一種玻纖增強交聯聚苯乙烯板的製備方法
2023-09-15 06:41:40 2
一種玻纖增強交聯聚苯乙烯板的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種玻纖增強交聯聚苯乙烯板的製備方法，它包括以下步驟：1)聚苯乙烯粉末溶解：將聚苯乙烯粉末倒入苯乙烯和二乙烯苯的混合液中，攪拌得到澄清透明溶液；2)玻璃纖維的添加：向上述澄清透明溶液中加入經過矽烷偶聯劑處理的短切玻璃纖維，攪拌至混合均勻；3)高強度聚苯乙烯板的成型：將上述混合物倒入模具並密封，採用γ射線進行輻射，使液體凝固至出現力學強度；4)高強度聚苯乙烯板的後期處理：對上述塑料板進行熱壓處理，得到玻纖增強交聯聚苯乙烯板。採用此方法製得的玻纖增強交聯聚苯乙烯板是一種高強度的改性交聯聚苯乙烯材料，其力學強度較之普通交聯聚苯乙烯提高了50％以上。該方法成品率高、能耗低、製得的板材尺寸可控。
【專利說明】一種玻纖增強交聯聚苯乙烯板的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於聚合物新材料領域，具體涉及一種採用聚苯乙烯粉末為原料，高效製備玻纖增強交聯聚苯乙烯板的方法。
【背景技術】
[0002]交聯聚苯乙烯是一種性能十分優良的低介電材料，在500Hz的寬頻範圍內擁有
2.3~2.5的介電常數，0.1以內的介電損耗，以及較好的機械加工性和尺寸穩定性。此外，交聯聚苯乙烯還具有很好的耐高壓擊穿性能，較大的體、表電阻率，極高的抗輻射能力等特點。因此其在微波通訊、半導體等領域有著極佳的應用前景。
[0003]隨著科學技術的發展，低介電材料開始被要求在一些高壓強脈衝的環境下進行工作，這就對材料的力學強度提出了越來越高的要求。通過提升交聯聚苯乙烯材料的交聯密度、均勻性以及純度等可以在一定程度上提高材料的力學強度，但是這種提升非常有限，無法滿足應用要求。
【發明內容】
[0004]本發明旨在解決現有交聯聚苯乙烯板力學強度不足的問題，提供一種玻纖增強交聯聚苯乙烯板的製備方法。
[0005]本發明為解決上述技術問題所採取的技術方案為:
[0006]一種玻纖增強交聯聚苯乙烯板的製備方法，其特徵在於，它包括以下步驟:
[0007]I)聚苯乙烯粉末的溶解:將聚苯乙烯粉末倒入苯乙烯和二乙烯苯的混合液中，攪拌至得到澄清透明溶液；
[0008]2)玻璃纖維的添加:向上述澄清透明溶液中加入經過矽烷偶聯劑處理的短切玻璃纖維，攪拌至混合均勻；
[0009]3)玻纖增強交聯聚苯乙烯板的成型:將上述混合物倒入模具並密封，採用Y射線進行輻射，使液體凝固至出現力學強度；
[0010]4)玻纖增強交聯聚苯乙烯板的後期處理:對上述塑料板進行熱壓處理，得到玻纖增強交聯聚苯乙烯板。
[0011]上述方案中，步驟I)的混合液中苯乙烯為95~99wt%, 二乙烯苯為I~5wt% ；聚苯乙烯粉末與混合液的質量比為1:1~9。
[0012]上述方案中，步驟2)中的矽烷偶聯劑為Υ_(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷。
[0013]上述方案中，步驟2)中的短切玻璃纖維的直徑為5~15 μ m，長度為3~30mm，添加量為澄清透明溶液質量的I~30%。
[0014]上述方案中，步驟3)中的Y射線輻射過程是在低溫環境下進行的，其中反應溫度為-10~20°C ； Y射線的輻射劑量率為I~10Gy/min，總劑量為I~lOOkGy。
[0015]上述方案中，步驟4)中的熱壓制度為:升溫速率I~10°C /min，保溫溫度100~120°C，熱壓機壓力5~15MPa，保溫保壓時間I~8h。
[0016]與現有技術相比，本發明的有益效果在於:
[0017]1、本發明向聚苯乙烯交聯體系中加入玻璃纖維，形成交聯聚苯乙烯/玻纖複合材料。採用Υ_(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷(MPS)對玻纖進行表面處理，偶聯劑在水解後與玻纖表面的-OH鍵發生化學反應形成牢固穩定的S1-O-Si鍵，使玻纖帶有C = C鍵官能團，能夠與聚苯乙烯交聯體系發生有效的化學鍵合，提高材料的力學強度；
[0018]2、本發明採用Y射線輻射代替加熱處理，完成材料體系的交聯聚合。由於輻射對乙烯類長鏈聚合物的特殊作用，除了由二乙烯苯提供的懸掛雙鍵外，聚苯乙烯鏈段自身會發生脫氫形成交聯點。這就使材料體系的交聯密度更大，與玻纖的化學鍵合更為緊密，更好的增強材料的力學強度；
[0019]3、本發明以聚苯乙烯粉末為原料，能準確控制接受Y射線輻射的聚苯乙烯鏈段數量，調節輻射交聯的比例，保證材料交聯體系的均勻性，使產品的質量可控，製備高效。
[0020]4、本發明通過熱壓處理，消除材料體系中玻纖/高分子界面可能出現的間隙，並使體系中殘留的小分子儘可能反應完全，進一步提高材料的力學強度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為實施例1產物與普通交聯聚苯乙烯板的靜態力學性能對比圖。
[0022]圖中A柱和B柱分別為普通交聯聚苯乙烯樣品和實施例1產物的拉伸、彎曲、衝擊強度。可以看出，與普通交聯聚苯乙烯板相比，採用本發明所述的方法製備的玻纖增強交聯聚苯乙烯板具有較高的力學強度。其中拉伸強度提升了 66.45%，彎曲強度提升了56.22 %，衝擊韌性提升7 59.97 %。
【具體實施方式】
[0023]為了更好地理解本發明，下面結合附圖和實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限於下面的實施例。
[0024]本發明提供一種玻纖增強交聯聚苯乙烯板的製備方法，其包括以下步驟:
[0025]I)將苯乙烯和二乙烯苯按混合均勻，配製兩者的混合液，混合液中苯乙烯為95~99wt %, 二乙烯苯為I~5wt % ；
[0026]2)將聚苯乙烯粉末與上述混合液按質量比1:1~9混合，高速攪拌至溶液澄清透明；
[0027]3)將直徑為5~15 μ m，長度為3~30mm的短切玻璃纖維倒入Y _(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷(MPS)溶液中，浸泡Ih後取出，用去離子水衝洗至中性，烘乾；
[0028]4)將經過矽烷偶聯劑處理的短切玻璃纖維加入步驟2)得到的澄清溶液中，高速攪拌至混合均勻，其中玻纖的加入量為澄清溶液質量的I~30% ;
[0029]4)將上述混合物倒入可隔絕水、氧的特殊模具中，密封；
[0030]5)在-10~20°C溫度下對裝有樣品的模具進行I~10kGy的Y射線輻射，輻射劑量率為I~10Gy/min ；
[0031]6)打開模具取出完全固化的玻纖增強交聯聚苯乙烯板，機加工至性狀規則、表面平整；
[0032]7)將加工好的玻纖增強交聯聚苯乙烯板套入對應模具中，放入熱壓臺，以I~10°c /min的升溫速率升至一定溫度後開始保溫加壓，其中保溫溫度為100~120°C，熱壓機壓力為5~15MPa，保持熱壓機的溫度和壓力I~8h，然後將溫度緩慢降至室溫，打開熱壓機，取出高強度聚苯乙烯板的最終產物。
[0033]實施例1:
[0034]I)向容器中加入1470g苯乙烯、30g 二乙烯苯和500g聚苯乙烯粉末,高速攪拌至溶液澄清透明。
[0035]2)取400g長度為12mm的短切玻璃纖維倒入Y _(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷(MPS)溶液中，浸泡Ih後取出，用去離子水衝洗至中性，烘乾。
[0036]3)將經過矽烷偶聯劑處理的短切玻璃纖維加入上述的澄清液體中，攪拌至混合均勻後倒入可隔絕水、氧的特殊模具中，密封。
[0037]4)在5°C溫度下對裝有樣品的模具進行20kGy的Y射線輻射，輻射劑量率為40Gy/mino
[0038]5)打開模具取出完全固化的玻纖增強交聯聚苯乙烯板，機加工至性狀規則、表面平整。
[0039]6)將加工好的玻纖增強交聯聚苯乙烯板套入對應模具中，放入熱壓臺，以5°C /min的升溫速率升至110°C後施以1MPa的壓力並保持4h。
[0040]7)將溫度緩慢降至室溫，打開熱壓機，取出最終產物。
[0041]圖1為實施例1產物與交聯聚苯乙烯板的靜態力學性能(拉伸、彎曲、衝擊)對比圖。
[0042]實施例2:
[0043]I)向容器中加入950g苯乙烯、50g 二乙烯苯和500g聚苯乙烯粉末,高速攪拌至溶液澄清透明。
[0044]2)取150g長度為30mm的短切玻璃纖維倒入Y _(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷(MPS)溶液中，浸泡Ih後取出，用去離子水衝洗至中性，烘乾。
[0045]3)將經過矽烷偶聯劑處理的短切玻璃纖維加入上述的澄清液體中，攪拌至混合均勻後倒入可隔絕水、氧的特殊模具中，密封。
[0046]4)在0°C溫度下對裝有樣品的模具進行30kGy的Y射線輻射，輻射劑量率為20Gy/min。
[0047]5)打開模具取出完全固化的玻纖增強交聯聚苯乙烯板，機加工至性狀規則、表面平整。
[0048]6)將加工好的玻纖增強交聯聚苯乙烯板套入對應模具中，放入熱壓臺，以10°C /min的升溫速率升至100°C後施以5MPa的壓力並保持8h。
[0049]7)將溫度緩慢降至室溫，打開熱壓機，取出最終產物。
[0050]實施例3:
[0051]I)向容器中加入1782g苯乙烯、18g 二乙烯苯和200g聚苯乙烯粉末,高速攪拌至溶液澄清透明。
[0052]2)取600g長度為3mm的短切玻璃纖維倒入Y _(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷(MPS)溶液中，浸泡Ih後取出，用去離子水衝洗至中性，烘乾。
[0053]3)將經過矽烷偶聯劑處理的短切玻璃纖維加入上述的澄清液體中，攪拌至混合均勻後倒入可隔絕水、氧的特殊模具中，密封。
[0054]4)在_5°C溫度下對裝有樣品的模具進行1kGy的Y射線輻射，輻射劑量率為60Gy/mino
[0055]5)打開模具取出完全固化的玻纖增強交聯聚苯乙烯板，機加工至性狀規則、表面平整。
[0056]6)將加工好的玻纖增強交聯聚苯乙烯板套入對應模具中，放入熱壓臺，以2V /min的升溫速率升至120°C後施以15MPa的壓力並保持2h。
[0057]7)將溫度緩慢降至室溫，打開熱壓機，取出最終產物。
[0058]實施例4:
[0059]I)向容器中加入780g苯乙烯、20g 二乙烯苯和200g聚苯乙烯粉末,高速攪拌至溶液澄清透明。
[0060]2)取50g長度為30mm的短切玻璃纖維倒入Y _(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷(MPS)溶液中，浸泡Ih後取出，用去離子水衝洗至中性，烘乾。
[0061]3)將經過矽烷偶聯劑處理的短切玻璃纖維加入上述的澄清液體中，攪拌至混合均勻後倒入可隔絕水、氧的特殊模具中，密封。
[0062]4)在15°C溫度下對裝有樣品的模具進行20kGy的Y射線輻射，輻射劑量率為20Gy/min。
[0063]5)打開模具取出完全固化的玻纖增強交聯聚苯乙烯板，機加工至性狀規則、表面平整。
[0064]6)將加工好的玻纖增強交聯聚苯乙烯板套入對應模具中，放入熱壓臺，以4°C /min的升溫速率升至110°C後施以1MPa的壓力並保持3h。
[0065]7)將溫度緩慢降至室溫，打開熱壓機，取出最終產物。
[0066]實施例5:
[0067]I)向容器中加入2940g苯乙烯、60g 二乙烯苯和100g聚苯乙烯粉末,高速攪拌至溶液澄清透明。
[0068]2)取40g長度為18mm的短切玻璃纖維倒入Y _(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷(MPS)溶液中，浸泡Ih後取出，用去離子水衝洗至中性，烘乾。
[0069]3)將經過矽烷偶聯劑處理的短切玻璃纖維加入上述的澄清液體中，攪拌至混合均勻後倒入可隔絕水、氧的特殊模具中，密封。
[0070]4)在-10°C溫度下對裝有樣品的模具進行30kGy的Y射線輻射，輻射劑量率為80Gy/min。
[0071]5)打開模具取出完全固化的玻纖增強交聯聚苯乙烯板，機加工至性狀規則、表面平整。
[0072]6)將加工好的玻纖增強交聯聚苯乙烯板套入對應模具中，放入熱壓臺，以2V /min的升溫速率升至120°C後施以5MPa的壓力並保持8h。
[0073]7)將溫度緩慢降至室溫，打開熱壓機，取出最終產物。
[0074]實施例6:
[0075]I)向容器中加入1900g苯乙烯、10g 二乙烯苯和500g聚苯乙烯粉末,高速攪拌至溶液澄清透明。
[0076]2)取500g長度為6mm的短切玻璃纖維倒入Y _(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷(MPS)溶液中，浸泡Ih後取出，用去離子水衝洗至中性，烘乾。
[0077]3)將經過矽烷偶聯劑處理的短切玻璃纖維加入上述的澄清液體中，攪拌至混合均勻後倒入可隔絕水、氧的特殊模具中，密封。
[0078]4)在10°C溫度下對裝有樣品的模具進行15kGy的Y射線輻射，輻射劑量率為100Gy/min。
[0079]5)打開模具取出完全固化的玻纖增強交聯聚苯乙烯板，機加工至性狀規則、表面平整。
[0080]6)將加工好的玻纖增強交聯聚苯乙烯板套入對應模具中，放入熱壓臺，以8°C /min的升溫速率升至120°C後施以1MPa的壓力並保持4h。
[0081]7)將溫度緩慢降至室溫，打開熱壓機，取出最終產物。
[0082]表1為實施例1-實施例6製備的產物與按常規方法製備的普通交聯聚苯乙烯板的靜態力學性能(拉伸、彎曲、衝擊)對比數據。
[0083]表1各實施例產物的靜態力學性能對比表
[0084]
【權利要求】
1.一種玻纖增強交聯聚苯乙烯板的製備方法，其特徵在於，它包括以下步驟: 1)聚苯乙烯粉末的溶解:將聚苯乙烯粉末倒入苯乙烯和二乙烯苯的混合液中，攪拌至得到澄清透明溶液； 2)玻璃纖維的添加:向上述澄清透明溶液中加入經過矽烷偶聯劑處理的短切玻璃纖維，攪拌至混合均勻； 3)玻纖增強交聯聚苯乙烯板的成型:將上述混合物倒入模具並密封，採用Y射線進行輻射，使液體凝固至出現力學強度； 4)玻纖增強交聯聚苯乙烯板的後期處理:對上述塑料板進行熱壓處理，得到玻纖增強交聯聚苯乙烯板。
2.根據權利要求1所述的玻纖增強交聯聚苯乙烯板的製備方法，其特徵在於:步驟I)的混合液中苯乙烯為95~99wt%，二乙烯苯為I~5wt% ;聚苯乙烯粉末與混合液的質量比為1:1~9。
3.根據權利要求1所述的玻纖增強交聯聚苯乙烯板的製備方法，其特徵在於:步驟2)中的矽烷偶聯劑為Υ_(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷。
4.根據權利要求1所述的玻纖增強交聯聚苯乙烯板的製備方法，其特徵在於:步驟2)中的短切玻璃纖維的直徑為5~15 μ m，長度為3~30mm，添加量為澄清透明溶液質量的1 ~30%。
5.根據權利要求1所述的玻纖增強交聯聚苯乙烯板的製備方法，其特徵在於:步驟3)中的Y射線輻射過程是在低溫環境下進行的，其中反應溫度為-10~20°C; Y射線的輻射劑量率為1~10Gy/min，總劑量為I~lOOkGy。
6.根據權利要求1所述的玻纖增強交聯聚苯乙烯板的製備方法，其特徵在於:步驟4)中的熱壓制度為:升溫速率I~10°c /min，保溫溫度100~120°C，熱壓機壓力5~15MPa，保溫保壓時間I~8h。
【文檔編號】C08L25/06GK104130428SQ201410344100
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】朱泉嶢, 俞悅, 牟廣營, 孫華君, 王鵬彥, 陳文 , 王鈞, 王翔, 徐任信 申請人:武漢理工大學