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CN108437487A - 一种高玻璃纤维含量的聚苯硫醚复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高玻璃纤维含量的聚苯硫醚复合材料及其制备方法 Download PDF

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CN108437487A
CN108437487A CN201810306454.XA CN201810306454A CN108437487A CN 108437487 A CN108437487 A CN 108437487A CN 201810306454 A CN201810306454 A CN 201810306454A CN 108437487 A CN108437487 A CN 108437487A
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王罗新
赵亮
胡凌泉
彭家顺
孙九霄
陈少华
吴静
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    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation

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Abstract

本发明公开了一种高玻璃纤维含量的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，按重量百分数计，由以下组分组成：聚苯硫醚20％～30％，玻璃纤维70％～85％，偶联剂0.1％～2％；玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料是以聚苯硫醚无纺布作为原料，通过热压方法制备得到玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料，该方法可以有效减少由于聚苯硫醚熔体流动造成的玻璃纤维变形的不利影响，从而极大地提高玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度。

Description

一种高玻璃纤维含量的聚苯硫醚复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种高含量玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料及其制备方法。
背景技术
聚苯硫醚(PPS)是一种结晶性能优异的新型工程塑料，具备良好的耐热性，耐化学腐蚀性及阻燃性，目前在汽车制造、航空航天和电子电气等方面具有广泛的应用。但是单独的聚苯硫醚材料的机械性能不够理想，限制了其应用范围。玻璃纤维是一种无机纤维材料，其通常可以与树脂制成复合材料，用于增强树脂的机械性能，并且其价格低廉，可以降低复合材料的成本。
然而，传统的复合材料中，玻璃纤维的用量较少，在玻璃纤维含量高于70％情况下，使用传统方法制备玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料很难成型，并且其结构不稳定，机械性能差，难以实现规模化生产。
公开号为CN102634124A的发明专利公开了一种纤维增强热塑性聚合物基复合材料及其制备方法，其实施例具体公开了复合材料原料组成：聚苯硫醚、石英纤维、钛酸酯偶联剂；其中聚苯硫醚∶石英纤维＝7∶3(重量比)；钛酸酯偶联剂重量为石英纤维重量的0.2％，其使用挤出工艺，制备得到复合材料。该工艺制备出的聚苯硫醚复合材料中，玻璃纤维含量较低，成本高，并且其机械性能如拉伸强度为130MPa不够理想。
公开号为CN102886902A的发明专利公开了一种改善纤维布增强热塑性复合材料浸渍效果的制备方法，采用二次热压成型方法制备纤维布增强热塑性复合材料。并在实施例中公开了玻璃纤维增强聚苯硫醚的制备方法包括以下步骤1)将PPS在100℃下烘干后与KH550按质量比100：1量取，采用单螺杆挤出机在温度290℃熔融挤出，经三辊压光机定型得到PPS膜片；(2)将上述膜片与纤维布以B层/A层/B层的顺序叠层形成单层，其中A层为上述膜片，B层为玻璃纤维布；将该叠层在温度290℃和10MPa条件下进行一次热压10min制得纤维布增强聚合物基单层片材预浸料；(3)将上述单层片材预浸料裁成需要尺寸后叠加形成复合叠层，于温度290℃和40MPa条件下进行二次热压30min，获得玻璃纤维含量为80％的玻璃纤维布/PPS复合材料；使用该方法制备出的复合材料相对于传统复合材料的机械性能得到大幅提高，其中拉伸强度达到402.8MPa，并且能显著的降低成本，然而其公开的方法制备复合材料较为复杂，这种仅仅通过膜的形式进行交互叠加得倒的复合材料，由于树脂对玻纤的固定作用不充分，玻纤与树脂容易发生位移，改材料的机械性能并不理想，无法满足高强度材料的需求。
从对现有技术的梳理可以看出，玻璃纤维作为增强纤维的添加量较少，并且大多通过与树脂共混后挤出成型，其得倒符合材料的性能不够理想。或者通过树脂膜和玻璃纤维进行交互叠加之后成型，其能较大程度的提高玻璃纤维的含量，然而这种仅仅通过膜的形式进行交互叠加得倒的复合材料，由于树脂对玻纤的固定作用不充分，玻纤与树脂容易发生位移，改材料的机械性能并不理想。
本发明旨在提供一种高含量玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料，其玻璃纤维的含量高于70％，能够显著的降低复合材料的成本，并且在现有技术的基础上，进一步的提高复合材料的机械性能，本发明主要是使用聚苯硫醚无纺布以及玻璃纤维布作为原料，通过交互叠放并通过热压成型，由于聚苯硫醚无纺布纤维的三围网状结构，在热压过程中能够充分的渗透到玻璃纤维布中，对玻璃纤维形成稳定牢靠的固着，进而能够大幅度的提高玻璃纤维含量的同时提高复合材料的机械性能。
发明内容
本发明制备的提供一种高含量玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料，其玻璃纤维的含量高于70％，能够显著的降低复合材料的成本，同时可以有效减少由于聚苯硫醚熔体流动造成的玻璃纤维变形的不利影响，从而极大地提高玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度，另外，本发明提供的该复合材料的制备方法简单，产品重复率高。
本发提供了一种高含量玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料，其特征在于，按重量百分数计，主要包括以下组分组成：聚苯硫醚20％～30％，玻璃纤维70％～85％，偶联剂0.1％～2％；所述玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料是以聚苯硫醚无纺布作为原料，通过热压方法制备得到玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料。
本发明以聚苯硫醚无纺布作为复合材料的原料，其中聚苯硫醚无纺布在热压前呈无序的纤维结构，其复杂的三维结构能够稳定的固着玻璃纤维，有效的减少在热熔过程中，由于聚苯硫醚熔体流动造成的玻璃纤维变形的不利影响，使得复合材料的取向更加整齐，进而大幅度的提高复合材料的机械性能。
进一步的，所述聚苯硫醚非织造布中，聚苯硫醚纤维的直径为0.5～20μm，优选0.5～15μm，更优选0.5～10μm。
聚苯硫醚纤维的粗细，会影响到热熔过程中聚苯硫醚无纺布的传热效果以及热熔流动性能，纤维直径过粗，聚苯硫醚无纺布需要较长时间进行熔融，纤维直径过细，熔融时间较短，熔融的时间会直接影响到聚苯硫醚的流动性，因此会影响到玻璃纤维的形变，进而影响到复合材料的机械性能。
进一步地，玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料是以玻璃纤维布作为原料，优选玻璃纤维平纹布，更有选无碱玻璃纤维平纹布，其纤维直径为0.5～20μm，优选0.5～15μm，更优选0.5～10μm。
选择使用玻璃纤维布作为原料能够防止复合材料在热压过程中，因聚苯硫醚的热熔使得玻璃纤维无须的排列，进而增加复合材料内部结构的规整程度，提高复合材料的机械性能。
偶联剂为硅烷偶联剂KH550或硅烷偶联剂KH560中的一种或两种。
本发明还提供了一种高含量玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料的制备方法，包括以下步骤：(a)制备聚苯硫醚无纺布；
(b)玻璃纤维布前处理；
(c)玻璃纤维布浸渍偶联剂；
(d)称取上述步骤(a)中的聚苯硫醚非织造布及(c)中的玻璃纤维布，铺层放于模具中，热压成型。
具体的，步骤(a)将聚苯硫醚树脂切片通过熔喷工艺制备为不同密度规格的非织造布；
(b)将玻璃纤维放入马弗炉中高温纯化处理，然后放入乙醇溶液中超声处理，取出后于烘干；
(c)将上述步骤(b)中的玻璃纤维放入偶联剂溶液中浸泡，取出烘干；
(d)称取上述步骤(a)中的聚苯硫醚非织造布及(c)中的玻璃纤维布，间次铺层放于模具中，最后在热压机上热压成型为复合板材。
步骤(b)中高温纯化温度为300-450℃，时间为2-5h；
步骤(c)中玻璃纤维放入偶联剂溶液中浸泡时间为1-4h；
本发明提供的一种高含量玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料，其玻璃纤维的含量高于 70％，能够显著的降低复合材料的成本，有效减少由于聚苯硫醚熔体流动造成的玻璃纤维变形的不利影响，从而极大地提高玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度，另外，本发明提供的该复合材料的制备方法简单，产品重复率高
具体实施方式
以下将结合具体的实施例来呈现本发明具体的制备方法以及使用的效果。
实施例1
一种高含量玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料，按重量百分数计，包括聚苯硫醚28％，玻璃纤维70％，偶联剂2％。其制备方法包括以下步骤：(a)将聚苯硫醚树脂切片通过熔喷工艺制备为不同密度规格的非织造布，其中纤维直径为2μm；(b)将玻璃纤维布放入马弗炉中400℃纯化处理2h，然后放入乙醇溶液中超声处理1h，取出后于80℃温度下在烘箱中干燥12h；(c)将上述步骤(b)中的玻璃纤维放入硅烷偶联剂KH560溶液中浸泡 2h，取出后于110℃在烘箱中干燥4h；(d)称取上述步骤(a)中的聚苯硫醚非织造布及 (c)中的玻璃纤维布，依次铺层放于模具中，最后在热压机上热压成型得到复合板材。
实施例2
一种高含量玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料，按重量百分数计，包括聚苯硫醚23％，玻璃纤维75％，偶联剂2％。其制备方法包括以下步骤：(a)将聚苯硫醚树脂切片通过熔喷工艺制备为不同密度规格的非织造布，其中纤维直径为2μm；(b)将玻璃纤维布放入马弗炉中400℃纯化处理2h，然后放入乙醇溶液中超声处理1h，取出后于80℃温度下在烘箱中干燥12h；(c)将上述步骤(b)中的玻璃纤维放入硅烷偶联剂KH550溶液中浸泡 2h，取出后于110℃在烘箱中干燥4h；(d)称取上述步骤(a)中的聚苯硫醚非织造布及 (c)中的玻璃纤维布，依次铺层放于模具中，最后在热压机上热压成型得到复合板材。
实施例3
一种高含量玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料，按重量百分数计，包括聚苯硫醚18％，玻璃纤维80％，偶联剂2％。其制备方法包括以下步骤：(a)将聚苯硫醚树脂切片通过熔喷工艺制备为不同密度规格的非织造布，其中纤维直径为2μm；(b)将玻璃纤维布放入马弗炉中400℃纯化处理2h，然后放入乙醇溶液中超声处理1h，取出后于80℃温度下在烘箱中干燥12h；(c)将上述步骤(b)中的玻璃纤维放入硅烷偶联剂KH550溶液中浸泡 2h，取出后于110℃在烘箱中干燥4h；(d)称取上述步骤(a)中的聚苯硫醚非织造布及 (c)中的玻璃纤维布，依次铺层放于模具中，最后在热压机上热压成型得到复合板材。
实施例4
一种高含量玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料，按重量百分数计，包括聚苯硫醚13％，玻璃纤维85％，偶联剂2％。其制备方法包括以下步骤：(a)将聚苯硫醚树脂切片通过熔喷工艺制备为不同密度规格的非织造布，其中纤维直径为2μm；(b)将玻璃纤维布放入马弗炉中400℃纯化处理2h，然后放入乙醇溶液中超声处理1h，取出后于80℃温度下在烘箱中干燥12h；(c)将上述步骤(b)中的玻璃纤维放入硅烷偶联剂KH560溶液中浸泡 2h，取出后于110℃在烘箱中干燥4h；(d)称取上述步骤(a)中的聚苯硫醚非织造布及 (c)中的玻璃纤维布，依次铺层放于模具中，最后在热压机上热压成型得到复合板材。
实施例5
一种高含量玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料，按重量百分数计，包括聚苯硫醚18％，玻璃纤维80％，偶联剂2％。其制备方法包括以下步骤：(a)将聚苯硫醚树脂切片通过熔喷工艺制备为不同密度规格的非织造布，其中纤维直径为7μm；(b)将玻璃纤维布放入马弗炉中400℃纯化处理2h，然后放入乙醇溶液中超声处理1h，取出后于80℃温度下在烘箱中干燥12h；(c)将上述步骤(b)中的玻璃纤维放入硅烷偶联剂KH560溶液中浸泡 2h，取出后于110℃在烘箱中干燥4h；(d)称取上述步骤(a)中的聚苯硫醚非织造布及 (c)中的玻璃纤维布，依次铺层放于模具中，最后在热压机上热压成型得到复合板材。
对比例1
一种高含量玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料，按重量百分数计，包括聚苯硫醚18％，玻璃纤维80％，偶联剂2％，玻璃纤维增强聚苯硫醚的制备方法包括以下步骤1)将PPS在100℃下烘干后与KH550按质量比100：1量取，采用单螺杆挤出机在温度290℃熔融挤出，经三辊压光机定型得到PPS膜片；(2)将上述膜片与纤维布以B层/A层/B层的顺序叠层形成单层，其中A层为上述膜片，B层为玻璃纤维布；将该叠层在温度290℃和10MPa条件下进行一次热压10min制得纤维布增强聚合物基单层片材预浸料；(3)将上述单层片材预浸料裁成需要尺寸后叠加形成复合叠层，于温度290℃和40MPa条件下进行二次热压30min，获得玻璃纤维含量为80％的玻璃纤维布/PPS复合材料；使用该方法制备出的复合材料相对于传统复合材料的机械性能得到大幅提高，其中拉伸强度达到 402.8MPa。
实施例2
一种高含量玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料，按重量百分数计，包括聚苯硫醚18％，玻璃纤维80％，偶联剂2％。其制备方法包括以下步骤：(a)将聚苯硫醚树脂切片通过熔喷工艺制备为不同密度规格的非织造布，其中纤维直径为45μm；(b)将玻璃纤维布放入马弗炉中400℃纯化处理2h，然后放入乙醇溶液中超声处理1h，取出后于80℃温度下在烘箱中干燥12h；(c)将上述步骤(b)中的玻璃纤维放入硅烷偶联剂KH560溶液中浸泡2h，取出后于110℃在烘箱中干燥4h；(d)称取上述步骤(a)中的聚苯硫醚非织造布及(c)中的玻璃纤维布，依次铺层放于模具中，最后在热压机上热压成型得到复合板材。
将实施例1-5以及对比例1得到的材料进行测试，结果如下。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改变、改进和润饰，这些改变、改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高玻璃纤维含量的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，按重量百分数计，主要包括以下组分组成：聚苯硫醚20％～30％，玻璃纤维70％～85％，偶联剂0.1％～2％；所述玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料是以聚苯硫醚无纺布作为原料，通过热压方法制备得到玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料。
2.一种如权利要求1所述的高玻璃纤维含量的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述聚苯硫醚非织造布中，聚苯硫醚纤维的直径为0.5～20μm。
3.一种如权利要求1所述的高玻璃纤维含量的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料是以玻璃纤维布作为原料。
4.一种如权利要求3所述的高玻璃纤维含量的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，玻璃纤维布为玻璃纤维平纹布，纤维直径为2-20μm。
5.一种如权利要求1所述的高玻璃纤维含量的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，偶联剂为硅烷偶联剂KH550或硅烷偶联剂KH560中的一种或两种。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的高玻璃纤维含量的聚苯硫醚复合材料的制备方法，包括以下步骤：(a)制备聚苯硫醚无纺布；(b)玻璃纤维布前处理；(c)玻璃纤维布浸渍偶联剂；(d)称取上述步骤(a)中的聚苯硫醚非织造布及步骤(c)中得到的玻璃纤维布，铺层放于模具中，热压成型。
7.一种如权利要求6所述的高玻璃纤维含量的聚苯硫醚复合材料的制备方法，其具体操作如下：步骤(a)将聚苯硫醚树脂切片通过熔喷工艺制备为不同密度规格的非织造布；
(b)将玻璃纤维放入马弗炉中高温纯化处理，然后放入乙醇溶液中超声处理，取出后于烘干；
(c)将上述步骤(b)中的玻璃纤维放入偶联剂溶液中浸泡，取出烘干；
(d)称取上述步骤(a)中的聚苯硫醚非织造布及(c)中得到的玻璃纤维布，间次铺层放于模具中，最后在热压机上热压成型为复合板材。
8.一种如权利要求6所述的高玻璃纤维含量的聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(b)中高温纯化温度为300-450℃，时间为2-5h；步骤(c)中玻璃纤维放入偶联剂溶液中浸泡时间为1-4h。
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