一種高性能耐刮擦PBT‑PA66複合材料及其製備方法與流程
2023-06-14 08:04:16 2
本發明屬於高分子材料技術領域，特別是指一種高性能耐刮擦PBT-PA66複合材料及其製備方法。
背景技術：
聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一種重要的熱塑性聚合物，尺寸穩定性好，絕緣性佳，耐油，廣泛應用於家用電器、機械配件、辦公用品和通訊器材等領域。聚醯胺66(PA66)作為具有一定極性的工程塑料，也被廣泛應用於化工、建材、家電、汽車等領域。
由於PBT和PA66兩種材料有一定的互補作用，我們會合成PBT-PA66複合材料。然而PBT和PA66的分子鏈結構存在著不少差異，它們的相容性不好，耐刮擦性能也一般，這限制了PBT-PA66複合材料的廣泛應用。提高PBT和PA66的相容性以及提高PBT-PA66複合材料的耐刮擦性能是本領域的技術難題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種高性能耐刮擦PBT-PA66複合材料及其製備方法，以解決現有技術的提高PBT和PA66的相容性以及提高PBT-PA66複合材料的耐刮擦性能的問題。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種高性能耐刮擦PBT-PA66複合材料，由以下重量份的組分製成：
所述處理後的納米MoS2為通過偶聯劑KH570處理後的納米MoS2。
所述抗氧劑為三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯甲基)苯中的一種或多種。
所述的潤滑劑為硬脂酸鈣或硬質酸鈉中的一種或兩種組合。
納米MoS2與偶聯劑的質量比為5-10：2-4。
所述處理後的納米MoS2的製備方法，包括以下步驟：
1)稱取設定量的納米MoS2加入到乙醇中，再加入設定量的偶聯劑KH570；所述納米MoS2與偶聯劑的質量比為5-10：2-4；超聲波處理1-2小時，滴加醋酸調節pH值3-5之間；
2)將步驟1)的混合液在60-80℃恆溫攪拌6-8小時，冷卻後固定分離，然後在100-120℃的真空乾燥箱裡乾燥得到處理後的納米MoS2。
上述任一項高性能耐刮擦PBT-PA66複合材料製備方法，包括以下步驟：
1)稱取50份-70份的PBT、30份-50份的PA66、8份-12份的處理後的MoS2、0.1份-0.5份的環氧樹脂、0.1份-0.5份的抗氧劑和0.4份-0.8份的潤滑劑混合併攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的所述混合料擠出造粒，即得到PBT-PA66複合材料。
步驟1)中的各原料在混合前在100℃下乾燥5小時。
步驟2)具體為，將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，其中，所述雙螺杆擠出機包括順次排布的六個溫度區，第一溫度區的溫度為170～230℃，第二溫度區的溫度為230～270℃，第三溫度區的溫度為230～270℃，第四溫度區的溫度為230～270℃，第五溫度區的溫度為230～270℃，第六溫度區的溫度為230～270℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為230～270℃，螺杆轉速為180～300r/min。
本發明的有益效果是：
本發明提供的納米MoS2經矽烷偶聯劑KH570處理後，能更好地分散在PBT-PA66中，這有利於增強PBT-PA66複合材料的物理性能和耐摩擦性能。
納米MoS2具有層狀的構造，在摩擦力的剪切作用下其片層之間會發生相對滑移，並能在材料表面生成轉移膜，減少滑動面的直接接觸和摩擦，從而提高材料的耐摩擦能力。
環氧樹脂的環氧基團能夠與PA66的氨基(-NH2)反應，在接觸面形成環氧基團與PA66的共聚物，減少PA66與PBT之間的張力，提高兩者之間的相容性，增強材料的物理性能。
具體實施方式
以下通過實施例來詳細說明本發明的技術方案，以下的實施例僅是示例性的，僅能用來解釋和說明本發明的技術方案，而不能解釋為是對本發明技術方案的限制。
本發明各實施例中的原料及製造商如下：
PBT(型號2002U)，日本寶理；PA66(型號FR50)，美國杜邦；納米MoS2，上海申雨；抗氧劑(型號Irganox1010、Irganox168、Irganox1330)，瑞士汽巴精化；硬脂酸鈣，湖北中料化工；硬質酸鈉，湖北興銀河化工；環氧樹脂，臺灣南亞塑料廠；矽烷偶聯劑(KH570)，南京奧誠化工。
本發明所用的測試儀器如下：
ZSK30型雙螺杆擠出機，德國W&P公司；JL-1000型拉力試驗機，廣州市廣才實驗儀器公司生產；HTL900-T-5B型注射成型機，海太塑料機械有限公司生產；XCJ-500型衝擊測試機，承德試驗機廠生產；QT-1196型拉伸測試儀，東莞市高泰檢測儀器有限公司；QD-GJS-B12K型高速攪拌機，北京恆奧德儀器儀表有限公司。
本發明提供一種高性能耐刮擦PBT-PA66複合材料，由以下重量份的組分製成：
所述處理後的納米MoS2為通過偶聯劑KH570處理後的納米MoS2。
所述抗氧劑為三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯(Irganox168)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(Irganox1010)或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯甲基)苯(Irganox1330)中的一種或多種。
所述的潤滑劑為硬脂酸鈣或硬質酸鈉中的一種或兩種組合。
納米MoS2與偶聯劑的質量比為5-10：2-4。
所述處理後的納米MoS2的製備方法，包括以下步驟：
1)稱取設定量的納米MoS2加入到乙醇中，再加入設定量的偶聯劑KH570；所述納米MoS2與偶聯劑的質量比為5-10：2-4；超聲波處理1-2小時，滴加醋酸調節pH值3-5之間；
2)將步驟1)的混合液移入到三口燒瓶中，在60-80℃恆溫攪拌6-8小時，冷卻後固定分離，然後在100-120℃的真空乾燥箱裡乾燥得到處理後的納米MoS2。
上述任一項高性能耐刮擦PBT-PA66複合材料製備方法，包括以下步驟：
1)稱取50份-70份的PBT、30份-50份的PA66、8份-12份的處理後的MoS2、0.1份-0.5份的環氧樹脂、0.1份-0.5份的抗氧劑和0.4份-0.8份的潤滑劑混合併攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的所述混合料擠出造粒，即得到PBT-PA66複合材料。
步驟1)中的各原料在混合前在100℃下乾燥5小時。
步驟2)具體為，將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，其中，所述雙螺杆擠出機包括順次排布的六個溫度區，第一溫度區的溫度為170～230℃，第二溫度區的溫度為230～270℃，第三溫度區的溫度為230～270℃，第四溫度區的溫度為230～270℃，第五溫度區的溫度為230～270℃，第六溫度區的溫度為230～270℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為230～270℃，螺杆轉速為180～300r/min。
首先製備處理後的納米MoS2：
製備例1
1)稱取5克的納米MoS2加入到150ml的乙醇中，再加入2克的偶聯劑KH570；超聲波處理1-2小時，滴加醋酸調節pH值3-5之間；
2)將步驟1)的混合液移入到三口燒瓶中，在60-80℃恆溫攪拌6-8小時，冷卻後固定分離，然後在100-120℃的真空乾燥箱裡乾燥得到處理後的納米MoS2。
製備例2
1)稱取10克的納米MoS2加入到200ml的乙醇中，再加入4克的偶聯劑KH570；超聲波處理1-2小時，滴加醋酸調節pH值3-5之間；
2)將步驟1)的混合液移入到三口燒瓶中，在60-80℃恆溫攪拌6-8小時，冷卻後固定分離，然後在100-120℃的真空乾燥箱裡乾燥得到處理後的納米MoS2。
製備例3
1)稱取5克的納米MoS2加入到150ml的乙醇中，再加入4克的偶聯劑KH570；超聲波處理1-2小時，滴加醋酸調節pH值3-5之間；
2)將步驟1)的混合液移入到三口燒瓶中，在60-80℃恆溫攪拌6-8小時，冷卻後固定分離，然後在100-120℃的真空乾燥箱裡乾燥得到處理後的納米MoS2。
製備例4
1)稱取10克的納米MoS2加入到150ml的乙醇中，再加入2克的偶聯劑KH570；超聲波處理1-2小時，滴加醋酸調節pH值3-5之間；
2)將步驟1)的混合液移入到三口燒瓶中，在60-80℃恆溫攪拌6-8小時，冷卻後固定分離，然後在100-120℃的真空乾燥箱裡乾燥得到處理後的納米MoS2。
製備例5
1)稱取8克的納米MoS2加入到180ml的乙醇中，再加入3克的偶聯劑KH570；超聲波處理1-2小時，滴加醋酸調節pH值3-5之間；
2)將步驟1)的混合液移入到三口燒瓶中，在60-80℃恆溫攪拌6-8小時，冷卻後固定分離，然後在100-120℃的真空乾燥箱裡乾燥得到處理後的納米MoS2。
製備例6
1)稱取5克的納米MoS2加入到200ml的乙醇中，再加入3克的偶聯劑KH570；超聲波處理1-2小時，滴加醋酸調節pH值3-5之間；
2)將步驟1)的混合液移入到三口燒瓶中，在60-80℃恆溫攪拌6-8小時，冷卻後固定分離，然後在100-120℃的真空乾燥箱裡乾燥得到處理後的納米MoS2。
製備例7
1)稱取10克的納米MoS2加入到200ml的乙醇中，再加入3克的偶聯劑KH570；超聲波處理1-2小時，滴加醋酸調節pH值3-5之間；
2)將步驟1)的混合液移入到三口燒瓶中，在60-80℃恆溫攪拌6-8小時，冷卻後固定分離，然後在100-120℃的真空乾燥箱裡乾燥得到處理後的納米MoS2。
製備例8
1)稱取8克的納米MoS2加入到200ml的乙醇中，再加入2克的偶聯劑KH570；超聲波處理1-2小時，滴加醋酸調節pH值3-5之間；
2)將步驟1)的混合液移入到三口燒瓶中，在60-80℃恆溫攪拌6-8小時，冷卻後固定分離，然後在100-120℃的真空乾燥箱裡乾燥得到處理後的納米MoS2。
實施例1
1)稱取重量份為50份PBT、30份PA66、8份製備例1至8中任一製備例製備的處理後的納米MoS2、0.1份環氧樹脂、0.1份Irganox1330和0.4份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PBT-PA66複合材料P1，其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為190℃，第二溫度區的溫度為230℃，第三溫度區的溫度為230℃，第四溫度區的溫度為230℃，第五溫度區的溫度為230℃，第六溫度區的溫度為230℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為230℃，螺杆轉速為180r/min。
實施例2
1)稱取重量份為70份PBT、50份PA66、12份製備例1至8中任一製備例製備的處理後的納米MoS2、0.5份環氧樹脂、0.2份Irganox1330、0.3份Irganox168、0.4份硬脂酸鈣和0.4份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PBT-PA66複合材料P2，其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為230℃，第二溫度區的溫度為270℃，第三溫度區的溫度為270℃，第四溫度區的溫度為270℃，第五溫度區的溫度為270℃，第六溫度區的溫度為270℃℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為270℃，螺杆轉速為300r/min。
實施例3
1)稱取重量份為60份PBT、40份PA66、10份製備例1至8中任一製備例製備的處理後的納米MoS2、0.3份環氧樹脂、0.3份Irganox1010、0.2份硬脂酸鈣和0.4份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PBT-PA66複合材料P3，其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為200℃，第二溫度區的溫度為250℃，第三溫度區的溫度為250℃，第四溫度區的溫度為250℃，第五溫度區的溫度為250℃，第六溫度區的溫度為250℃℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為250℃，螺杆轉速為240r/min。
實施例4
1)稱取重量份為50份PBT、45份PA66、11份製備例1至8中任一製備例製備的處理後的納米MoS2、0.4份環氧樹脂、0.4份Irganox1010、0.1份Irganox1330、0.2份硬脂酸鈣和0.4份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PBT-PA66複合材料P4,其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為180℃，第二溫度區的溫度為260℃，第三溫度區的溫度為260℃，第四溫度區的溫度為260℃，第五溫度區的溫度為260℃，第六溫度區的溫度為260℃℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為260℃，螺杆轉速為250r/min。
實施例5
1)稱取重量份為55份PBT、50份PA66、12份製備例1至8中任一製備例製備的處理後的納米MoS2、0.4份環氧樹脂、0.4份Irganox1010、0.1份Irganox168、0.5份硬脂酸鈣混合併攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PBT-PA66複合材料P5,其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為180℃，第二溫度區的溫度為245℃，第三溫度區的溫度為245℃，第四溫度區的溫度為245℃，第五溫度區的溫度為245℃，第六溫度區的溫度為245℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為245℃，螺杆轉速為260r/min。
對比例1
1)稱取重量份為65份PBT、50份PA66、0.3份Irganox1010、0.1硬脂酸鈣和0.5份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PBT-PA66複合材料D1,其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為180℃，第二溫度區的溫度為260℃，第三溫度區的溫度為260℃，第四溫度區的溫度為260℃，第五溫度區的溫度為260℃，第六溫度區的溫度為260℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為260℃，螺杆轉速為260r/min。
將上述實施例1-5及對比例1製備的複合材料用注塑機製成樣條測試，測試數據如下表：
通過上表對比可看出，本發明製得的PBT-PA66複合材料較對比例中PBT-PA66相比，不但其耐摩擦性能得到了很大的提升，而且拉伸強度、懸臂梁缺口衝擊強度均很大程度上得到了提升，這大大擴展PBT-PA66複合材料的應用領域，具有非常現實的意義。
以上僅是本發明的優選實施方式的描述，應當指出，由於文字表達的有限性，而在客觀上存在無限的具體結構，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。