一種PBT材料及其製備方法與流程

2023-12-10 21:43:37

本發明涉及高分子材料
技術領域：
，具體是一種pbt材料及其製備方法。
背景技術：
：聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)材料是結晶型聚合物，具有優良的物理機械性能，玻璃纖維增強後的pbt材料具有優異的強度和韌性，但易水解的缺陷限制了其應用。pbt工程塑料價格低廉，性能優異，廣泛應用於結構件、功能件等。普通的玻纖增強pbt材料，具有良好的物理機械性能，但是用來製作戶外部件、與水接觸的部件時，尤其是在高溫、高溼環境下，由於其易水解的原因，材料性能和使用壽命大大的降低。聚苯醚(ppo)屬於非結晶性材料，高耐熱，尺寸穩定，耐水解性能優異，在潮溼的環境中使用，機械性能幾乎無變化。本發明通過將pbt和ppo合金化，採用耐水解、高強度改性的短切e玻璃纖維增強得到的增強pbt材料不僅具有良好的物理機械性能，還具有優異的耐水解性，長期在高溫、高溼度環境中使用，仍然能夠保持良好的物理機械性能和尺寸穩定性。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種pbt材料及其製備方法，所得的材料不僅強度高，而且在高溫高溼度環境下長期使用，材料性能和尺寸依舊保持穩定。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種pbt材料，其組成按重量百分比為：作為本發明進一步的方案：其組成按重量百分比為：作為本發明進一步的方案：其組成按重量百分比為：作為本發明進一步的方案：所述的聚對苯二甲酸丁二醇酯，其特性粘度為0.8-1.2dl/g；所述的聚苯醚，其特性粘度為0.35-0.5dl/g。作為本發明進一步的方案：所述的界面相容劑為甲基丙烯酸縮水甘油酯、馬來酸酐雙接枝聚苯醚(ppo)，甲基丙烯酸縮水甘油酯與馬來酸酐的質量比為1∶1，接枝率為1.0-2.0％。作為本發明進一步的方案：所述的熱穩定劑為高分子量、高磷含量的亞磷酸酯，分子量800-1000，磷含量6-8％；所述的耐水解劑為碳二亞胺，其中ncn官能團含量為10-15％；所述的分子遷移劑為強極性官能團季戊四醇硬脂酸酯。作為本發明進一步的方案：所述的改性玻璃纖維為短切e玻璃纖維，單絲直徑10-15微米，表面經過特殊改性處理，具有優異的強度、耐水解性。所述的pbt材料的製備方法，包括如下步驟：a：按重量配比稱取好聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、界面相容劑、熱穩定劑、耐水解劑、分子遷移劑倒入攪拌設備，混合均勻；b：將a中混合好的原料投入到雙螺杆擠出機的加料鬥，改性玻璃纖維通過側餵料加入到擠出機中，經熔融擠出，造粒；加工工藝如下：雙螺杆擠出機一區溫度220-240℃，二區溫度230-250℃，三區溫度230-250℃，四區溫度220-240℃，機頭240-250℃，停留時間2-3min，壓力為12-18mpa。作為本發明進一步的方案：所述的改性玻璃纖維獲取方法如下：將γ-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷與環氧樹脂乳液混合，形成溶液混合物；將溶液混合物加熱至30-50℃，並進行超聲處理；將超聲處理後的溶液混合物均勻的噴灑在玻璃纖維表面，乾燥，得到所述的改性玻璃纖維。作為本發明進一步的方案：所述的玻璃纖維與γ-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷、環氧樹脂乳液的質量比為100∶2∶1。與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明通過將pbt和ppo合金化，採用高強度、耐水解改性的短切e玻璃纖維增強得到的增強pbt材料不僅具有良好的物理機械性能，還具有優異的耐水解性，長期在高溫、高溼度環境中使用，仍然能夠保持良好的物理機械性能和尺寸穩定性。本發明具有以下優點：1、使用的原材料都是環保級的，製備的材料與人體接觸不會造成任何對人體有害的物質。2、在保證了材料具有高強度的同時，在高溫高溼度的環境中能夠長期使用。3、本發明製備工藝簡單。具體實施方式下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明實施例中，一種pbt材料，其組成按重量百分比為：其中，聚對苯二甲酸丁二醇酯，其特性粘度為0.8-1.2dl/g；聚苯醚，其特性粘度為0.35-0.5dl/g；界面相容劑為甲基丙烯酸縮水甘油酯、馬來酸酐雙接枝聚苯醚(ppo)，甲基丙烯酸縮水甘油酯與馬來酸酐的質量比為1∶1，接枝率為1.0-2.0％；熱穩定劑為高分子量、高磷含量的亞磷酸酯，分子量800-1000，磷含量6-8％；耐水解劑為碳二亞胺，其中ncn官能團含量為10-15％；分子遷移劑為強極性官能團季戊四醇硬脂酸酯；改性玻璃纖維為短切e玻璃纖維，單絲直徑10-15微米，表面經過特殊改性處理，具有優異的強度、耐水解性。上述改性玻璃纖維的存在，賦予了pbt材料具有良好的機械性能的同時，還具有優異的耐水解性，該改性玻璃纖維的製備方法如下：將γ-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷與環氧樹脂乳液混合，形成溶液混合物；將溶液混合物加熱至30-50℃，並進行超聲處理；將超聲處理後的溶液混合物均勻的噴灑在玻璃纖維表面，乾燥，得到所述的改性玻璃纖維。具體地，玻璃纖維與γ-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷、環氧樹脂乳液的質量比為100∶2∶1。本發明還提供了上述pbt材料的製備方法，該方法包括如下步驟：a：按重量配比稱取好聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、界面相容劑、熱穩定劑、耐水解劑、分子遷移劑倒入攪拌設備，混合均勻；b：將a中混合好的原料投入到雙螺杆擠出機的加料鬥，改性玻璃纖維通過側餵料加入到擠出機中，經熔融擠出，造粒；加工工藝如下：雙螺杆擠出機一區溫度220-240℃，二區溫度230-250℃，三區溫度230-250℃，四區溫度220-240℃，機頭240-250℃，停留時間2-3min，壓力為12-18mpa。在下列實施例的複合材料配方中，聚對苯二甲酸丁二醇酯選用特性粘度1.0dl/g的，如南通星辰生產的，商品牌號1100a；聚苯醚選用特性粘度為0.42dl/g的，如旭化成生產的，商品牌號s201a；界面相容劑選用接枝率為1.4％的甲基丙烯酸縮水甘油酯、馬來酸酐雙接枝ppo，如sabic公司生產的，商品牌號為cx-2；熱穩定劑選用分子量852、磷含量7.3％的亞磷酸酯，如dover公司生產的，商品牌為s9228；耐水解劑選用ncn官能團含量為12％的碳二亞胺，如巴斯夫公司生產的，商品牌號為se12；分子遷移劑選用強極性官能團季戊四醇硬脂酸酯，如沙龍公司生產的，商品牌號為pets-y；玻璃纖維選用單絲直徑為12微米的短切e玻璃纖維，如ppg公司生產的，商品牌號hp3610。實施例1將聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)按重量比為30％(以下均為重量百分比)，聚苯醚(ppo)32.2％，界面相容劑6％，熱穩定劑0.4％，耐水解劑0.6％，分子遷移劑0.8％稱好，倒入攪拌器攪拌均勻。將混合好的物料加入到雙螺杆擠出機的料鬥中，改性玻璃纖維30％通過側餵料加入到擠出機中，經熔融共混，擠出造粒成複合材料。其中，螺杆各加溫區溫度設置分別為：一區溫度220℃；二區溫度240℃；三區溫度250℃；四區溫度230℃；機頭：250℃；停留時間2-3min，壓力為16mpa。實施例2將聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)按重量比為37.2％(以下均為重量百分比)，聚苯醚(ppo)25％，界面相容劑6％，熱穩定劑0.4％，耐水解劑0.6％，分子遷移劑0.8％稱好，倒入攪拌器攪拌均勻。將混合好的物料加入到雙螺杆擠出機的料鬥中，改性玻璃纖維30％通過側餵料加入到擠出機中，經熔融共混，擠出造粒成複合材料。其中，螺杆各加溫區溫度設置分別為：一區溫度220℃；二區溫度240℃；三區溫度250℃；四區溫度230℃；機頭：250℃；停留時間2-3min，壓力為16mpa。實施例3將聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)按重量比為47.2％(以下均為重量百分比)，聚苯醚(ppo)15％，界面相容劑6％，熱穩定劑0.4％，耐水解劑0.6％，分子遷移劑0.8％稱好，倒入攪拌器攪拌均勻。將混合好的物料加入到雙螺杆擠出機的料鬥中，改性玻璃纖維30％通過側餵料加入到擠出機中，經熔融共混，擠出造粒成複合材料。其中，螺杆各加溫區溫度設置分別為：一區溫度220℃；二區溫度240℃；三區溫度250℃；四區溫度230℃；機頭：250℃；停留時間2-3min，壓力為16mpa。實施例4將聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)按重量比為55％(以下均為重量百分比)，聚苯醚(ppo)17.2％，界面相容劑6％，熱穩定劑0.4％，耐水解劑0.6％，分子遷移劑0.8％稱好，倒入攪拌器攪拌均勻。將混合好的物料加入到雙螺杆擠出機的料鬥中，改性玻璃纖維20％通過側餵料加入到擠出機中，經熔融共混，擠出造粒成複合材料。其中，螺杆各加溫區溫度設置分別為：一區溫度220℃；二區溫度240℃；三區溫度250℃；四區溫度230℃；機頭：250℃；停留時間2-3min，壓力為16mpa。實施例5將聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)按重量比為35％(以下均為重量百分比)，聚苯醚(ppo)17.2％，界面相容劑6％，熱穩定劑0.4％，耐水解劑0.6％，分子遷移劑0.8％稱好，倒入攪拌器攪拌均勻。將混合好的物料加入到雙螺杆擠出機的料鬥中，改性玻璃纖維40％通過側餵料加入到擠出機中，經熔融共混，擠出造粒成複合材料。其中，螺杆各加溫區溫度設置分別為：一區溫度220℃；二區溫度240℃；三區溫度250℃；四區溫度230℃；機頭：250℃；停留時間2-3min，壓力為16mpa。實施例6將聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)按重量比為30％(以下均為重量百分比)，聚苯醚(ppo)35％，界面相容劑4％，熱穩定劑0.6％，耐水解劑0.8％，分子遷移劑1.0％稱好，倒入攪拌器攪拌均勻。將混合好的物料加入到雙螺杆擠出機的料鬥中，改性玻璃纖維28.6％通過側餵料加入到擠出機中，經熔融共混，擠出造粒成複合材料。其中，螺杆各加溫區溫度設置分別為：一區溫度220℃；二區溫度230℃；三區溫度230℃；四區溫度220℃；機頭：240℃；停留時間2-3min，壓力為12mpa。實施例7將聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)按重量比為35.8％(以下均為重量百分比)，聚苯醚(ppo)20％，界面相容劑8％，熱穩定劑0.3％，耐水解劑0.4％，分子遷移劑0.5％稱好，倒入攪拌器攪拌均勻。將混合好的物料加入到雙螺杆擠出機的料鬥中，改性玻璃纖維35％通過側餵料加入到擠出機中，經熔融共混，擠出造粒成複合材料。其中，螺杆各加溫區溫度設置分別為：一區溫度240℃；二區溫度250℃；三區溫度250℃；四區溫度240℃；機頭：250℃；停留時間2-3min，壓力為18mpa。對比例1將聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)按重量比為62.2％(以下均為重量百分比)，界面相容劑6％，熱穩定劑0.4％，耐水解劑0.6％，分子遷移劑0.8％稱好，倒入攪拌器攪拌均勻。將混合好的物料加入到雙螺杆擠出機的料鬥中，改性玻璃纖維30％通過側餵料加入到擠出機中，經熔融共混，擠出造粒成複合材料。其中，螺杆各加溫區溫度設置分別為：一區溫度220℃；二區溫度240℃；三區溫度250℃；四區溫度230℃；機頭：250℃；停留時間2～3min，壓力為16mpa。對比例2將聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)按重量比為43.2％(以下均為重量百分比)，聚苯醚(ppo)25％，熱穩定劑0.4％，耐水解劑0.6％，分子遷移劑0.8％稱好，倒入攪拌器攪拌均勻。將混合好的物料加入到雙螺杆擠出機的料鬥中，改性玻璃纖維30％通過側餵料加入到擠出機中，經熔融共混，擠出造粒成複合材料。其中，螺杆各加溫區溫度設置分別為：一區溫度220℃；二區溫度240℃；三區溫度250℃；四區溫度230℃；機頭：250℃；停留時間2～3min，壓力為16mpa。對比例3將聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)按重量比為37.6％(以下均為重量百分比)，聚苯醚(ppo)25％，界面相容劑6％，耐水解劑0.6％，分子遷移劑0.8％稱好，倒入攪拌器攪拌均勻。將混合好的物料加入到雙螺杆擠出機的料鬥中，改性玻璃纖維30％通過側餵料加入到擠出機中，經熔融共混，擠出造粒成複合材料。其中，螺杆各加溫區溫度設置分別為：一區溫度220℃；二區溫度240℃；三區溫度250℃；四區溫度230℃；機頭：250℃；停留時間2～3min，壓力為16mpa。對比例4將聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)按重量比為37.8％(以下均為重量百分比)，聚苯醚(ppo)25％，界面相容劑6％，熱穩定劑0.4％，分子遷移劑0.8％稱好，倒入攪拌器攪拌均勻。將混合好的物料加入到雙螺杆擠出機的料鬥中，改性玻璃纖維30％通過側餵料加入到擠出機中，經熔融共混，擠出造粒成複合材料。其中，螺杆各加溫區溫度設置分別為：一區溫度220℃；二區溫度240℃；三區溫度250℃；四區溫度230℃；機頭：250℃；停留時間2～3min，壓力為16mpa。對比例5將聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)按重量比為38％(以下均為重量百分比)，聚苯醚(ppo)25％，界面相容劑6％，熱穩定劑0.4％，耐水解劑0.6％稱好，倒入攪拌器攪拌均勻。將混合好的物料加入到雙螺杆擠出機的料鬥中，改性玻璃纖維30％通過側餵料加入到擠出機中，經熔融共混，擠出造粒成複合材料。其中，螺杆各加溫區溫度設置分別為：一區溫度220℃；二區溫度240℃；三區溫度250℃；四區溫度230℃；機頭：250℃；停留時間2～3min，壓力為16mpa。對比例6將聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)按重量比為37.2％(以下均為重量百分比)，聚苯醚(ppo)25％，界面相容劑6％，熱穩定劑0.4％，耐水解劑0.6％，分子遷移劑0.8％稱好，倒入攪拌器攪拌均勻。將混合好的物料加入到雙螺杆擠出機的料鬥中，非改性玻璃纖維30％通過側餵料加入到擠出機中，經熔融共混，擠出造粒成複合材料。其中，螺杆各加溫區溫度設置分別為：一區溫度220℃；二區溫度240℃；三區溫度250℃；四區溫度230℃；機頭：250℃；停留時間2～3min，壓力為16mpa。上述實施例1-7及對比例1-6的配方如表1所示，現對上述各實施例及對比例製得的pbt材料進行拉伸強度、彎曲強度、衝擊強度等機械性能測試，以及耐高溫、高溼度測試，得到的結果分別如表2-3所示。其中，測試標準如下：拉伸強度按gb/t1040標準進行測試試樣類型為ii型試樣，試樣尺寸(mm)：115(長)×(6±0.04)(中間平行部分寬度)×2(厚度)，拉伸速度為50mm/min；彎曲強度按gb9341/t標準進行檢驗。試樣類型為試樣尺寸(mm)：(80±0.4)×(10±0.1)×(4±0.02)，彎曲速度為20mm/min；衝擊強度按gb/t1843標準進行檢驗。試樣類型為i型試樣，試樣尺寸(mm)：(120±2)×(15±0.2)×(3-10)；耐高溫、高溼度按如下標準進行測試，試樣放置於高低溫試驗箱中，溫度120攝氏度，溼度90％，1000h後取樣進行力學性能測試。表1實施例1-7及對比例1-6的配方表2實施例1-7及對比例1-6的機械性能項目拉伸強度(mpa)彎曲強度(mpa)衝擊強度(kj/m2)實施例11152079.2實施例21232129.8實施例312821610.1實施例49415811.1實施例51352308.2實施例61041958.3實施例71302219.4對比例113121911.4對比例2711333.4對比例31081786.8對比例41242107.4對比例51252119.9對比例61192088.3表3高溫度、高溼度1000h後實施例1-7及對比例1-6的性能由表2和表3可知：實施例1-7的材料的強度非常好，尤其30％玻璃纖維增強後的材料拉伸強度大於110mpa，彎曲強度在200mpa以上，在玻璃纖維含量不變的情況下，pbt含量的提高會提高材料的強度，配方中玻璃纖維的含量越高，材料的強度越好，經過1000h的高溫度、高溼度測試後，材料的拉伸強度能夠保持在78％以上，彎曲強度和衝擊強度保持在80％以上，ppo含量越高的配方，材料性能下降的幅度越小。此外，對比例1和實施例相比，未添加ppo，材料的耐高溫、高溼性能差，經過1000h的高溫度、高溼度測試後，材料的拉伸強度和彎曲強度僅能保持55％左右，衝擊強度更是下降到50％左右，性能大幅度下降；對比例2和實施例相比，未添加相容劑，材料的界面相容性差，力學性能非常差，儘管在高溫度、高溼度下材料性能保持較好，但是材料本身性能過差，難於實際應用；對比例3和實施例相比，未添加熱穩定劑的材料在擠出過程中就有部分降解，材料性能有所下降，在後續的高溫、高溼度測試中，材料進一步降解，性能下降明顯；對比例4和實施例相比，未添加耐水解助劑，材料在高溫、高溼度測試後，性能下降明顯，保持率只有65％左右；對比例5和實施例相比，未添加分子遷移劑，材料在抽粒過程中性能無變化，但是經過1000h的高溫、高溼度測試後，材料的各項性能有所下降，保持率在70％左右，對比例6和實施例相比，採用未改性的玻璃纖維來增強，性能較改性的玻璃纖維差，尤其在1000h的高溫、高溼度測試後，材料性能下降更明顯。綜上所述，要製得高強度、耐高溫高溼度的pbt材料，首先需要添加聚苯醚材料，來提高材料的耐高溫、高溼度性能，由於pbt材料和ppo材料為不相容的體系，需要添加界面相容劑來改善兩種材料的界面相容性，這樣材料才具有很好的強度和使用價值；添加高分子量、高磷含量的熱穩定劑，保證材料在擠出過程中性能穩定，同時在長時間的高溫度、高溼度環境下性能保持穩定；添加耐水解劑，保證材料在高溫度、高溼度下可以有效的抵抗水分子引起的材料降解；添加分子遷移劑，由於其強極性基團的存在，可以遷移到聚合物和玻纖的表面，形成一層表面保護膜，隔絕水分子和材料，防止水分子進入到材料內部，提高材料的耐水性能，為了進一步提高材料的力學性能和耐高溫、高溼度性能，玻璃纖維需要經過特殊處理，本發明採用矽烷偶聯劑和環氧樹脂乳液來處理，可以有效的防止水分子進入玻璃纖維與聚合物的界面，極大的提高材料的耐水性，此外還可增加玻璃纖維與聚合物的界面相容性，提高材料的力學性能，而普通的玻璃纖維在水分子的滲透下，玻璃纖維和樹脂的界面結合力會逐漸降低，導致材料的性能下降。本發明所製得的材料由於具有優異的強度和耐高溫、高溼度性能，可廣泛用來製造結構件，尤其是在高溫、高溼環境下使用的功能件。對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。當前第1頁12