聚酯复合材料及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种聚酯复合材料及其制备方法和应用。所述聚酯复合材料包括如下重量百分比计算的组分：聚酯12～49%；增韧剂1～8%；金属粉50～80%；玻璃纤维0～10%；加工助剂0～3%；所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯，所述聚酯的特性粘度在25℃，浓硫酸条件下为0.3～0.5dl/g；所述金属粉的表面经过偶联剂处理。本发明通过对配方及各组分含量的合理筛选，得到一种具有较高的机械强度、较高韧性，以及具有很好的表面性能的聚酯复合材料；本发明所公开的配方在玻璃纤维添加量少的情况下，可以达到高的缺口冲击强度。
【专利说明】聚酯复合材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及高分子领域，特别涉及一种聚酯复合材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]塑料相比于金属具有成型性好、加工方便、价格低廉，因此塑胶替代金属成为制造业发展的趋势。虽然很多场合下塑料代替金属的一个主要优势在于其密度低，比重较同等体积金属轻，然而也存在一些情况下以塑料代替金属的同时希望塑料具有较高的密度，使之取代过程中给用户直观体验不发生太大的变化。现有技术主要是通过添加高含量钨粉、钥粉等稀有金属粉末来提高塑胶材料的密度。尽管添加高比重金属粉能够有效提高材料的密度，然而诸如钨粉、钥粉、铜粉等价格昂贵，仅限于军事用途，同时金属粉填充塑料的机械强度和韧性普遍偏低，并且金属粉填充塑料的表面性能也受到影响，导致其应用受到限制。
【发明内容】
[0003]本发明的发明目的，是为了克服现有技术的聚酯复合物机械强度、韧性及表面性能方面的不足，提供一种聚酯复合材料。
[0004]本发明的另一目的在于提供所述聚酯复合材料的制备方法。
[0005]本发明的另一目的在于提供由所述聚酯复合材料的应用。
[0006]本发明上述目的通过如下技术方案予以实现:
[0007]—种聚酯复合材料，所述聚酯复合材料包括如下按重量百分比计算的组分:
[0008]`
聚酯12~49%;
增韧剂I~8%;
金属粉50~80%;
玻璃纤维 0~10%;
加工助剂 0-3%;
[0009]其中，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT ；
[0010]所述聚酯的特性粘度按GB/T14190-2008标准测试为0.3~0.5dl/g ；
[0011 ] 所述金属粉的表面经过偶联剂处理。
[0012]一种聚酯复合材料，所述聚酯复合材料由如下重量百分比计算的组分组成:
聚酯12~49%;
[0013]增韧剂I~8%; 玻璃纤维 0~10%;
金属粉50~80%;加工助剂 0~3%;
[0014]其中，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT ；
[0015]所述聚酯的特性粘度按GB/T14190-2008标准测试为0.3~0.5dl/g ；[0016]所述金属粉的表面经过偶联剂处理。
[0017]发明人通过反复实验发现，在采用上述配方范围后，所得聚酯复合材料才能同时具有较高的机械强度(拉伸强度及弯曲强度)和韧性，以及具有很好的表面光滑度。当选择在该范围以外的比例，则不能同时满足上述机械性能、韧性、表面性能同时达到较佳值。
[0018]在上述配方范围中，所述聚酯复合材料更优选包括如下重量百分比计算的组分:
[0019]
聚酯15~40%;
增韧剂I~8%;
金属粉50~80%;
玻璃纤维 0~10%;
加工助剂 0~3%;
[0020]其中，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT ；
[0021]所述聚酯的特性粘度按GB/T14190-2008标准测试为0.3~0.5dl/g ；
[0022]所述金属粉的表面经过偶联剂处理。
[0023]在上述配方范围中，所述聚酯复合材料更优选包括如下重量百分比计算的组分:
[0024]
`聚酯20~30%;
增韧剂1~7%;
金属粉50~79%;
玻璃纤维 0~10%;
加工助剂 0~3%;
[0025]其中，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT ；
[0026]所述聚酯的特性粘度按GB/T14190-2008标准测试为0.3~0.5dl/g ；
[0027]所述金属粉的表面经过偶联剂处理。
[0028]在上述配方范围中，所述聚酯复合材料优选包括如下重量百分比计算的组分:
[0029]
聚酯12~48%;
增韧剂I~8%;
金属粉50~80%;
玻璃纤维 1~10%;
[0030]
加工助剂 0~3%;
[0031]其中，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT ；
[0032]所述聚酯的特性粘度按GB/T14190-2008标准测试为0.3~0.5dl/g ；
[0033]所述金属粉的表面经过偶联剂处理。[0034]在上述配方范围中，所述聚酯复合材料更优选包括如下重量百分比计算的组分:
[0035]
聚酯15~40%;
增韧剂I~8%;
金属粉50~80%;
玻璃纤维 I~10%;
加工助剂 0~3%;
[0036]其中，所述聚酯为聚 对苯二甲酸乙二醇酯PET和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT ；
[0037]所述聚酯的特性粘度按GB/T14190-2008标准测试为0.3~0.5dl/g ；
[0038]所述金属粉的表面经过偶联剂处理。
[0039]在上述配方范围中，所述聚酯复合材料更优选包括如下重量百分比计算的组分:
[0040]
聚酯20~30%;
增韧剂I~7%;
金属粉50~79%;
玻璃纤维卜10%;
加工助剂 0~3%;
[0041]其中，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT ；
[0042]所述聚酯的特性粘度按GB/T14190-2008标准测试为0.3~0.5dl/g ；
[0043]所述金属粉的表面经过偶联剂处理。
[0044]其中，所述聚酯复合材料中，玻璃纤维含量优选为3~10% ;此时可以适当减少金属粉的比例，使其满足重量百分比为100%。
[0045]其中，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯；所述聚酯的特性粘度按GB/T14190-2008标准测试为0.3~0.5dl/g。
[0046]其中，增韧剂是本领域常用的增韧剂，进一步地，所述增韧剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物EBA、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物EMA、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的三元共聚物PTW中的一种或几种的混合物。
[0047]其中，所述金属粉的密度在6g/cm3以上；所述金属粉为类圆形，其直径小于等于5 u m0
[0048]其中，所述金属粉可以为铜粉、铁粉、锌粉、磷铁粉。
[0049]金属粉的密度过低时，要得到高密度的聚酯复合物，势必需要添加较大量的金属粉末，过量的金属粉末的加入，会对复合物的机械性能及表面性能有负面影响。
[0050]其中，偶联剂可以改善金属粉与聚酯的相容性，所述偶联剂优选为Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷KH560。
[0051]本发明通过选用金属粉末，同时通过对金属粉末进行表面处理及在填料体系中引入玻璃纤维，不仅改善了高密度塑胶材料的性能，同时使其具有优异的表面，具有广阔的市场前景。
[0052]其中，所述玻璃纤维为直径在11~14 ii m的短切纤维。
[0053]其中，所述加工助剂包括抗氧剂、润滑剂和/或颜料。
[0054]所述抗氧剂可选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或二者的组合物，如受阻酹类抗氧剂Ingranoxl098,亚磷酸酯类抗氧剂P-EPQ。所述的抗氧剂也可以可选自N，N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(抗氧剂1098)、四[(6-(3, 5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、三[2，4- 二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)、二缩三乙二醇双[(6-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯](抗氧剂245)、1，3，5-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸(抗氧剂3114)、
I,3，5-三甲基-2，4，6-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯(抗氧剂1330)、1，3，5-三(4-叔丁基-3-羟基-2，6- 二甲基苄基)-1, 3，5-三嗪-2，4，6- (1H，3H, 5H)-三酮(抗氧剂 1790)、1,3, 5-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸(抗氧剂3114)。
[0055]润滑剂可选自氧化聚乙烯蜡、乙烯醋酸乙烯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物、褐煤蜡、聚酯蜡、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或多种的组合。
[0056]颜料可以是本领域常用的任选颜料。
[0057]所述聚酯复合材料的制备方法，包括如下步骤:
[0058](I)将聚酯于120°C真空干燥4小时；
[0059](2)按比例称取干燥好的聚酯、增韧剂、金属粉、加工助剂，并放入到搅拌器中混合3 ~5min ；
[0060](3)将步骤(2)中混合好的原料加入到双螺杆挤出机，进行加工，在双螺杆挤出机的第三区加入玻璃纤维，加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度120~210°C，二区温度240~280°C，三区温度240~280°C，四区温度220~280°C，五区温度240~280°C，六区温度240~280°C，机头温度240~280°C，压力为12~18Mpa。
[0061]所述聚酯复合材料在制备成形品中的应用。这里所说的成形品，可以是模制件。
[0062]一种由所述聚酯复合材料制备得到的模制件。
[0063]根据不同的需要，该模制件可以制作为玩具部件、管件、支撑架等以塑代金属产品。
[0064]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0065]本发明通过对配方及各组分含量的合理筛选，得到一种具有较高的机械强度(拉伸强度及弯曲强度)和韧性，以及具有很好的表面性能的聚酯复合材料；所述聚酯复合材料的拉伸强度可以在40MPa以上，弯曲强度在60MPa以上，缺口冲击强度在4kJ/m2以上，密度在2.2g/cm3以上，表面光滑度至少能达到3级，普遍在I或2级；并且本发明所公开的配方在玻璃纤维添加量少的情况下，可以达到高的缺口冲击强度。
【具体实施方式】
[0066]下面结合一些【具体实施方式】对本发明聚酯复合材料及其制备方法做进一步描述。具体实施例为进一步详细说明本发明，非限定本发明的保护范围。
[0067]本发明的实施例采用以下原料:
[0068]聚对苯二甲酸乙二醇酯-1 (PET-1)，按GB/T14190-2008标准测试下特性粘度为0.3dl/g ；
[0069]聚对苯二甲酸乙二醇酯-2 (PET-2)，按GB/T14190-2008标准测试下特性粘度为0.4dl/g ；
[0070] 聚对苯二甲酸乙二醇酯-3 (PET-3)，按GB/T14190-2008标准测试下特性粘度为0.5dl/g ；
[0071]聚对苯二甲酸乙二醇酯-4 (PET-4)，按GB/T14190-2008标准测试下特性粘度为0.2dl/g ；
[0072]聚对苯二甲酸乙二醇酯-5 (PET-5)，按GB/T14190-2008标准测试下特性粘度为0.6dl/g ；
[0073]聚对苯二甲酸丁二醇酯-1 (PBT-1)，按GB/T14190-2008标准测试下特性粘度为0.3dl/g ；
[0074]聚对苯二甲酸丁二醇酯-2 (PBT-2),按GB/T14190-2008标准测试下特性粘度为
0.4dl/g ；
[0075]聚对苯二甲酸丁二醇酯-3 (PBT-3),按GB/T14190-2008标准测试下特性粘度为
0.5dl/g ；
[0076]聚对苯二甲酸丁二醇酯-4 (PBT-4),按GB/T14190-2008标准测试下特性粘度为
0.2dl/g ；
[0077]聚对苯二甲酸丁二醇酯-5 (PBT-5),按GB/T14190-2008标准测试下特性粘度为
0.6dl/g ；
[0078]EVA,乙烯-醋酸乙烯共聚物，杜邦公司；
[0079]EBA,乙烯-丙烯酸丁酯共聚物，杜邦公司；
[0080]EMA,乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，杜邦公司；
[0081]PTff,乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物，杜邦公司；
[0082]铁粉，类圆形，直径3 ii m ;密度7.lg/cm3 ；
[0083]超细锌粉，类圆形，直径200nm ;密度7.2g/cm3 ；
[0084]超细磷铁粉，类圆形，直径200nm ;密度6.8g/cm3 ；
[0085]铜粉，类圆形，直径2 ii m ;密度9.7g/cm3 ；
[0086]玻璃纤维-1，直径为11 U m的短切玻璃纤维；
[0087]玻璃纤维-2，直径为14 ii m的短切玻璃纤维；
[0088]抗氧剂:IngranoxlO98；
[0089]润滑剂:季戊四醇硬脂酸酯；
[0090]黑色颜料:UN2014；
[0091]实施例中，所用金属粉为上述金属粉经过硅烷偶联剂KH560进行表面处理的金属粉。
[0092]材料性能测试方法:
[0093](I)拉伸强度:GB/T1040标准进行检验。拉伸速度为10mm/min ；
[0094](2)弯曲强度、弯曲模量及挠度按GB/T9341标准进行检验，弯曲速度为2mm/min ；
[0095](3)缺口冲击强度按GB/T2571标准进行检验。缺口类型为A类，小试样；
[0096](4)无缺口冲击强度按GB/T2571标准进行检验。样条为小试样；[0097](5)密度测试按GB/T1033进行检验。
[0098](6)表面光滑度测试如下:分别注塑三块IOOmmX IOOmmX 3mm的方板，肉眼观测可见的凹凸点，并记录其个数，按三块方板凹凸点之和多少对材料的表面光滑度进行评级，评级如下:
[0099]I级-表面光滑如镜面、凹凸点小于5个；
[0100]2级-表面光滑如镜面、凹凸点为6~10个；
[0101]3级-表面光滑、凹凸点为11~20个；
[0102]4级-表面光滑、凹凸点为21~30个；
[0103]5级-表面一般、凹凸点为31~40个；
[0104]6级-表面一般、凹凸点为41~50个；
[0105]7级-表面粗糙、凹凸点为60~80个；
[0106]8级-表面极其粗糙、凹凸点大于80个；
[0107]实施例中，所用的聚酯均经过在120°C下进行真空干燥4小时的处理。
[0108]以下以具体实施例的方式加以说明，所述原料除非特别说明，均为重量份。
[0109]在本发明中助剂对产品的性能影响不大，对于其它常见的助剂不一一举例。
`[0110]实施例1~6
[0111]通过如下制备方法，制备实施例1的聚酯复合材料:
[0112]称取干燥好的PET-112份、增韧剂EVA8份、超细锌粉80份、玻璃纤维0份，并放入到搅拌器中混合3min ;将步骤混合好的原料加入到双螺杆挤出机，进行加工，加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度120~210°C，二区温度240~280°C，三区温度240~280°C，四区温度220~280°C，五区温度240~280°C，六区温度240~280°C，机头温度240~280°C，压力为 12 ~18Mpa。
[0113]参照表1记载的份量，按照实施例1的制备方法，制备实施例2~6的聚酯复合材料。
[0114]表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
~PET-1124915
jsM 曰PET-28
PET-330725
EVA8---4-
增軔剂 EMA-31---
[0115]PTW---1-2
超细锌粉 80-69---
超细磷铁粉67----
金属粉_______
铜粉----8057
---50--
玻璃纤维玻璃纤维-1II[0116]对比例I~6
[0117]参照表2记载的份量，及实施例1的制备方法，制备得到对比例I~6的聚酯复合材料。
[0118]表2
【权利要求】
1.一种聚酯复合材料，其特征在于，所述聚酯复合材料包括如下重量百分比计算的组分:聚酯12~49%;增韧剂1~8%;金属粉50~80%;玻璃纤维0~10%;加工助剂0~3%; 其中，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT ； 所述聚酯的特性粘度按GB/T14190-2008标准测试为0.3~0.5dl/g ； 所述金属粉的表面经过偶联剂处理。
2.一种聚酯复合材料，其特征在于，所述聚酯复合材料由如下重量百分比计算的组分组成:聚酯12~49%;增韧剂I~8%;金属粉50~80%;玻璃纤维 0~10%;加工助剂 0~3%; 其中，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT ； 所述聚酯的特性粘度按GB/T14190-2008标准测试为0.3~0.5dl/g ； 所述金属粉的表面经过偶联剂处理。
3.一种聚酯复合材料，其特征在于，所述聚酯复合材料由如下重量百分比计算的组分组成:聚酯12~48%;增韧剂I~8%;金属粉50~80%;玻璃纤维 1~10%;加工助剂 0~3%; 其中，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT ； 所述聚酯的特性粘度按GB/T14190-2008标准测试为0.3~0.5dl/g ； 所述金属粉的表面经过偶联剂处理。
4.如权利要求1、2或3中任意一项权利要求所述聚酯复合材料，其特征在于，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯；所述聚酯的特性粘度按GB/T14190-2008 标准测试为 0.3 ~0.5dl/g。
5.如权利要求1、2或3中任意一项权利要求所述聚酯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物EBA、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物EMA、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的三元共聚物PTW中的一种或几种的混合物。
6.如权利要求1、2或3中任意一项权利要求所述聚酯复合材料，其特征在于，所述金属粉的密度在6g/cm3以上；所述金属粉为类圆形，其直径小于等于5 ym。
7.如权利要求1、2或3中任意一项权利要求所述聚酯复合材料，其特征在于，所述偶联剂为Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷KH560。
8.如权利要求1、2或3中任意一项权利要求所述聚酯复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为直径在11~14μ m的短切纤维。
9.权利要求1~8中任意一项权利要求所述聚酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将聚酯于120°C真空干燥4小时； (2)按比例称取干燥好的聚酯、增韧剂、金属粉，并放入到搅拌器中混合3~5min； (3)将步骤(2)中混合好的原料加入到双螺杆挤出机，进行加工，在双螺杆挤出机的第三区加入玻璃纤维，加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度120~210°C，二区温度240~280°C，三区温度240~280°C，四区温度220~280°C，五区温度240~280°C，六区温度240~280°C，机头温度240~280°C，压力为12~18Mpa。
10.权利要求1~8中任意一项权利要求所述聚酯复合材料在制备成形品中的应用。
【文档编号】C08K13/06GK103483780SQ201310365855
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】谭麟, 梁惠强, 金雪峰, 孙东海, 孙雅杰, 吉继亮, 殷年伟 申请人:金发科技股份有限公司