一種高熱變形溫度低成型周期阻燃增強PET材料及製備方法與流程

2023-06-07 02:43:46 1

本發明涉及高分子材料領域，具體是一種高熱變形溫度低成型周期阻燃增強PET材料及製備方法。

背景技術：

聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料具有很高的介電常數和電絕緣性，且該特性受溫度和溼度影響較小，因此PET材料在電工電器領域具有不錯的應用前景。

PET材料在電工電器領域使用時，通常需對其進行阻燃增強改性，以滿足強度和阻燃性能方面的要求。但是，改性PET在工程塑料改性領域，一直是一個重難點。由於PET為半結晶性聚合物，其結晶速度緩慢，導致其收縮率大，注塑成型周期長，熱變形溫度不高，無法滿足材料設計要求。在實際應用中，還帶來了脫模困難、零件脫模後偏軟和變形等諸多問題。

改性PET材料結晶慢、成型周期長的主要原因為PET的玻璃化轉變溫度Tg較高(約78℃)，在注塑成型過程中，熱的PET熔體在遇到較冷的模具型腔時，分子運動能力受到大幅抑制，導致結晶無法快速進行。

解決該問題，從注塑工藝來說，需將模溫設定在90℃以上，以利於PET結晶，但該方法對設備要求較高，能耗也大；從改性PET配方上來說，需提高PET的成核能力和降低PET的玻璃化轉變溫度Tg，即對PET進行增塑。常規的成核劑和結晶促進劑(增塑劑)有滑石粉、蒙脫土、稀土、苯甲酸鈉等，結晶促進劑有聚乙二醇、褐煤酸、乙烯基離子聚合物等。其中，最有效的為苯甲酸鈉和聚乙二醇復配體系，但它們的高效來自於其對PET的分解作用，降低了PET的玻璃化轉變溫度，在注塑過程中，存在流延明顯的問題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種高熱變形溫度低成型周期阻燃增強PET材料及製備方法，利用有機化納米改性蒙脫土協同熱致性液晶高分子作為PET的結晶成核劑，成功地使阻燃增強PET材料的熱變形溫度達到225℃，同時縮短了成型周期。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種高熱變形溫度低成型周期阻燃增強PET材料，其特徵在於，由以下重量份的原材料組成：

PET樹脂 40-55份；

玻璃纖維 25-40份；

阻燃劑 10-18份；

增韌劑 1-3份；

相容劑 0.5-1.5份；

成核劑 0.5-0.9份；

結晶促進劑 0.5-1.2份；

潤滑劑 0.2-0.6份；

抗氧劑 0.2-0.6份。

所述PET樹脂特性粘度在0.8-0.95dl/g之間。

所述玻璃纖維為直徑為7-10um的無鹼E級短切玻纖原絲。

所述阻燃劑為銻酸鈉與溴系阻燃劑以重量比1:3-5的復配，所述溴系阻燃劑為十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯或溴化環氧樹脂。

所述增韌劑為密度為0.88-0.94g/cm3、在190℃/2.16Kg下熔融指數為5-30g/10min的甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物、乙烯與甲基丙烯酸甲酯或者丙烯酸丁酯共聚物的至少一種。

所述相容劑為苯乙烯-馬來酸酐共聚物或苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物。

所述成核劑為有機納米改性蒙脫土；所述結晶促進劑為分子量在5000-20000之間的熱致性液晶高分子。

所述潤滑劑為硬脂酸季戊四醇酯、酸化聚乙烯蠟中的至少一種。

所述抗氧劑為β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯的至少一種。

本發明還提供一種高熱變形溫度低成型周期阻燃增強PET材料的製備方法，包括以下步驟：

(1)按配比，將PET樹脂、阻燃劑、增韌劑、相容劑、成核劑、結晶促進劑、抗氧劑和潤滑劑一起加入高速攪拌機中混合2-5min，得混合物料；

(2)將混合物料經過主餵料鬥加入到嚙合式平行同向雙螺杆擠出機中，並在側餵料處加入玻璃纖維，經熔融、擠出、切粒得到阻燃增強PET材料；其中，雙螺杆擠出機料筒溫度230-245℃，螺杆轉速為300-400r/min，真空度為-0.04-0.1MPa。

本發明成核劑為納米層狀蒙脫土，它與聚酯材料具有非常好的親和性，同時它的片層結構非常有利於作為聚酯結晶的晶核模板，納米蒙脫土的加入，大大降低了PET的結晶過冷度；結晶促進劑為熱致性液晶聚合物，它是一種含大量芳環的聚酯，在融融狀態下有序排列。其添加到PET材料中作為結晶促進劑，它的自發取向特性有效地對PET分子鏈進行增塑和潤滑，降低了PET材料的玻璃化轉變溫度，增加了PET材料在低溫時的結晶能力，因此降低了成型周期，獲得了很高的熱變形溫度。利用液晶高分子作為PET的結晶促進劑，極大地提高了PET的低溫結晶能力。利用本發明方法製備得到的阻燃增強PET材料具有高熱變形溫度(1.8MPa熱變形溫度可達到225℃，達到杜邦阻燃增強PET FR530相同水平)、低注塑成型周期的優異特性，在電工電器領域，它將成為斷路器、電動工具等零件外殼的理想選材。

本發明的有益效果：

1、本發明所使用的原料均來自市售，來源廣泛。液晶高分子作為結晶促進劑，添加量少，製備方法簡單，可操作性強，易於大規模工業化生產，產品極具性價比；

2、本發明製備的阻燃增強PET材料對注塑成型要求低，無需用油溫機，將模具溫度設定在90℃以上，能耗低；同時，注塑成型周期可大大縮短，效率高；

3、本發明製備的阻燃增強PET材料可滿足電工電器行業要求高耐熱和阻燃要求。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細描述。

本發明所用原料均可通過購買得到。

按照以下製備方法製備實施例1-3，各組分的配比如表1所示。

(1)按配比，將PET樹脂40-55份、阻燃劑10-18份、增韌劑1-3份、相容劑0.5-1.5份、成核劑0.5-0.9份、結晶促進劑0.5-1.2份、抗氧劑0.2-0.6份和潤滑劑0.2-0.6份一起加入高速攪拌機中混合2-5min，得混合物料；

(2)將混合物料經過主餵料鬥加入到嚙合式平行同向雙螺杆擠出機中，並在側餵料處加入25-40份的玻璃纖維，經熔融、擠出、切粒得到阻燃增強PET材料；其中，雙螺杆擠出機料筒溫度230-245℃，螺杆轉速為300-400r/min，真空度為-0.04-0.1MPa。

表1具體實施例中製備原料的組成

將上述實施例1～3製備的阻燃增強PET複合材料的密度、拉伸強度、彎曲模量、懸臂梁缺口衝擊強度、熱變形溫度、阻燃性、成型周期、玻璃化轉變溫度、體積電阻率等進行檢測，其檢測標準與性能檢測結果如表2所示。

表2複合材料性能

從表2可看出，本發明實施例1-3製備的高熱變形溫度低成型周期阻燃增強PET複合材料具有較高的機械性能、熱變形溫度和較低的成型周期，可以滿足電工電器行業對材料的性能要求。

上述的對實施例的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對實施案例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施案例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明範疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。