一種高性能纖維增強聚苯硫醚複合材料的製備方法
2023-05-20 18:00:16
一種高性能纖維增強聚苯硫醚複合材料的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種高性能纖維增強聚苯硫醚複合材料及其製備方法，包括百分比的組分：聚苯硫醚樹脂45-65%、高性能纖維20-40%、空心玻璃微珠10-20%、相容劑3-5%、偶聯劑0.5-1.5、潤滑劑0.3-1%、母粒2-4%。本實驗的優點在於：通過高性能的纖維增強和特殊的增韌體系和複合技術，大幅度的提升材料的耐高抗衝擊強度、耐腐蝕性和韌性等性能。利用該複合材料，採用模壓成型工藝和注塑成型工藝製備耐高抗衝擊、耐腐蝕的組件。
【專利說明】 一種高性能纖維增強聚苯硫醚複合材料的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高性能纖維聚苯硫醚複合材料的製備，特別是涉及一種可用於耐高抗衝擊強度、耐腐蝕的聚苯硫醚複合材料及其製備方法，可以解決聚苯硫醚用做渦輪葉片高抗衝擊強度斷裂、耐腐蝕的問題。
【背景技術】
[0002]聚苯硫醚(PPS)具有耐高溫、耐腐蝕、高強度、高絕緣、阻燃等特點，而獲得廣泛的應用，是高性能工程塑料中工業化程度最高的材料。PPS主鏈上大量存在的苯環增加了剛性，但使其衝擊韌性不高；並且無定型相的玻璃化轉變溫度較低(Tg=85°c )，使其應用受到一定的限制，通常將其與纖維進行複合，以獲得更高的強度和高溫穩定性，PPS複合材料是目前用於渦輪葉片最理想的高性能工程塑料。在工業應用中，組件的耐高衝擊強度要求很高是困擾渦輪葉片製造者的難題，目前採用的方法有:1.選用國外進口的高強度高韌性材料，但進口材料的價格偏高。2.選用添加了大量增韌劑的複合材料，雖然產品韌性上能夠滿足，但材料流動性差，難以保證成型工藝的穩定性。
[0003]工業上先後採用了各種耐腐蝕材料或耐腐蝕處理方法來製造耐腐蝕渦輪葉片，主要包括:直接採用不鏽鋼製作組件，在組件的表面襯陶瓷、襯橡膠或襯聚四氟乙烯等耐腐蝕塑料，這些方法無疑極大地改善了組件的耐腐蝕性能，但同時也存在著各自的缺點:不鏽鋼製作組件原料價格成本高，且耐腐蝕性能力不高；襯膠或襯塑組件，由於表面襯材與鑄鐵熱脹係數的差別，在受熱或受冷的過程中易造成表面襯層的分離或脫落；陶瓷組件或襯陶瓷組件韌性不足，易破壞，且製造工藝過程過於複雜。
[0004]開發高性能聚苯硫醚全塑組件，利用聚苯硫醚材料固有的耐腐蝕性,是解決組件耐腐蝕問題的一個重點。全塑料葉片是指葉片的過流組件都有工程塑料製造，全塑料葉片主要有以下優點:塑料成型過程生產率高，節約能源；可以實現進型成型，後加工量很少；材料價格低；耐腐蝕能力強，在某些情況下可代替或超過不鏽鋼和銅；與表面塗耐腐蝕層的金屬葉片相比，不存在塗層磨損和脫層的問題，耐腐蝕壽命更長。
【發明內容】
[0005]針對上述問題，本發明提出了一種高性能纖維增強聚苯硫醚複合材料，並在此基礎上提出了應用該複合材料製備組件連接處易開裂斷裂和材料耐腐蝕葉片過流組件的工藝。
[0006]本發明的目的是通過下列技術方案實現的。
[0007]一、實驗配方組分配比一種高性能纖維聚苯硫醚複合材料，包括下列重量百分子的組分:聚苯硫醚樹脂45-65%、高性能纖維20-40%、空心玻璃微珠10_20%、相容劑3_5%、偶聯劑0.5-1.5、潤滑劑
0.3-1%、母粒 2-4%ο
[0008]二、物料的選擇本實驗高性能纖維包括:短切碳纖維、短切玻纖、長纖維、天然纖維、石英纖維。
[0009]本實驗相容劑為無定型苯乙烯-丁二烯共聚物(郊)、接枝型馬來酸酐接枝苯乙烯/乙烯/苯乙烯嵌段共聚物、嵌段型丁苯共聚物(郊幻、苯乙烯三段嵌段共合物彈性體中的一種或多種復配。
[0010]本實驗偶聯劑為矽烷類偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、有機鉻絡合物偶聯劑和其他類型偶聯劑中的一種或多種復配。
[0011]三、空心玻璃微珠的選擇和作用
本發明採用空心玻璃微珠作為潤滑填料。空心玻璃微珠堅硬耐磨，且表觀密度大。大小均勻，完全規則的球形玻璃微珠將可以更有效地提高複合材料的摩擦性能，由於聚苯硫醚對空心玻璃微珠有很好的潤滑性及粘結性，與其他耐磨塑料相比，聚苯硫醚/空心玻璃微珠複合材料的相界面結構發生了很大的變化，填料與基體的結合強度較高，不易從摩擦面上脫落，耐摩性得到很大的提高。
[0012]由於空心玻璃微珠是微小的圓球，在液體的樹脂中要比片狀、針狀或不規則形狀的填料更具有良好的流動性，所以充模性能優異。更重要的是這種小微珠是各向同性的，因此不會產生因取向造成不同部位收縮率不一致的弊病，保證了產品的尺寸穩定。
[0013]由於「剛性粒子增韌效應」，空心玻璃微珠對提高聚苯硫醚的衝擊強度也有很明顯的作用。
[0014]三、高性能纖維增強聚苯硫醚複合材料的製備方法如下
將聚苯硫醚樹脂45-65%、空心玻璃微珠10-20%、相容劑3-5%和偶聯劑0.5-1.5先加入高混機中，低速攪拌1分鐘，再將潤滑劑0.3-1%和母粒2-4%加入高混機中，高速攪拌2-3分鐘；將物料置入雙螺杆擠出機中，擠出溫度控制在260-3201，通過擠拉包覆口模時添加高性能纖維；擠出料經風冷、切粒得到一種高性能纖維增強聚苯硫醚複合材料顆粒。
[0015]由於溫度低於2601易造成流動性不好造成塑化不均勻，溫度高於3201易造成原料熱分解加速所以，擠出機控制溫度在260-3201。
[0016]四、成型工藝
本發明訴述的一種高性能纖維增強聚苯硫醚複合材料，可以採用模壓成型工藝和注塑成型工藝。
[0017]注塑成型工藝為:將聚苯硫醚複合材料乾燥處理後，在螺杆注塑機中注塑成型，注塑過程中料筒溫度為290-3501，注塑壓力60-150^?，模具溫度控制在110-1501，低於1101，熔體冷卻過速易導致衝模不完全，高於1501則產品出模後收縮變形嚴重。
[0018]模壓成型工藝為:將聚苯硫醚複合材料粒料乾燥處理；乾燥後的聚苯硫醚複合材料粒料加入模具中，加熱到1301後進行一次壓，壓力為3-51？3 ；將模具加熱到310-3601後，加壓到10-3(--?進行二次壓制。模具冷卻到1301後，卸壓出模，即制的成型胚件。
[0019]本工藝乾燥處理條件為1501下乾燥2-處。當溫度低於3101，聚苯硫醚複合材料熔體流動性不好，高於3601，則長時間加熱導致聚苯硫醚複合材料流體分解嚴重。模具溫度必須降到1301出模，否則產品收縮變形嚴重。採用模壓成型的工藝，不但容易成型大型厚壁的製件，而且廣品尺寸精度聞。
[0020]從本發明的上述技術特徵可以看出，本發明的優點在於:通過用高性能的纖維增強和特殊的增韌體系和複合技術，大幅度的提升材料的耐高抗衝擊強度、耐腐蝕性和韌性等性能。利用該複合材料，採用模壓成型工藝和注塑成型工藝製備耐腐蝕渦輪葉片的組件。另外，本發明一種高性能纖維聚苯硫醚複合材料的熔體流動性好易注塑成型。
【具體實施方式】
[0021]下面通過實施例對本發明涉及的技術方案進行一步描述，但不作為對本發明保護範圍的限制。
[0022]實施例1
一種高性能纖維複合材料採用下列重量百分比的組分:聚苯硫醚樹脂50%、空心玻璃微珠12%、馬來酸酐接枝苯乙烯/乙烯/苯乙烯嵌段共聚物3%、矽烷偶聯劑(KH550) 0.8%、矽酮母粒(ST-LS100) 0.5%和母粒4%。
[0023]按照上述配比稱取相應的原料，其中，聚苯硫醚應於120°C鼓風乾燥處理4h，空心玻璃微珠大小為2微米，用矽烷偶聯劑(KH550)處理乾燥。聚苯硫醚樹脂、空心玻璃微珠、相容劑和偶聯劑先加入高混機中，低速攪拌I分鐘，再將潤滑劑和母粒加入高混機中，高速攪拌2-3分鐘；將物料置入雙螺杆擠出機中經熔融擠出造粒，擠出工藝為:一段溫度295°C、二段溫度300°C、三段溫度305°C、四段溫度315°C、五段溫度315°C、機頭溫度320°C。主機頻率:40Hz ;餵料頻率:10Hz ;從側餵料口加入高性能纖維，含量控制在35%、切粒機轉速:450r/min ;將擠出的物料冷卻，送入切粒機中切粒，將切好的粒子打包，即得到一種高性能纖維聚苯硫醚複合材料。
[0024]應用上述聚苯硫醚複合材料，採用注塑成型工藝製備耐腐蝕、耐高抗衝擊渦輪葉片過流組件，其過程為:將聚苯硫醚複合材料置於乾燥箱中在150°C下乾燥2h後，在螺杆注塑機中注塑成型，注塑過程中料筒溫度為:300°C，螺杆轉速為75ppm，注塑壓力為130MPa，模具溫度控制在130°C。
[0025]實施例2
一種高性能纖維複合材料採用下列重量百分比的組分:聚苯硫醚樹脂62%、空心玻璃微珠15%、馬來酸酐接枝苯乙烯/乙烯/苯乙烯嵌段共聚物4%、矽烷偶聯劑(KH550) 0.6%、矽酮母粒(ST-LS100) 0.6%和母粒4%。
[0026]按照上述配比稱取相應的原料，其中，聚苯硫醚應於120°C鼓風乾燥處理4h，空心玻璃微珠大小為18微米，用矽烷偶聯劑(KH550)處理乾燥。聚苯硫醚樹脂、空心玻璃微珠、相容劑和偶聯劑先加入高混機中，低速攪拌I分鐘，再將潤滑劑和母粒加入高混機中，高速攪拌2-3分鐘；將物料置入雙螺杆擠出機中經熔融擠出造粒，擠出工藝為:一段溫度295°C、二段溫度300°C、三段溫度305°C、四段溫度315°C、五段溫度315°C、機頭溫度320°C。主機頻率:40Hz ;餵料頻率:10Hz ;從側餵料口加入高性能纖維，含量控制在25%、切粒機轉速:450r/min ;將擠出的物料冷卻，送入切粒機中切粒，將切好的粒子打包，即得到一種高性能纖維聚苯硫醚複合材料。
[0027]應用上述聚苯硫醚複合材料，採用模壓成型工藝製備耐高抗衝擊強度、耐腐蝕性渦輪葉片過流組件，主要包括以下步驟:
將聚苯硫醚複合材料在150°C下乾燥2h ;乾燥後的聚苯硫醚複合材料料粒加入模具中，加熱到130°C後進行一次壓，壓力為3MPa ;將模具加熱到320°C後，加壓到15MPa進行二次壓制。模具冷卻到130°C後，卸壓出模，即制的成型肝件。
[0028]實施例3
一種高性能纖維複合材料採用下列重量百分比的組分:聚苯硫醚樹脂45%、空心玻璃微珠10%、馬來酸酐接枝苯乙烯丨乙烯丨苯乙烯嵌段共聚物5%、矽烷偶聯劑(1(11550) 1.0%、矽酮母粒(31'-[3100) 0.8%和母粒3%。
[0029]按照上述配比稱取相應的原料，其中，聚苯硫醚應於1201鼓風乾燥處理處，空心玻璃微珠大小為32微米，用矽烷偶聯劑(1(11550)處理乾燥。聚苯硫醚樹脂、空心玻璃微珠、相容劑和偶聯劑先加入高混機中，低速攪拌1分鐘，再將潤滑劑和母粒加入高混機中，高速攪拌2-3分鐘；將物料置入雙螺杆擠出機中經熔融擠出造粒，擠出工藝為:一段溫度3001、二段溫度3051、三段溫度3101、四段溫度3151、五段溫度3201、機頭溫度3251。主機頻率:40取；餵料頻率:10取；從側餵料口加入高性能纖維，含量控制在40%、切粒機轉速:4501-/111111 ；將擠出的物料冷卻，送入切粒機中切粒，將切好的粒子打包，即得到一種高性能纖維聚苯硫醚複合材料。
[0030]應用上述聚苯硫醚複合材料，採用注塑成型工藝製備耐腐蝕、耐高抗衝擊渦輪葉片過流組件，其過程為:將聚苯硫醚複合材料置於乾燥箱中在1501下乾燥41！後，在螺杆注塑機中注塑成型，注塑過程中料筒溫度為:2901，螺杆轉速為80卯!II，注塑壓力為140即3，模具溫度控制在1401。
[0031]實施例4
一種高性能纖維複合材料採用下列重量百分比的組分:聚苯硫醚樹脂60%、空心玻璃微珠10%、馬來酸酐接枝苯乙烯丨乙烯丨苯乙烯嵌段共聚物4%、矽烷偶聯劑(1(11550) 0.8%、矽酮母粒(31'-[3100) 1.0%和母粒3%。
[0032]按照上述配比稱取相應的原料，其中，聚苯硫醚應於1201鼓風乾燥處理處，空心玻璃微珠大小為32微米，用矽烷偶聯劑(1(11550)處理乾燥。聚苯硫醚樹脂、空心玻璃微珠、相容劑和偶聯劑先加入高混機中，低速攪拌1分鐘，再將潤滑劑和母粒加入高混機中，高速攪拌2-3分鐘；將物料置入雙螺杆擠出機中經熔融擠出造粒，擠出工藝為:一段溫度2951、二段溫度3001、三段溫度3051、四段溫度3151、五段溫度3151、機頭溫度3201。主機頻率:35取；餵料頻率:13取；從側餵料口加入高性能纖維，含量控制在30%、切粒機轉速:4801-/111111 ；將擠出的物料冷卻，送入切粒機中切粒，將切好的粒子打包，即得到一種高性能纖維聚苯硫醚複合材料。
[0033]應用上述聚苯硫醚複合材料，採用模壓成型工藝製備耐高抗衝擊強度、耐腐蝕性渦輪葉片過流組件，主要包括以下步驟:
將聚苯硫醚複合材料在1501下乾燥41！；乾燥後的聚苯硫醚複合材料料粒加入模具中，加熱到1501後進行一次壓，壓力為41？3 ；將模具加熱到3101後，加壓到181？3進行二次壓制。模具冷卻到1501後，卸壓出模，即制的成型肝件。
【權利要求】
1.一種高性能纖維增強聚苯硫醚複合材料，其特徵在於包括下列重量百分比的組分:聚苯硫醚樹脂45-65%、高性能纖維20-40%、玻璃微珠10_20%、相容劑3_5%、偶聯劑0.5-1.5%、潤滑劑 0.3-1%、母粒 2-4%。
2.如權利要求1所述的一種高性能纖維增強聚苯硫醚複合材料，其特徵在於:所述的高性能纖維包括:短切碳纖維、短切玻纖、長纖維、天然纖維、石英纖維。
3.如權利要求1所述的一種高性能纖維增強聚苯硫醚複合材料，其特徵在於:所述的相容劑為無定型苯乙烯-丁二烯共聚物(SB)、接枝型馬來酸酐接枝苯乙烯/乙烯/苯乙烯嵌段共聚物、嵌段型丁苯共聚物(SBS)、苯乙烯三段嵌段共合物彈性體中的一種或多種復配。
4.如權利要求1所述的一種高性能纖維增強聚苯硫醚複合材料，其特徵在於:所述的偶聯劑為矽烷類偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、有機鉻絡合物偶聯劑和其他類型偶聯劑中的一種或多種復配。
5.如權利要求1所述的一種高性能纖維增強聚苯硫醚複合材料的應用，其特徵在於:該聚苯硫醚複合材料用於製備耐高抗衝擊強度、耐腐蝕的組件。
【文檔編號】C08K7/28GK104419206SQ201310372289
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月24日 優先權日:2013年8月24日
【發明者】郝大全, 魯建新, 賈宇衝 申請人:黑龍江鑫達企業集團有限公司