聚苯硫醚复合材料及其制备方法和注塑制件与流程

[0001]
本发明涉及高分子复合材料领域，特别是涉及一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法和注塑制件。


背景技术：

[0002]
聚苯硫醚(pps)是一种高性能热塑性聚合物，主要应用于制成特种工程塑料和精密部件，已经广泛应用于电子电气领域、汽车工业以及机械行业等多个领域。聚苯硫醚由于苯环和硫原子交替排列形成的刚性分子链，具有良好的阻燃性、绝缘性和耐化学腐蚀性，但是也具有延展性低、韧性差等缺点。非增强pps力学强度和耐热性不能满足大多数应用要求。
[0003]
有研究涉及由聚苯硫醚、玻璃纤维、飞边抑制剂、成核剂、加工助剂组成的聚苯硫醚复合材料。该聚苯硫醚复合材料结晶温度显著提高，降低了飞边长度，但是力学性能如拉伸强度没有较大提高，耐热性能也没有明确改善，难以满足实际应用中对聚苯硫醚复合材料更高的力学性能和耐热性能需求。
[0004]
另有研究通过碳纤维(cf)/聚四氟乙烯/聚乙烯复配实现聚苯硫醚良好的耐磨性能以及韧性。通过添加pp提高pps的流动性能，改善材料的加工性能，同时还使制得的材料具备优异的耐磨性能。虽然pp一定程度上提高了cf在pps基材中的分散能力，有效抑制pps结晶，进一步提高聚合物熔体的流动性，但与此同时也会对材料的强度和耐热性也会有一定影响。


技术实现要素：

[0005]
基于此，为了满足实际生产中对聚苯硫醚复合材料更高的力学性能和耐热性能需求，有必要提供一种力学性能和耐热性能良好的聚苯硫醚复合材料。
[0006]
具体技术方案如下：
[0007]
一种聚苯硫醚复合材料，以重量百分比计，包括如下原料组分：
[0008][0009]
在其中一个实施例中，一种聚苯硫醚复合材料，以重量百分比计，包括如下原料组分：
[0010][0011]
在其中一个实施例中，所述聚苯硫醚树脂在316℃，5kg下的熔体流动速率为200g～600g/10min。
[0012]
在其中一个实施例中，所述碳纤维为聚丙烯腈基短切碳纤维。
[0013]
在其中一个实施例中，所述碳纤维直径为5μm～15μm，长度为3mm～7mm。
[0014]
在其中一个实施例中，所述相容剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物。
[0015]
在其中一个实施例中，所述偶联剂选自γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙基硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
[0016]
在其中一个实施例中，所述润滑剂选自硅酮和季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
[0017]
在其中一个实施例中，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂和含磷抗氧剂中的至少一种。
[0018]
本发明还提供如上所述聚苯硫醚复合材料的制备方法，包括以下步骤：混合聚苯硫醚、热致性液晶聚芳酯、相容剂、偶联剂、抗氧剂、润滑剂和碳纤维，熔融挤出。本发明还提
供一种注塑制件，其含有如上所述聚苯硫醚复合材料。
[0019]
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
[0020]
本发明通过热致性液晶聚芳酯(tlcp)与碳纤维(cf)协同增强聚苯硫醚树脂，tlcp由于其特殊结构可以在拉伸流动场条件下高度取向并形成微纤结构，熔点略高于pps，起到自增强和提高结晶的作用；碳纤维具有比重轻、模量高、导热性能好的优点，尤其是在高温条件下，碳纤维可以增强材料导热性能，有利于其在高温条件下应用，二者协同使用显著提高了聚苯硫醚的耐热性和力学性能。
具体实施方式
[0021]
本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
[0022]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0023]
本发明提供了一种聚苯硫醚复合材料，以重量百分比计，包括如下原料组分：
[0024][0025]
优选地，一种聚苯硫醚复合材料，以重量百分比计，包括如下原料组分：
[0026][0027][0028]
热致性液晶聚芳酯可以原位成纤，微纤可以诱导聚苯硫醚树脂结晶，在复合材料中作为成核剂可以提高聚苯硫醚树脂的结晶度，提高复合材料力学性能。
[0029]
在一个具体示例中，聚苯硫醚树脂在316℃，5kg下的熔体流动速率为200g～600g/10min。
[0030]
在一个具体示例中，相容剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物。
[0031]
由于乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物中含有较多的环氧基可以与pps和tlcp反应，模糊了pps、tlcp和cf复合材料的界面幷使应力有效传递和分散，增强了复合材料的整体性能。
[0032]
在一个具体示例中，碳纤维为聚丙烯腈基短切碳纤维，碳纤维的直径为5μm～15μm，长度为3mm～7mm。
[0033]
碳纤维虽然具有较高的比模量，较高的导热性但是由于表面光滑、化学惰性大、表面能低，难以与pps产生有效的界面结合，以聚丙烯腈对其进行表面处理后可以改善碳纤维与pps基体间的化学键合作用以及碳纤维与聚苯硫醚树脂间的浸润性，进而提高复合材料的界面黏结性能，利于对聚苯硫醚树脂复合材料整体性能的提高。
[0034]
在一个具体示例中，偶联剂选自γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(kh-560)、γ-巯丙基三乙基硅烷(kh-580)和3-巯丙基三甲氧基硅烷(kh-590)中的至少一种。
[0035]
在一个具体示例中，润滑剂选自硅酮和季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
[0036]
在一个具体示例中，抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂和含磷抗氧剂中的至少一种。
[0037]
本发明提供了一种聚苯硫醚复合材料的制备方法，其具体步骤如下：
[0038]
混合聚苯硫醚、热致性液晶聚芳酯、相容剂、偶联剂、抗氧剂、润滑剂和碳纤维，熔融挤出。
[0039]
在一个具体示例中，将聚苯硫醚、热致性液晶聚芳酯、相容剂、偶联剂、抗氧剂、润滑剂和碳纤维搅拌均匀，经熔融挤出、冷却、切粒、干燥，即得聚苯硫醚复合材料。
[0040]
在一个具体示例中，将pps、tlcp、相容剂、偶联剂、抗氧剂和润滑剂搅拌均匀，加入双螺杆挤出机主加料口，碳纤维通过侧喂料装置加入，进行加工，加工温度为250℃～300℃，挤出后冷却、干燥、切粒即得聚苯硫醚复合材料。
[0041]
具体地，加工温度各温区设置如下：一区温度260℃～280℃，二区温度280℃～295
℃，三区温度280℃～295℃，四区温度280℃～295℃，五区温度280℃～295℃，六区温度270℃～285℃，七区温度270℃～285℃，八区温度270℃～285℃，九区温度280℃～295℃。
[0042]
在一个具体示例中，挤出机主机转速240转～400转/分钟，产量100kg/h。
[0043]
经过上述加入碳纤维和热致性液晶聚芳酯协同作用增加聚苯硫醚树脂结晶性能，结合相容剂、偶联剂、抗氧剂和润滑剂进一步提高复合材料各组分间的界面黏结性和相容性，最终获得一种具有良好的力学性能和耐热性的聚苯硫醚材料。
[0044]
以下提供具体的实施例对本发明的聚苯硫醚复合材料及其制备方法作进一步详细地说明。
[0045]
以下所使用的聚苯硫醚在316℃，5kg下的熔体流动速率为200g～600g/10min，由珠海长先公司生产，牌号为cxp-400；聚丙烯腈基短切碳纤维由德国sgl carbon公司生产，牌号为sigrafil c30s003put；多壁碳纳米管由深圳纳米港有限公司生产；tlcp由日本宝理公司生产，牌号为vectra a950；相容剂1乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物由阿科玛公司生产，牌号为ax8900，相容剂2氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物接枝马来酸酐(sebs-g-mah)为科腾公司生产，牌号为fg1901；偶联剂为由晨光公司生产的kh-580；润滑剂为美国lonza公司生产的pets；抗氧剂为1010和s9228按1:1混合，其中抗氧剂1010由美国dover公司生产，牌号为irganox1010，化学名称四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，抗氧剂s9228由美国dover公司生产，牌号为doverpho s-9228，化学名称为双(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯。
[0046]
实施例1
[0047]
本实施例提供一种聚苯硫醚复合材料，以重量百分比计，包括如下原料组分：
[0048][0049]
上述聚苯硫醚复合材料的制备方法如下：
[0050]
将聚苯硫醚、tlcp、相容剂、偶联剂、润滑剂、抗氧剂在高速混合机中搅拌3分钟后加入双螺杆挤出机，碳纤维通过侧喂料装置加入，双螺杆挤出机加工工艺如下：一区温度280℃，二区温度285℃，三区温度290℃，四区温度290℃，五区温度290℃，六区温度280℃，七区温度275℃，八区温度275℃，九区温度285℃，主机转速300转/分钟，产量100kg/h。挤出后冷却、干燥、切粒即得聚苯硫醚复合材料。
[0051]
实施例2
[0052]
本实施例提供一种聚苯硫醚复合材料，以重量百分比计，包括如下原料组分：
[0053][0054]
本实施例中，聚苯硫醚复合材料的制备方法与实施例1相同。
[0055]
实施例3
[0056]
本实施例提供一种聚苯硫醚复合材料，以重量百分比计，包括如下原料组分：
[0057][0058][0059]
本实施例中，聚苯硫醚复合材料的制备方法与实施例1相同。
[0060]
实施例4
[0061]
本实施例提供一种聚苯硫醚复合材料，以重量百分比计，包括如下原料组分：
[0062][0063]
本实施例中，聚苯硫醚复合材料的制备方法与实施例1相同。
[0064]
实施例5
[0065]
本实施例提供一种聚苯硫醚复合材料，以重量百分比计，包括如下原料组分：
[0066][0067]
本实施例中，聚苯硫醚复合材料的制备方法与实施例1相同。
[0068]
实施例6
[0069]
本实施例提供一种聚苯硫醚复合材料，以重量百分比计，包括如下原料组分：
[0070][0071]
本实施例中，聚苯硫醚复合材料的制备方法与实施例1相同。
[0072]
实施例7
[0073]
本实施例提供一种聚苯硫醚复合材料，以重量百分比计，包括如下原料组分：
[0074][0075]
本实施例中，聚苯硫醚复合材料的制备方法与实施例1相同。
[0076]
对比例1
[0077]
对比例1原料中没有加入热致性液晶聚芳酯(tclp)以及碳纤维(cf)，此聚苯硫醚复合材料，以重量百分比计，包括如下原料组分：
[0078]
[0079]
本实施例中，聚苯硫醚复合材料的制备方法与实施例1相同。
[0080]
对比例2
[0081]
对比例2原料中没有加入热致性液晶聚芳酯(tclp)，此聚苯硫醚复合材料，以重量百分比计，包括如下原料组分：
[0082][0083]
本实施例中，聚苯硫醚复合材料的制备方法与实施例1相同。
[0084]
对比例3
[0085]
对比例3原料中没有加入碳纤维(cf)，此聚苯硫醚复合材料，以重量百分比计，包括如下原料组分：
[0086][0087][0088]
本实施例中，聚苯硫醚复合材料的制备方法与实施例1相同。
[0089]
对比例4
[0090]
对比例4原料中将碳纤维(cf)替换为碳纳米管，此聚苯硫醚复合材料，以重量百分比计，包括如下原料组分：
[0091][0092]
本实施例中，聚苯硫醚复合材料的制备方法与实施例1相同。
[0093]
性能检测方法及结果：
[0094]
拉伸强度按astm-d638标准来进行拉伸强度的检测，试样类型为i型，样条尺寸(mm)：(165
±
2)
×
(12.70
±
0.2)
×
(3.20
±
0.2)，拉伸速度为50mm/min。
[0095]
弯曲强度和弯曲模量按astm-d790标准进行检验，试样尺寸(mm)：(127
±
2)
×
(12.7
±
0.2)
×
(3.20
±
0.2)，弯曲速度为13mm/min。
[0096]
缺口冲击强度按按astm-d256标准进行检验，试样类型为v缺口型，试样尺寸(mm)：63.5
×
(12.7
±
0.2)
×
(3.2
±
0.2)；缺口类型为v口类，缺口剩余厚度10.16mm。
[0097]
热变形温度按astm-d648标准进行检验，负载为1.82mpa，试样尺寸(mm)：(127
±
2)
×
(12.7
±
0.2)
×
(3.20
±
0.2)；最大变形量为0.254mm。
[0098]
耐热性测试方法为将注塑制件置于280度热风烤箱内30分钟后取出观察表面状况。实施例与对比例的原料重量百分数如表1所示，性能检测结果如表2所示：
[0099]
表1
[0100]
[0101]
表2
[0102][0103][0104]
本发明的聚苯硫醚复合材料，利用碳纤维和tlcp协同改性显著增强了聚苯硫醚复合材料的力学强度和耐热性。在一定碳纤维含量基础上，随着tlcp加入量的增大，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和热变形温度都逐渐提高，但是冲击强度有所下降，结合上述实施例tlcp添加量在2％～5％范围内比较合适。从未添加tlcp的对比例2和仅添加10％多壁碳纳米管的对比例4可以看出，在280度30min耐热测试下，都出现了边缘起泡鼓包的现象，说明复合材料耐热不足。从对比例3可以看出，5％的tlcp对pps起到的一定的增强增韧作用，这可能是由于tlcp在加工过程中原位成纤作用所致，但单独tlcp对pps的增强后复合材料的整体性能不能满足高力学性能和耐热使用要求。从对比例4可以看出，多壁碳纳米管在一定程度上提高了复合材料的力学性能和耐热性，但仍不能满足高机械强度和耐热应用需求。
[0105]
当tlcp和碳纤维同时添加且达到一定用量后，复合材料高温测试均表面完好无变形起泡，说明tlcp和碳纤维对提高复合材料的耐热性具有较好的协同作用。直径在亚微米级的tlcp微纤和直径为微米级的碳纤维共同起着混杂增强的作用，碳纤维提高复合材料的强度和耐热性，赋予材料主要的机械强度和模量，tlcp微纤阻断材料中微裂纹的扩展，在挤出过程中可以形成微纤起到自增强的作用使材料获得更均衡的力学性能，最终获得的聚苯硫醚复合材料的力学性能和耐高温性能均有显著增强，短期使用温度可以接近其熔点。
[0106]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0107]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。