一种连续长玻纤增强pbt复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及玻纤改性增强塑料，具体涉及一种利用连续长玻纤改性增强PBT复合 材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 长玻纤增强热塑性塑料（LGFRT)是近年来得到迅速发展的一类高性能复合材料， 其最突出的优点是，刚度和强度高，耐热性、抗蠕变性、尺寸稳定性优良，使用寿命长。长玻 纤增强塑料粒子与短玻璃纤维增强塑料粒子有显著的不同处。在短玻璃纤维增强塑料中， 由于螺杆的剪切作用受到损伤，一般玻璃纤维长度保留到〇. 2-lmm左右，而在长玻纤增强 塑料中，玻璃纤维长度可以保留到3-6_，是短玻璃纤维增强塑料的10倍之多。
[0003]目前，国内市场上LGFRT的种类主要以长玻纤增强聚丙烯（PP/LGF)和长玻纤增强 尼龙（PA/LGF)为主，其中，PP/LGF占 LGFRT60%的份额，PA/LGF占30%左右，其他如长玻纤 增强聚甲醛（P0M/LGF)、长玻纤增强聚醚醚酮（PEEK/LGF)等约占10%。对其他类热塑性塑料 的开发主要集中在POM、ABS、PC、PEEK、PET等工程材料，但相关文献报道仍然较少。
[0004] 聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT)具有结晶速度快、耐化学药品性、易高速成型、磨擦 磨耗性能优良、电性能、吸湿率低等优点。但是，纯PBT树脂的成型收缩率较大，存在缺口冲 击强度低、高温下刚性差等缺点，限制了其应用范围。市场大部分PBT的终端应用产品都是 短玻璃纤维增强PBT复合材料。随着社会工业的发展，对复合材料的性能要求越来越苛刻， 短纤增强PBT复合材料的应用也受到一定的限制。
[0005] 因此开发长玻纤增强PBT复合材料和解决长玻纤增强PBT复合材料的浸渍效果， 提高成品的刚性等是本领域技术人员需要努力的方向。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种长玻纤增强PBT复合 材料及其制备方法，制备工艺方面，通过加强浸渍效果，增大玻纤在复合材料中的保留长 度；再通过优化制备原料，使PBT底料和长玻纤之间的产生相互作用力以获得较高的内聚 力，使最终制得的复合材料的强度、刚性、耐温性均获得较大提高。
[0007] 本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种连续长玻纤增强PBT复合材料， 由以下质量份的原料制备而成：PBT树脂40~80,长玻纤20~50,流动改性剂1~4,增 韧剂2~6,成核剂1~3,抗氧剂0. 3~0. 6,润滑剂0. 3~1，二异氰酸酯或多元异氰酸酯 0· 1 ~1，POE 0 ~5〇 进一步地，上述连续长玻纤增强PBT复合材料，其制备原料质量份为：PBT树脂43、长玻 纤50、流动改性剂2、增韧剂3、成核剂1、抗氧剂0. 4、润滑剂0. 3、二异氰酸酯或多元异氰酸 酯 0· 3、POE 2. 5。
[0008] 优选地，PBT树脂的特性粘数满足I. 0~I. 2dL/g之间。长玻纤为E型无碱无捻 粗纱，纤维直径小于等于14 μ m，在玻纤纺丝过程中采用氨基硅烷或3-氨丙基三羟基硅烷 以水溶液状涂布于玻纤表面，使玻纤表面带有羟基和氨基。POE的密度为0. 88~0. 9g/cm3， 熔融指数为0.5~15g/10min。流动改性剂为CBT100型环状聚酯树脂。增韧剂为杜邦公 司的PTW树脂或阿科玛公司的AX8900树脂。成核剂为纳米蒙脱土、超细滑石粉（3000目以 上)、苯甲酸钠中的一种或几种的混合物。抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂1098、 抗氧剂1076中的一种或几种的混合物。润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、PETS、硅酮粉、聚乙烯蜡 中的一种或几种的混合物。二异氰酸酯或多元异氰酸酯为TDI、MDI、HDI、IPDI及它们的多 聚体。
[0009] 本发明的另一目的是提供一种制备上述连续长玻纤增强PBT复合材料的方法，生 产步骤如下， (1) 将PBT树脂、流动改性剂、增韧剂、成核剂、抗氧剂、润滑剂及POE组分加入混合机中 使之充分混合均匀； (2) 将上述混合物通过加料口加入到双螺杆挤出机中，挤出温度设定为200~235°C， 设置长玻纤浸渍机头的温度为230~250°C，物料在挤出机中停留时间为3~8min，主机转 速控制在250~350r · min \由同向旋转的双螺杆把PBT熔融底料注入长玻纤浸渍机头的 浸渍腔； (3) 将长玻纤通过70~80°C热风管预热干燥，所述长玻纤在纺丝过程中采用氨基硅烷 或3-氨丙基三羟基硅烷以水溶液状涂布于玻纤表面以使长玻纤表面带有羟基和氨基，长 玻纤以0. 8~3. 5m/min的线速度通过二异氰酸酯或多元异氰酸酯的丙酮溶液，二异氰酸酯 或多元异氰酸酯与丙酮以1 :1~3的体积比混合，再将长玻纤通过30~50°C热风管干燥； (4) 将步骤（3)所得长玻纤送入长玻纤浸渍机头的浸渍腔内：长玻纤穿过两分散对辊 间的夹缝，两分散对辑使长玻纤分散，同时促使浸渍腔内的PBT恪融底料对长玻纤充分浸 渍，浸渍后的长玻纤通过导向辊导向后从长玻纤出口牵出，经外导向辊导出，冷却，切粒，切 粒长度10~20mm，得到长玻纤增强PBT复合材料。
[0010] 本发明具有如下特点：本发明采用长玻纤增强PBT，所得复合材料中玻纤保留长 度远长于传统的以短玻纤增强PBT材料中玻纤的长度，本发明所制得的长玻纤增强PBT复 合材料综合性能(如拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度等)大幅提高。所选择的流动改性剂完 全满足对中高粘度的PBT材料的流动改性，提高了中高粘度PBT的熔融底料的流动性，从而 增强对长玻纤的浸渍效果。所选的增韧剂为反应型增韧剂，增韧剂同时作用于PBT和长玻 纤，使复合材料内部各处性能均一。添加成核剂改善了 PBT的结晶过程，尤其是以苯甲酸钠 作为成核剂的情况，能够防止PBT结晶过快、PBT分子量过大、分子量分布过广，而使获得的 PBT的分子量分布窄，提高复合材料注塑成型的表面光洁度。
[0011] 长玻纤在纺丝过程中采用氨基硅烷或3-氨丙基三羟基硅烷进行改性，使长玻纤 表面带有氨基和羟基，该技术特征的目的主要包含两点：其一是提高长玻纤与PBT底料的 相容性，提高复合效果；其二是与二异氰酸酯或多元异氰酸酯配合，提高复合材料的内聚 力，改善复合材料的刚性，二异氰酸酯或多元异氰酸酯分子结构中的异氰酸酯基能够同时 与玻纤表面的羟基或氨基以及PBT树脂的端羟基和端羧基发生反应促进玻纤在复合材料 中的分散并提高浸渍复合效果，提高PBT和长玻纤之间的结合牢度，匹配性和相容性，特别 地，当以3-氨丙基三羟基硅烷作为长玻纤的表面改性剂时，能够使获得复合材料具有较高 的弯曲模量，氨丙基在长玻纤表面形成富电子短链，作为交联点，最终复合材料整体表现出 优异的柔韧性能，弯曲性能优异。
[0012] 在PBT树脂底料中增加 Ρ0Ε，提高产品的耐老化和耐温性能，POE分子量分布窄，具 有较好的流动性，改善PBT熔融底料的流动性，提高分散性和浸渍效果，另外，添加少量的 POE对材料的冲击强度和断裂伸长率也有一定的提高。
[0013] 通过旋转分散对辊浸渍机头，强制浸渍长玻纤，提高的玻纤的浸渍和分散效果，改 善了复合材料的性能。
[0014] 与现有技术相比，本发明所制得的长玻纤增强PBT复合材料具有优异的力学性 能，耐温性好，相应的制备方法简单，生产成本无明显提高，经济效益显著，值得推广应用。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明实施例中浸渍机头的结构示意图； 图2为图1所示结构的俯视图。
【具体实施方式】
[0016] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0017] 本实施例的长玻纤增强PBT复合材料的制备方法，包含以下步骤：（1)将PBT树 月旨、流动改性剂、增韧剂、成核剂、抗氧剂、润滑剂及POE组分加入混合机中使之充分混合均 匀； (2) 将上述混合物通过加料口加入到双螺杆挤出机中，挤出温度设定为200~235°C， 设置长玻纤浸渍机头的温度为230~250°C，物料在挤出机中停留时间为3~8min，主机转 速控制在250~350r · min \由同向旋转的双螺杆把PBT熔融底料注入长玻纤浸渍机头的 浸渍腔； (3) 将长玻纤通过70~80°C热风管预热干燥，所述长玻纤在纺丝过程中采用氨基硅烷 或3-氨丙基三羟基硅烷以水溶液状涂布于玻纤表面以使长玻纤表面带有羟基和氨基，长 玻纤以0. 8~3. 5m/min的线速度通过二异氰酸酯或多元异氰酸酯的丙酮溶液，二异氰酸酯 或多元异氰酸酯与丙酮以1 :1~3的体积比混合，再将长玻纤通过30~50°C热风管干燥； (4) 将步骤（3)所得长玻纤送入长玻纤浸渍机头的浸渍腔内：长玻纤穿过两分散对辊 间的夹缝，两分散对辑使长玻纤分散，同时促使浸渍腔内的PBT恪融底料对长玻纤充分浸 渍，浸渍后的长玻纤通过导向辊导向后从长玻纤出口牵出，经外导向辊导出，冷却，切粒，切 粒长度10~20mm，得到长玻纤增强PBT复合材料。
[0018] 上述长玻纤浸渍机头结构如图1和图2所示，包括机筒1，机筒1内部成型为浸渍 腔，浸渍腔内设置有平行螺杆4,平行螺杆4的前端分别套设有随螺杆4 一起旋转的分散辊 5,机筒1上侧对应分散辊5开设有玻纤入口 2,机筒1前侧对