CN103408905A - 一种pbt复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于复合材料技术领域，提供了一种PBT复合材料及其制备方法，所述PBT复合材料包含按重量份数计的下列组份：热塑性聚酯弹性体（TPEE）5～35份，PBT10～82份，增强剂5～35份，阻燃剂5～25份，相容剂3～7份，偶联剂0.1～2份。本发明通过加入热塑性聚酯弹性体使PBT复合材料的耐低温性能得到明显增强，同时通过相容剂和偶联剂对热塑性聚酯弹性体、PBT、增强剂及阻燃剂之间的相容性进行改性，有效地消除了增强剂和阻燃剂对复合材料耐低温性能的影响，实现了PBT复合材料同时具有耐低温性能、阻燃性能以及高强度性能。另外，制备PBT复合材料时只需将相应组份分步混合后熔融挤出，工艺简单，成本低廉，生产效益高，非常适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种PBT复合材料及其制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）具有优良的热稳定性、耐蠕变性、电绝缘性和阻燃性等特点，是一种性能优异的通用工程塑料，自问世以来迅速在发达国家形成产业化生产，且技术持续发展。未改性PBT性能不佳，实际应用要对PBT进行改性，其中，玻璃纤维增强改性牌号占PBT的70%以上。PBT增强材料性能优良，目前已经是较为广泛的应用。主要是制作电子电器、汽车、机械设备以及精密仪器的零部件，已取代铜、锌、铝及铁铸件等金属材料和热固性塑料以及一些热塑性的塑料。普通PBT增强材料虽然具有一定的耐寒性，然而在实际生产应用中，仍无法满足耐低温（-40℃以下）要求。此外为了保证PBT复合材料的阻燃性能，需要在复合材料中加入一定量的阻燃剂。然而，阻燃剂与PBT树脂之间的相容性较差。在加入阻燃剂后，PBT复合材料的耐低温性能会更加难以保证。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种同时具有耐低温性能及阻燃性能的PBT复合材料。
本发明实施例是这样实现的，一种PBT复合材料，包含按重量份数计的下列组份：
本发明实施例的另一目的在于提供一种制备上述PBT复合材料的方法，包括以下步骤：
按如下重量份数称取热塑性聚酯弹性体5～35份，PBT10～82份，增强剂5～35份，阻燃剂5～25份，相容剂3～7份，偶联剂0.1～2份；
将所述阻燃剂和偶联剂混合，得到第一混合物；
将所述第一混合物、PBT及干燥处理后的热塑性聚酯弹性体、相容剂混合，得到第二混合物；
将所述第二混合物熔融挤出处理，得到PBT复合材料，其中所述增强剂采用侧喂料的方式加入。
本发明实施例通过加入热塑性聚酯弹性体使PBT复合材料的耐低温性能得到明显增强，同时通过相容剂和偶联剂对热塑性聚酯弹性体、PBT、增强剂及阻燃剂之间的相容性进行改性，有效地消除了增强剂和阻燃剂对复合材料耐低温性能的影响，实现了PBT复合材料同时具有耐低温性能、阻燃性能以及高强度性能。另外，制备PBT复合材料时只需将相应组份分步混合后熔融挤出，工艺简单，成本低廉，生产效益高，非常适于工业化生产。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例通过加入热塑性聚酯弹性体使PBT复合材料的耐低温性能 得到明显增强，同时通过相容剂和偶联剂对热塑性聚酯弹性体、PBT、增强剂及阻燃剂之间的相容性进行改性，有效地消除了增强剂和阻燃剂对复合材料耐低温性能的影响，实现了PBT复合材料同时具有耐低温性能、阻燃性能以及高强度性能。另外，制备PBT复合材料时只需将相应组份分步混合后熔融挤出，工艺简单，成本低廉，生产效益高，非常适于工业化生产。
本发明实施例提供的PBT复合材料包含按重量份数计的下列组份：热塑性聚酯弹性体（TPEE）5～35份，PBT10～82份，增强剂5～35份，阻燃剂5～25份，相容剂3～7份，偶联剂0.1～2份。由此可知，本发明实施例通过热塑性聚酯弹性体对PBT进行改性，使PBT复合材料的耐低温性能得到有效地提升；同时加入增强剂和阻燃剂对复合材料的阻燃性能进行改性，极大地提升了机械性能及阻燃性能。由于增强剂和阻燃剂与PBT及热塑性聚酯弹性体之间的相容性较低，会使得PBT与热塑性聚酯弹性体组合物的耐低温性能下降。此处通过添加相容剂，使热塑性聚酯弹性体与PBT之间的相容性获得明显改善，同时消除了热塑性聚酯弹性体与PBT共混时出现的相分离现象，还提高了阻燃剂与热塑性聚酯弹性体及PBT之间的相容性，如此有效地消除了阻燃剂对复合材料耐低温性能的影响，实现复合材料既具有良好的耐低温性能又具有优良的阻燃性能。此外，偶联剂的加入使复合材料各组份之间产生一定程度的交联，进一步提升体系的相容性，从而提高复合材料的耐温性能及机械性能。因而，本发明实施例提供的PBT复合材料在电子器件、汽车中将有广泛的应用。无卤阻燃剂一方面使复合材料的阻燃性能增强，但另一方面使复合材料的相容性下降，耐低温性能降低，因此无卤阻燃剂的用量对复合材料的性能起到非常大的影响。通过实验发现，在上述的10～20份范围内，既能够保证复合材料的阻燃性能，又能够最有效的防止无卤阻燃剂对复合材料耐低温性能的影响。
其中，所述PBT复合材料还包含分散剂，优选硅酮化合物，如美国道康宁公司的MB50-007、MB50-017、MB50-315等，按重量份数计为0.1～2份。通过加入分散剂，能够有效防止无卤阻燃剂团聚，增强体系的整体相容性，提升PBT 复合材料整体性能。所述阻燃剂优选为无卤阻燃剂，该无卤阻燃剂一方面使复合材料的阻燃性能增强，但另一方面使复合材料的相容性下降，耐低温性能降低，因此无卤阻燃剂的用量对复合材料的性能起到非常大的影响。经实验发现，在添加5～25重量份的无卤阻燃剂后，既能够保证复合材料的阻燃性能，又能够有效地消除无卤阻燃剂对复合材料耐低温性能的影响。所述增强剂优选为玻璃纤维。所述无卤阻燃剂选自磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂或磷氮系阻燃剂中的一种或两种以上。所述玻璃纤维优选为用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或高分子接枝物处理过的玻璃纤维，其单纤维直径为8～20微米。所述相容剂优选为马来酸酐苯乙烯共聚物（SMA），SMA分子链上含有酸酐官能团，可同时与PBT或TPEE的端基反应，使得热塑性聚酯弹性体与PBT之间的相容性大大增加，从而也使整个体系的相容性增加。所述偶联剂优选由硅烷偶联剂与多官能团活性化合物复配得到的偶联剂。所述硅烷偶联剂与多官能团活性化合物的复配比为1:1～1:3，优选比例为1：2；所述硅烷偶联剂优选为环氧基硅烷偶联剂，如KH-560；多官能团活性化合物优选为多官能团环氧化合物的环氧基团，如Basf公司的ADR-4370。该复配偶联剂具有环氧活性基团，可与复合材料中的PBT及聚氨酯等的羟基、氨基等活性基团发生反应，与前述马来酸酐苯乙烯共聚物（SMA）相互配合，能够显著改善热塑性聚酯弹性体、PBT及无卤阻燃剂共混相分离现象，使本PBT复合材料既具有优良的耐低温性能，又具有较好的阻燃性能。另外，该复配偶联剂的存在使复合材料在熔融挤出时发生轻微的交联反应，增强复合材料的机械性能。所述PBT选自特性粘度为0.8～1.1的PBT树脂。
本发明实施例中所述热塑性聚酯弹性体是指热可塑性聚酯型弹性体，可以选自市售产品，例如，杜邦公司生产的TPEE7246及6356等。所述PBT优选特性粘度为0.8～1.1的PBT树脂，例如，长春公司生产的PBT1100。所述磷系阻燃剂选用克莱恩公司生产的无卤阻燃剂OP1240，磷氮系阻燃剂选用英国普赛呋公司生产的磷氮系阻燃剂300A，硅系阻燃剂选用日本钟渊公司生产的硅系 阻燃剂MR01。复配无卤阻燃剂为OP1240、300A及MR01中两种复配得到，其中OP1240用量（按重量份数）为0-18份，300A用量为0-18份，MR01用量为0-2份。所述硅酮化合物，如美国道康宁公司的MB50-007、MB50-017、MB50-315等。通过加入分散剂，能够有效防止上述无卤阻燃剂团聚，增强体系的整体相容性，实现PBT复合材料整体性能的提升。
本发明实施例提供的制备上述PBT复合材料的方法包括以下步骤：按如下重量份数称取热塑性聚酯弹性体5～35份，PBT10～82份，增强剂5～35份，阻燃剂5～25份，相容剂3～7份，偶联剂0.1～2份；将所述阻燃剂和偶联剂混合，得到第一混合物；将所述第一混合物、PBT及干燥处理后的热塑性聚酯弹性体、相容剂混合，得到第二混合物；将所述第二混合物熔融挤出处理，得到PBT复合材料，其中所述增强剂采用侧喂料的方式加入。本发明实施例PBT复合材料制备方法，操作简单，成本低廉，非常适于工业化生产。
其中，所述热塑性聚酯弹性体、相容剂在80～100℃烘箱干燥处理3～4小时。所述第二混合物经单螺杆挤出机或双螺杆挤出机熔融挤出处理，挤出工艺条件如下：一区温度为180-210℃，二区温度为190-220℃，三区温度为190-220℃，四区温度为190-220℃，机头为200-220℃，主机转速为420-460转/分钟，压力为12-18MPa。
以下结合具体实施例对上述PBT复合材料及其制备方法进行详细阐述。
实施例1
本发明实施例PBT复合材料，包括如下重量份数的组份：
热塑性聚酯弹性体（TPEE7246）5份；PBT110082份；玻璃纤维5份；相容剂（SMA）3份；KH-5600.1份，ADR-43700.1份；OP12409份，MR011份；分散剂（MB50-007）0.1份。其中，KH-560与ADR-4370复配形成偶联剂，OP1240与MR01复配形成无卤阻燃剂。
本发明实施例PBT复合材料制备方法，包括以下步骤：
a：按上述重量份数称取各组份，先将热塑性聚酯弹性体、相容剂在45℃ 真空干燥箱干燥3-4小时；
b：将无卤阻燃剂、偶联剂在高速混合器中混合均匀，得到第一混合物；
c：向第一混合物中加入该PBT树脂、分散剂及步骤a干燥好的热塑性聚酯弹性体、相容剂，继续混合至均匀，得到第二混合物；
d：将步骤c中混合好的第二混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经过熔融挤出，造粒；玻璃纤维采用侧喂料方式加入；双螺杆挤出机一区温度180℃，二区温度190℃，三区温度190℃，四区温度200℃，机头220℃，主机转速为450转/分钟，压力为18MPa。
实施例2
本发明实施例PBT复合材料，包括如下重量份数的组份：
热塑性聚酯弹性体（TPEE6356）15份；PBT110045份；玻璃纤维10份；相容剂（SMA）4份；KH-5600.3份，ADR-43700.6份；OP124018份，300A6份，MR011份；分散剂（MB50-007）0.5份。其中，KH-560与ADR-4370复配形成偶联剂，OP1240、300A与MR01复配形成无卤阻燃剂。
本发明实施例PBT复合材料制备方法，包括以下步骤：
a：按上述重量份数称取各组份，先将热塑性聚酯弹性体、相容剂在45℃真空干燥箱干燥3-4小时；
b：将无卤阻燃剂、偶联剂在高速混合器中混合均匀，得到第一混合物；
c：向第一混合物中加入该PBT树脂、分散剂及步骤a干燥好的热塑性聚酯弹性体、相容剂，继续混合至均匀，得到第二混合物；
d：将步骤c中混合好的第二混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经过熔融挤出，造粒；玻璃纤维采用侧喂料方式加入；双螺杆挤出机一区温度180℃，二区温度190℃，三区温度200℃，四区温度210℃，机头220℃，主机转速为450转/分钟，压力为18MPa。
实施例3
本发明实施例PBT复合材料，包括如下重量份数的组份：
热塑性聚酯弹性体（TPEE6356）25份；PBT110028份；玻璃纤维20份；相容剂（SMA）5份；KH-5600.5份，ADR-43700.5份；300A18份，MR012份；分散剂（MB50-007）1份。其中，KH-560与ADR-4370复配形成偶联剂，300A与MR01复配形成无卤阻燃剂。
本发明实施例PBT复合材料制备方法，包括以下步骤：
a：按上述重量份数称取各组份，先将热塑性聚酯弹性体、相容剂在45℃真空干燥箱干燥3-4小时；
b：将无卤阻燃剂、偶联剂在高速混合器中混合均匀，得到第一混合物；
c：向第一混合物中加入该PBT树脂、分散剂及步骤a干燥好的热塑性聚酯弹性体、相容剂，继续混合至均匀，得到第二混合物；
d：将步骤c中混合好的第二混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经过熔融挤出，造粒；玻璃纤维采用侧喂料方式加入；其工艺条件为：双螺杆挤出机一区温度190℃，二区温度190℃，三区温度190℃，四区温度200℃，机头210℃，主机转速为450转/分钟，压力为18MPa。
实施例4
本发明实施例PBT复合材料，包括如下重量份数的组份：
热塑性聚酯弹性体（TPEE7246）30份；PBT110015份；玻璃纤维35份；相容剂（SMA）4份；KH-5600.5份，ADR-43701份；OP12404份，300A10份，MR011份；分散剂（MB50-007）1.5份。其中，KH-560与ADR-4370复配形成偶联剂，OP1240、300A与MR01复配形成无卤阻燃剂。
本发明实施例PBT复合材料制备方法，包括以下步骤：
a：按上述重量份数称取各组份，先将热塑性聚酯弹性体、相容剂在45℃真空干燥箱干燥3-4小时；
b：将无卤阻燃剂、偶联剂在高速混合器中混合均匀，得到第一混合物；
c：向第一混合物中加入该PBT树脂、分散剂及步骤a干燥好的热塑性聚酯弹性体、相容剂，继续混合至均匀，得到第二混合物；
d：将步骤c中混合好的第二混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经过熔融挤出，造粒；玻璃纤维采用侧喂料方式加入；其工艺条件为：双螺杆挤出机一区温度180℃，二区温度185℃，三区温度195℃，四区温度205℃，机头215℃，主机转速为450转/分钟，压力为18MPa。
实施例5
本发明实施例PBT复合材料，包括如下重量份数的组份：
热塑性聚酯弹性体（TPEE6356）35份；PBT110010份；玻璃纤维35份；相容剂（SMA）7份；KH-5600.5份，ADR-43701.5份；OP124010份，MR012份；分散剂（MB50-007）2份。其中，KH-560与ADR-4370复配形成偶联剂，OP1240与MR01复配形成无卤阻燃剂。
本发明实施例PBT复合材料制备方法，包括以下步骤：
a：按上述重量份数称取各组份，先将热塑性聚酯弹性体、相容剂在45℃真空干燥箱干燥3-4小时；
b：将无卤阻燃剂、偶联剂在高速混合器中混合均匀，得到第一混合物；
c：向第一混合物中加入该PBT树脂、分散剂及步骤a干燥好的热塑性聚酯弹性体、相容剂，继续混合至均匀，得到第二混合物；
d：将步骤c中混合好的第二混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经过熔融挤出，造粒；玻璃纤维采用侧喂料方式加入；其工艺条件为：双螺杆挤出机一区温度200℃，二区温度200℃，三区温度200℃，四区温度200℃，机头200℃，主机转速为450转/分钟，压力为12MPa。
性能测试
拉伸强度按ASTM D-638标准进行检验。样条尺寸（mm）：165（长）×19（端部宽度）×3.05（厚度），拉伸速度为50mm/min；
弯曲强度和弯曲模量按标准ASTM D-790进行检验。试样尺寸（mm）：127×12.67×3.67，跨度为48，弯曲速度为20mm/min；
缺口冲击强度按ASTM D-256标准进行检验。试样尺寸（mm）：63.5×12.45 ×3.1；缺口剩余厚度为1.9mm；低温性能测试：将试样于-40℃烘箱放置4小时后立即测试缺口冲击强度。
热变形温度按ASTM-648进行检验。试样尺寸（mm）：128×13×6.4，最大变形量为0.25；
阻燃按UL-94标准进行测试，垂直燃烧。试样尺寸（mm）：127×13×2.86，1.67，0.8。
实施例1～5配比及材料性能详见下表。
从上表可以看出，随体系中TPEE树脂的比例增大，低温冲击强度得到有效提升，表明TPEE能提高PBT材料的耐低温性能。另一方面，相容剂及偶联剂的加入，使复合材料体系的相容性得到有效提升。最终所获得的PBT复合材料具有优异的耐低温性能（如上表所示）。另外可以看出，本发明采用的复配无卤阻燃剂能有效地提高复合材料的阻燃性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种PBT复合材料，包含按重量份数计的下列组份：
2.如权利要求1所述的PBT复合材料，其特征在于，还包含分散剂，其按重量份数计为0.1～2份。
3.如权利要求1或2所述的PBT复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为无卤阻燃剂，所述增强剂为玻璃纤维。
4.如权利要求3所述的PBT复合材料，其特征在于，所述无卤阻燃剂选自磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂或磷氮系阻燃剂中的一种或两种以上。
5.如权利要求3所述的PBT复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或高分子接枝物处理过的玻璃纤维，其单纤维直径为8～20微米。
6.如权利要求1或2所述的PBT复合材料，其特征在于，所述偶联剂由硅烷偶联剂与多官能团活性化合物复配得到。
7.如权利要求6所述的PBT复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂与多官能团活性化合物的复配比为1:1～1:3，所述硅烷偶联剂为环氧基硅烷偶联剂，多官能团活性化合物为多官能团环氧化合物的环氧基团。
8.如权利要求1或2所述的PBT复合材料，其特征在于，所述PBT系特性粘度为0.8～1.1的PBT树脂。
9.一种制备如权利要求1所述的PBT复合材料的方法，包括以下步骤：
按如下重量份数称取热塑性聚酯弹性体5～35份，PBT10～82份，增强剂5～35份，阻燃剂5～25份，相容剂3～7份，偶联剂0.1～2份；
将所述阻燃剂和偶联剂混合，得到第一混合物；
将所述第一混合物、PBT及干燥处理后的热塑性聚酯弹性体、相容剂混合，得到第二混合物；
将所述第二混合物熔融挤出处理，得到PBT复合材料，其中所述增强剂采用侧喂料的方式加入。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二混合物经单螺杆挤出机或双螺杆挤出机熔融挤出处理，挤出工艺条件如下：
一区温度为180-210℃，二区温度为190-220℃，三区温度为190-220℃，四区温度为190-220℃，机头为200-220℃，主机转速为420-460转/分钟，压力为12-18MPa。
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