二辛基磷酸酰氧基钛酸酯)、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯中的一种或几种混合物；锆酸酯偶联剂为正丙醇锆；铝酸酯偶联剂为铝酸三异丙酯。
在上述的耐磨、高强度pctg复合材料中，所述抗氧剂为酚类、胺类、亚磷酸酯类、硫代酯类、金属钝化剂中的一种或几种混合物；
所述的酚类抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的一种或两种；胺类抗氧剂为辛基化二苯胺和n,n’-二异辛基对苯二胺中的一种或两种；亚磷酸酯类抗氧剂为三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；硫代酯类抗氧剂为硫代二丙酸双十八醇酯和硫代二丙酸双十二醇酯中的一种或两种；金属钝化剂为n,n'-二亚水杨基丙二胺。
在上述的耐磨、高强度pctg复合材料中，所述所述加工助剂硅酮粉、硬脂酸钙、硬脂酸锌、二甲基硅油、n,n’－乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种混合物；所述光稳剂为二甲酮类、和受阻胺类中的一种或两种混合物；所述二甲酮类光稳剂为2-[4-[2-羟基-3-十三烷氧基丙基]氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪和2-[4-[2-羟基-3-十二烷氧基丙基]氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪混合物；受阻胺类光稳剂为聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯。
此外，本发明还公开了一种如上所述的耐磨、高强度pctg复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照比例称取各原料组分；
步骤2：将pctg树脂在105℃下干燥5小时；
步骤3：将除玻璃纤维和碳纤维外其他组分混合均匀，置于双螺杆挤出机中，在挤出机下游加入玻璃纤维和碳纤维，通过熔融、混炼、挤出、冷却、干燥、切粒得到产品；所述步骤3中熔融的温度为223～237℃。
与现有技术相比，本发明的pctg复合材料通过采用上述原料，各原料之间相互配合作用，协同反应，其低温冲击性能、高强度、高模量、热稳定性、易加工成型均得到了有效的提升。
其中，将碳纤维负载二氧化硅微球以及玻璃纤维经过硅烷改性和pctg树脂相互配合，从而增强了复合材料的耐磨性。
本发明采用非晶性的共聚聚酯pctg作为复合材料的基体树脂，降低了聚酯复合材料成型时流动和垂直流动方向上的收缩差异，能有效的降低制品翘曲程度的90％以上，并保持了玻璃纤维增强聚酯复合材料优良的力学性能，同时原材料种类较少，便于选材和实际生产操作，本发明在成型复杂、薄壁制品领域具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在不做特殊说明的情况下，下述组分均为重量份。
实施例1
一种耐磨、高强度pctg复合材料，其材料组成如下所示：
pctg树脂50份、玻璃纤维30份、碳纤维10份、二硫化钼8份；聚四氟乙烯粉10份、二硫化钼7份、3-氨丙基三乙氧基硅烷1份、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.5份、2-[4-[2-羟基-3-十三烷氧基丙基]氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪0.2份；三元异丙橡胶接枝马来酸酐5份；硅酮粉0.5份；硬脂酸锌0.5份。
其中，二硫化钼为1250目；聚四氟乙烯粉分子量小于1万，粒径在0.5～15μm；
pctg复合材料的制备方法为：
步骤1：按照比例称取各原料组分；
步骤2：将pctg树脂在105℃下干燥5小时；
步骤3：将除玻璃纤维和碳纤维外其他组分混合均匀，置于双螺杆挤出机中，在挤出机下游加入玻璃纤维和碳纤维，通过熔融、混炼、挤出、冷却、干燥、切粒得到产品；所述步骤3中熔融的温度为223～237℃。
实施例2
一种耐磨、高强度pctg复合材料，其材料组成如下所示：
pctg树脂30份、玻璃纤维50份、碳纤维15份、聚四氟乙烯粉10份；二硫化钼8份；超高分子量聚乙烯8份；异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯1.2份、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.8份、三元异丙橡胶接枝马来酸酐15份；丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯0.2份；硅酮粉0.5份；硬脂酸锌0.5份。
其中，二硫化钼为1250目；聚四氟乙烯粉分子量小于1万，粒径在0.5～15μm；超高分子量聚乙烯分子量大于150万；
pctg复合材料的制备方法同实施例1。
实施例3
一种耐磨、高强度pctg复合材料，其材料组成如下所示：
pctg树脂70份、玻璃纤维20份、碳纤维10份、聚四氟乙烯粉5份；二硫化钼10份；超高分子量聚乙烯10份；异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯1.2份、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.8份、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物10份、聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯0.2份；硅酮粉0.5份；硬脂酸锌0.5份。
其中，二硫化钼为1250目；聚四氟乙烯粉分子量小于1万，粒径在0.5～15μm；超高分子量聚乙烯分子量大于150万；
pctg复合材料的制备方法同实施例1。
实施例4
一种耐磨、高强度pctg复合材料，其材料组成如下所示：
pctg树脂45份、玻璃纤维15份、碳纤维13份、聚四氟乙烯粉8份；二硫化钼3份；超高分子量聚乙烯8份；铝酸三异丙酯0.4份、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.8份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物20份、2-[4-[2-羟基-3-十三烷氧基丙基]氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪0.3份；n,n’－乙撑双硬脂酰胺0.5份。
其中，二硫化钼为1250目；聚四氟乙烯粉分子量小于1万，粒径在0.5～15μm；超高分子量聚乙烯分子量大于150万；
pctg复合材料的制备方法同实施例1。
实施例5
一种耐磨、高强度pctg复合材料，其材料组成如下所示：
pctg树脂45份、玻璃纤维15份、碳纤维13份、二硫化钼3份；超高分子量聚乙烯8份；铝酸三异丙酯0.4份、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.8份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物20份、2-[4-[2-羟基-3-十三烷氧基丙基]氧基]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪0.3份；n,n’－乙撑双硬脂酰胺0.5份。
其中，二硫化钼为1250目；粒径在0.5～15μm；超高分子量聚乙烯分子量大于150万；
pctg复合材料的制备方法同实施例1。
对比例1
与实施例4大体相同，不同的地方在于，碳纤维没有负载二氧化硅，玻璃纤维没有经过硅烷改性。
对比例2
与实施例4大体相同，不同的地方在于，不含碳纤维，经过硅烷改性的玻璃纤维为28份。
对比例3
与实施例4大体相同，不同的地方在于，不含玻璃纤维，负载二氧化硅的碳纤维为28份。
将实施例1-5以及对比例1-3制得的pctg复合材料进行以下性能测试：
低温落球测试：将试片在-30℃条件下调节4h后，进行低温落球测试，试样规格为厚2.5mm，宽度100mm，长度100mm，记录试样片开裂的高度。
耐热性能测试；耐热性能按照iso-75，样品平放，载荷为1.82mpa。
砂浆磨耗测试：参考sht1818-2017塑料超高分子量聚乙烯砂浆磨耗试验方法。
结果详见表1：
表1各复合材料的性能测试结果
从实施例1-5和对比例1-3测试结果可看出：负载有二氧化硅微球的碳纤维、经过硅烷改性的玻璃纤维与pctg树脂配合，能够有效的提高树脂的强度和耐磨性能。