低翹曲聚酯聚酮複合材料及其生產方法與流程
2023-07-18 13:11:21 2
本發明涉及有機高分子材料領域，具體地說是一種低翹曲聚酯聚酮複合材料及其生產方法。
背景技術：
我們知道，在手機、IPAD等消費電子電器領域中，產品內部結構性骨架材料已經實現了塑料代替金屬的轉變，其加工成型、模具設計與製造都相對的比採用金屬材料具有更大優勢，並節約成本，縮短加工時間，提升了行業的進步。但是在結構性骨架材料的選擇方面，國外新材料公司佔據著大部分的市場份額。而國內的替代材料研發處於落後階段，在關鍵的性能方面與國外材料仍然存在差距。內部骨架材料除了需要滿足UL94垂直燃燒測試和耐熱性要求外，還需要滿足低翹曲特性，尺寸穩定性好，表面光滑，加工成型容易等要求，這樣才能夠保證手機製作加工過程的需要和客戶使用的安全性要求。因此開發能夠替代進口的具有低翹曲性、良好尺寸穩定性、耐熱性和高光澤度的結構性骨架材料是必要的。
技術實現要素：
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種低翹曲聚酯聚酮複合材料及其生產方法，生產異型玻璃纖維增強的阻燃PET/POK合金材料，通過材料選擇，配方優化，工藝調整，生產出具有適當的流動性能、力學性能優異、耐熱性高、灼熱絲測試滿足750℃、2秒不起燃的要求，適用於高溫高溼等苛刻條件下，用於電子電器插座內架、變壓器外殼等的原料。
本發明解決上述技術問題採用的技術方案是：一種低翹曲聚酯聚酮複合材料，其特徵在於，採用聚對苯二甲酸乙二醇酯、脂肪族聚酮、異型玻璃纖維、相容劑、聚溴化苯乙烯、銻酸鈉、抗滴落劑、羧酸鹽成核劑、成核劑復配物和抗氧劑為原料製備而成，它可以用下述方法製得：乾燥、混合、擠出、切粒，最後製成低翹曲增強阻燃合金材料，原料組成以重量百分比計算包括：聚對苯二甲酸乙二醇酯40~45%、脂肪族聚酮5%~10%、異型玻璃纖維22~30%、相容劑5~8%、聚溴化苯乙烯6~10%、銻酸鈉3~5%、抗滴落劑0.2~1%、羧酸鹽成核劑0.2~0.8%、成核劑復配物0.2~0.8%和抗氧劑0.3~0.5%。
各原料以重量百分比計的優選範圍為，聚對苯二甲酸乙二醇酯42~45%、脂肪族聚酮8%~10%、異型玻璃纖維27~30%、相容劑5~6%、聚溴化苯乙烯8~10%、銻酸鈉3~4%、抗滴落劑0.2~0.8%、羧酸鹽成核劑0.2~0.6%、成核劑復配物0.2~0.4%和抗氧劑0.3~0.4%。
所述異型玻璃纖維，直徑為0.5～1.0μm，長度為20～80μm。
所述的相容劑是甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯的共聚物或聚丙烯接枝馬來酸酐。
所述的成核劑為以碳鏈長C28-C32為主要成分的長鏈線性飽和羧酸鈉鹽和有機成分和無機成分成核助劑的優化混合物。
所述的抗氧劑為空間受阻酚抗氧劑和膦酸鹽的增效混合物。
一種製造前述低翹曲聚酯聚酮複合材料的方法，其特徵在於包括下述步驟：1）將聚對苯二甲酸乙二醇酯130℃乾燥6小時，將脂肪族聚酮100℃乾燥6小時，兩種原料水分含量保證在0.00%以下；2）將前述乾燥好的聚對苯二甲酸乙二醇酯倒入1#失重稱中；3）將前述乾燥好的脂肪族聚酮倒入高速混合機中，低速攪拌，攪拌同時加入相容劑、聚溴化苯乙烯、銻酸鈉、抗滴落劑、羧酸鹽成核劑、成核劑復配物以及抗氧劑；混合完成後倒入2#失重稱中；最後將1#、2#失重稱中的原料，按照前述的餵料比例加入雙螺杆擠出機中共混擠出，異型玻璃纖維在擠出機第7區，利用側餵料強制加入；擠出機共混加工溫度為255~280℃，螺杆轉速為300~400r/min，產物經過水冷、切粒製得。
本發明的有益效果是，生產的異型玻璃纖維增強阻燃PET/POK合金材料具有良好的流動性、高灼熱絲性能，高耐熱性能和力學性能，並且生產工藝簡單。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步的描述：
實施例：
首先，將聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）130℃乾燥6小時、倒入失重稱中。其次脂肪族聚酮100℃乾燥6小時，將乾燥好的脂肪族聚酮和其他助劑倒入高速混合機中，低速攪拌，混合均勻後倒入失重稱中，然後通過雙螺杆擠出機共混擠出。異型玻璃纖維在第7區通過側餵料強制加入。共混加工溫度為265-280℃，螺杆轉速為350r/min，產物經過擠出、水冷，切粒。將生產出的材料在130℃乾燥4小時，然後在注塑機上製備標準力學性能測試樣條。注塑壓力60-90Mpa，料筒溫度245-260℃，模具溫度80℃，注塑周期40s。具體實施例1-5的原料配比（質量百分數）見表一：
表一
PET/POK合金材料樣條的力學性能按照國家標準進行測試，灼熱絲按照國標並結合客戶要求測試，合金的各項性能見表二：
表二
本發明所有的原材料，聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、脂肪族聚酮（POK）、異型玻璃纖維、相容劑、聚溴化苯乙烯、銻酸鈉、抗滴落劑，羧酸鹽成核劑、成核劑復配物以及抗氧劑等以合適的比例相互配合、協同作用，使得利用本發明製備的PET/POK合金材料具有以下優良性能：
1、良好的加工性能和表面光澤度
在本PET/POK合金材料中，因為對PET粘度和POK熔體質量流動速率的選擇，使得材料具有優良的加工流動性能。在255-280℃即可以方便的加工成型，有很好的工藝適應性、穩定性與重現性，能夠適應結構複雜模具、較薄製品以及產品的連續生產。同時，採用異型玻璃纖維代替傳統的增強填充材料—玻璃纖維。異型玻璃纖維在樹脂中能夠均勻的分散，大大降低了對設備的摩擦，提高了加工的流動性和製品表面的光澤度。
2、優異的力學性能
本發明的組分中添加了少量的脂肪族聚酮（POK），POK是一種分子主鏈由碳氫通過高結晶形成緊密結晶結構的工程塑料，具有優異的耐化學性、耐水解穩定性、高阻隔性、低吸水率和良好的加工流動性。與PET二者進行共混，可以顯著改善PET樹脂的抗衝擊性能、水分敏感性及綜合力學性能。但是由於二者屬於不相容體系，通過添加相容劑，可以在各個組分合適比例協同作用下，在PET與POK之間起到表面活性劑的作用，發生一定的化學反應，促進PET與POK之間的結合，使合金材料的拉伸強度和衝擊強度提高。
體系中選擇異型玻璃纖維增強樹脂，是由於異型玻璃纖維是一種纖維狀的單晶，其與普通玻璃纖維相比較，斷面為橢圓形、三角形等，幾乎不存在任何缺陷，具有極高的長徑比，其與基體樹脂的結合力好，無玻璃纖維外漏的問題，纖維的橫縱取向對製品的翹曲性影響小。
3、高灼熱絲性能和良好的環境友好性
本發明採用溴-銻阻燃劑復配的方式，提高體系的阻燃性能。阻燃劑復配技術可以綜合兩種或兩種以上阻燃劑的長處，使其性能互補，達到降低阻燃劑的用量、提高材料阻燃性能、加工性能及物理機械性能等目的。本發明採用聚溴化苯乙烯、銻酸鈉以及抗滴落劑三者復配改善體系的阻燃性能，進而達到較高要求的阻燃性能。同時，配方中使用部分POK，加速材料在受熱起燃後的成炭速率，在材料表面形成炭層，有效阻隔熱的傳遞並隔絕氧氣。
總之，溴-銻系阻燃劑的復配，POK以及異型玻璃纖維的綜合應用，保證了材料的阻燃性能、高灼熱絲性能、低翹曲性和高光澤度。
上述聚對苯二甲酸乙二醇（PET）樹脂在材料組合物中為主要樹脂，含量不可以過低，否則影響材料的基本性能和成本；
脂肪族聚酮（POK）樹脂在材料組合物中為主要樹脂，主要作用為：1）聚酮燃燒時氫原子和酮基反應生成水，積碳層覆蓋表面使其與氧和熱隔離，加強合金材料整體的阻燃性，同時降低合金體系阻燃劑的用量，提升性能；2）高結晶度的聚酮有助於縮短成型周期。
溴-銻系阻燃劑為目前通用的效果最好的聚溴化苯乙烯和銻酸鈉，其兩者配合使用，在高溫下形成溴化氫氣體作為氣源，阻隔材料與氧氣的接觸，起主要的阻燃作用。
抗滴落劑為聚四氟乙烯粉料或母料，協同發揮阻燃作用，防止材料滴落引燃。各種阻燃劑的復配加和作用，使材料同時達到UL94V0級阻燃的要求和高灼熱絲的要求。
羧酸鹽成核劑為以碳鏈長C28-C32為主要成分的長鏈線性飽和羧酸鈉鹽。
成核劑復配物為有機成分和無機成分成核助劑的優化混合物。
相容劑用來增加PET、POK和異形玻璃纖維三種材料的相容性，以獲得性能更佳的合金材料，相容劑是甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯的共聚物（MMA-GMA）或聚丙烯接枝馬拉酸酐，提高合金體系的相容性，改善合金的抗衝擊性能。
抗氧劑為空間受阻酚抗氧劑和膦酸鹽的增效混合物。