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CN108976790B - 一种含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料及其制备方法和应用 Download PDF

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CN108976790B CN201810676523.6A CN201810676523A CN108976790B CN 108976790 B CN108976790 B CN 108976790B CN 201810676523 A CN201810676523 A CN 201810676523A CN 108976790 B CN108976790 B CN 108976790B
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Abstract

本发明公开了一种含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料及其制备方法和应用，合金材料的原料包括聚苯硫醚、尼龙PPA塑料、相容剂、聚醚酰亚胺和聚醚醚酮，相容剂为南京塑泰高分子科技有限公司的接枝相容剂ST‑1；制备方法：（1）按配方量称取各原料，将聚苯硫醚、尼龙PPA塑料、相容剂，以及部分或全部其它原料相混合，熔融挤出，得二元合金材料；（2）将步骤（1）制备的二元合金材料经干燥后与剩余的其它原料，以及聚醚醚酮、聚醚酰亚胺相混合，熔融挤出，制成含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料；以及其在制备真空泵叶片中的应用；本发明的合金材料与聚醚醚酮纯料相比，具有更优异的综合性能，同时使用成本更低。

Description

一种含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚苯硫醚结晶度高，长期可在180～220℃正常使用，短期可耐260℃，具有耐高温、高刚性、耐化学、阻燃、吸湿性小、无毒的特点。但其缺点是质脆，易产生应力脆裂，严重限制了其应用。
目前，现有技术中，针对聚苯硫醚的不足提出了如下一些改进或研究，例如有人使用耐高温尼龙(尼龙PPA塑料)系列材料来改善聚苯硫醚的韧性差等性能，但是采用聚苯硫醚和耐高温尼龙混合改性，其刚性及耐热性等性能却下降严重，针对此种现象，本领域的技术人员又提出如CN 102276982B的改进方案，其中具体公开了一种聚苯硫醚与耐高温尼龙复合物及其制备方法，具体为：由以下按重量份计原料组成：聚苯硫醚90份、耐高温尼龙10份、相容剂15份、加工助剂3份、玻璃纤维100份，所述的聚苯硫醚选用四川得阳化学有限公司PPS-hb，分子量4.8万；所述的耐高温尼龙为尼龙46；所述的相容剂为马来酸酐接枝SEBS；所述的玻璃纤维为无碱、无捻，10支纱/20股长纤，经过KH550偶联处理的；所述加工助剂为酚类高温抗氧剂和硬脂酸类润滑剂的混合物，且两者比例为1：1；所述高温酚类抗氧剂为布吕格曼公司的H161；所述硬脂酸类润滑剂为汽巴精化的硬脂酸钙；将称量好的物料放入高速混合机在600r/min转速条件下混合120-180秒后，加入到双螺杆挤出机中混炼，在四、五节筒体开口处加入对应股数的玻纤；玻纤进入到充满塑化熔体的挤出机中，被剪断后与熔体充分混合、浸润、分散，然后经口模挤出，拉条冷却后切粒，即获得聚苯硫醚和耐高温尼龙复合物。然而，此专利玻纤的增加虽然在一定程度上改善了材料的强度以及抗冲击性能，但材料依旧很脆，难以实现性能的均衡且优异，同时还增加了加工难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料，其能够具有较优异的综合性能。
本发明还提供了一种含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料的制备方法。
本发明同时还提供了一种含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料在制备真空泵叶片中的应用。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：
一种含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料，所述合金材料的原料包括聚苯硫醚、尼龙PPA塑料、相容剂，所述原料还包括聚醚酰亚胺和聚醚醚酮，所述相容剂为南京塑泰高分子科技有限公司的接枝相容剂ST-1。
根据本发明的一些优选方面，以重量份计，所述原料中：
Figure BDA0001709934960000021
进一步优选地，以重量份计，所述原料中：
Figure BDA0001709934960000022
根据本发明的一些优选方面，所述聚醚醚酮、所述聚醚酰亚胺、所述聚苯硫醚和所述尼龙PPA塑料的投料质量比为0.75-2.5︰0.5-2︰0.5-2︰1。
根据本发明，所述聚醚醚酮选自VICTREX公司的450G型号。
根据本发明，所述聚醚酰亚胺选自SABIC公司的1000-1000型号。
根据本发明，所述聚苯硫醚选自重庆聚狮新材料科技有限公司，型号:GL00。
根据本发明，所述尼龙PPA塑料选自可乐丽公司的6T和/或9T。
根据本发明的一些优选方面，所述南京塑泰高分子科技有限公司的接枝相容剂ST-1占所述原料的质量百分含量为5-10％。
根据本发明的一些优选方面，以重量份计，所述原料还包括1-40份的增韧剂。根据本发明的一个具体方面，所述增韧剂选自中国科学院长春应用化学研究院的PESI-P。
根据本发明的一些优选方面，以重量份计，所述原料还包括0.5-10份的稳定剂。根据本发明的一个具体方面，所述稳定剂选自上海舰邦实业有限公司的KO-800。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按配方量称取各原料，将所述聚苯硫醚、所述尼龙PPA塑料、所述相容剂，以及部分或全部其它原料相混合，熔融挤出，得二元合金材料；
(2)将步骤(1)制备的二元合金材料经干燥后与剩余的所述其它原料，以及所述聚醚醚酮、所述聚醚酰亚胺相混合，熔融挤出，制成所述含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料。
根据本发明的一些优选方面，制备方法中，所述聚醚醚酮、所述聚醚酰亚胺、所述聚苯硫醚在混合前且在140-160℃下进行了干燥处理，所述尼龙PPA塑料在混合前且在130-140℃下进行了干燥处理。
根据本发明的一些优选方面，步骤(1)中，熔融挤出在挤出机中进行，挤出机中各段温度分别为：一区170-190℃、二区240-260℃、三区310-330℃、四区340-360℃、五区340-360℃、六区340-360℃、七区340-360℃、八区340-360℃、九区340-360℃、十区340-360℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm。
根据本发明的一些优选方面，步骤(2)中，熔融挤出在挤出机中进行，挤出机中各段温度分别为：一区170-190℃、二区240-260℃、三区320-340℃、四区350-370℃、五区350-370℃、六区350-370℃、七区350-370℃、八区350-370℃、九区350-370℃、十区350-370℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料在制备真空泵叶片中的应用。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明使用南京塑泰高分子科技有限公司的接枝相容剂ST-1可以将聚苯硫醚和尼龙PPA塑料极好地相容，同时再与聚醚醚酮、聚醚酰亚胺共混挤出，可以使得共混改性材料在韧性、耐高温性能、耐腐蚀等方面具有优异的效果，而且还兼具较好的刚性、热膨胀系数低、抗辐射、抗水解等性能，而且原料的成本低。同时本发明的制备方法通过分步骤熔融挤出原料，进行有选择性地先后挤出进行共混改性，能够进一步提升材料的分散性、均匀性等，进而可以进一步提升材料的韧性以及耐高温等性能。
具体实施方式
真空泵叶片普遍运用在旋片式真空泵转子槽内，是真空泵获取真空源的配件之一，目前大部分真空泵叶片材质使用的碳精片、铝合金存在一些问题，金属的真空泵叶片噪音大，对泵体的摩擦较大；碳精片材质的叶片易断裂，不耐磨。本领域的技术人员提出使用塑料进行替代，可以较好地降低噪音，质轻，离心力小，维护成本低且易替换，但是目前的塑料材料或多或少的存在着韧性不足、单一材料成本高、热膨胀系数较大、耐高温性能不符合要求等。
在实践中，本发明发现使用南京塑泰高分子科技有限公司的接枝相容剂ST-1可以将聚苯硫醚和尼龙PPA塑料极好地相容，同时再与聚醚醚酮、聚醚酰亚胺共混挤出，可以使得共混改性材料在韧性、热膨胀系数、耐高温性能、耐腐蚀等方面具有优异的效果，而且还兼具较好的刚性、抗辐射、抗水解等性能，而且原料的成本低。基于此，本发明提供了一种改进的含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料，所述合金材料的原料包括聚苯硫醚、尼龙PPA塑料、相容剂，所述原料还包括聚醚酰亚胺和聚醚醚酮，所述相容剂为南京塑泰高分子科技有限公司的接枝相容剂ST-1。
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
下述中，如无特殊说明，所有的原料均来自于商购或者通过本领域的常规方法制备而得。所述聚醚醚酮选自VICTREX公司的450G型号；所述聚醚酰亚胺选自SABIC公司的1000-1000型号；所述聚苯硫醚选自重庆聚狮新材料科技有限公司，型号:GL00；所述尼龙PPA塑料选自可乐丽公司的6T；所述增韧剂选自中国科学院长春应用化学研究院的PESI-P；所述稳定剂选自上海舰邦实业有限公司的KO-800。
实施例1
本实施例提供一种含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料，其原料包括：聚醚醚酮35份；聚醚酰亚胺40份；聚苯硫醚20份；尼龙PPA塑料20份；增韧剂20份；相容剂(南京塑泰高分子科技有限公司的接枝相容剂ST-1)10份；稳定剂6份。
其制备方法为：
a、将聚醚醚酮35份、聚醚酰亚胺40份、聚苯硫醚20份放入烘箱中，温度设定为150度，干燥5小时，所述尼龙PPA塑料20份放入烘箱中，温度设定130度，干燥4小时；
b、将干燥好的尼龙PPA塑料20份、聚苯硫醚20份、10份相容剂、3份稳定剂投入至混料机中混合8分钟；然后将混合料投入挤出机中进行熔融挤出，各段温度分别设置为：一区180℃、二区250℃、三区320℃、四区350℃、五区350℃、六区350℃、七区350℃、八区350℃、九区350℃、十区350℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm；挤出料条后，冷却，切粒，得到聚苯硫醚/尼龙PPA塑料二元合金塑料颗粒；
c、将上述制备的二元合金塑料颗粒放入烘箱中，温度设置定为135℃，干燥5小时；
d、将干燥后的二元合金塑料颗粒与聚醚醚酮35份；聚醚酰亚胺40份、增韧剂20份、稳定剂3份投入到混料机中混合10分钟；然后将混合料投入挤出机中进行熔融挤出，各段温度分别设置为：一区180℃、二区250℃、三区330℃、四区360℃、五区360℃、六区360℃、七区360℃、八区360℃、九区360℃、十区360℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm；挤出料条后，冷却，切粒，得到所述含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料。
注塑样品，将上述制备的含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料放入烘箱中，干燥温度130～150度，干燥时间4～8小时，注塑机前段温度设定360度，中段温度设定350度，后段温度设定340度，喷嘴温度设定350度；注塑压力60～110MPa，注射速度40～70mm/s，背压0.3～5Mpa。
测得注塑样品性能如下表一所示。
表一
项目 特征值 单位 测试标准
拉伸强度5mm/min 98 Mpa ASTM D638
断裂伸长率5mm/min 76 ％ ASTM D638
拉伸弹性模量1mm/min 3700 Mpa ASTM D638
弯曲强度，跨距50mm，1.3mm/min 154 Mpa ASTM D790
弯曲模量，跨距50mm，1.3mm/min 3610 Mpa ASTM D790
缺口冲击强度 91 J/m ASTM D256
无缺口冲击强度4J No Break J/m ASTM D4812
1.8Mpa热变形温度 178 ℃ ISO 75-2/A
热膨胀系数,(>150℃) 5.5 10<sup>-5</sup>*1/k ASTM E831
实施例2
本实施例提供一种含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料，其原料包括：聚醚醚酮50份；聚醚酰亚胺30份；聚苯硫醚30份；尼龙PPA塑料30份；增韧剂40份；相容剂(南京塑泰高分子科技有限公司的接枝相容剂ST-1)10份；稳定剂8份。
其制备方法为：
a、将聚醚醚酮50份、聚醚酰亚胺30份、聚苯硫醚30份放入烘箱中，温度设定为150度，干燥5小时，所述尼龙PPA塑料30份放入烘箱中，温度设定130度，干燥4小时；
b、将干燥好的尼龙PPA塑料30份、聚苯硫醚30份、10份相容剂、4份稳定剂投入至混料机中混合8分钟；然后将混合料投入挤出机中进行熔融挤出，各段温度分别设置为：一区180℃、二区250℃、三区320℃、四区350℃、五区350℃、六区350℃、七区350℃、八区350℃、九区350℃、十区350℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm；挤出料条后，冷却，切粒，得到聚苯硫醚/尼龙PPA塑料二元合金塑料颗粒；
c、将上述制备的二元合金塑料颗粒放入烘箱中，温度设置定为135℃，干燥5小时；
d、将干燥后的二元合金塑料颗粒与聚醚醚酮50份；聚醚酰亚胺30份、增韧剂40份、稳定剂4份投入到混料机中混合10分钟；然后将混合料投入挤出机中进行熔融挤出，各段温度分别设置为：一区180℃、二区250℃、三区330℃、四区360℃、五区360℃、六区360℃、七区360℃、八区360℃、九区360℃、十区360℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm；挤出料条后，冷却，切粒，得到所述含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料。
注塑样品，将上述制备的含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料放入烘箱中，干燥温度130～150度，干燥时间4～8小时，注塑机前段温度设定360度，中段温度设定350度，后段温度设定340度，喷嘴温度设定350度；注塑压力60～110MPa，注射速度40～70mm/s，背压0.3～5MPa。
测得注塑样品性能如下表二所示。
表二
Figure BDA0001709934960000071
Figure BDA0001709934960000081
实施例3
本实施例提供一种含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料，其原料包括：聚醚醚酮30份；聚醚酰亚胺20份；聚苯硫醚40份；尼龙PPA塑料40份；增韧剂30份；相容剂(南京塑泰高分子科技有限公司的接枝相容剂ST-1)15份；稳定剂10份。
其制备方法为：
a、将聚醚醚酮30份、聚醚酰亚胺20份、聚苯硫醚40份放入烘箱中，温度设定为150度，干燥5小时，所述尼龙PPA塑料40份放入烘箱中，温度设定130度，干燥5小时；
b、将干燥好的尼龙PPA塑料40份、聚苯硫醚40份、15份相容剂、5份稳定剂投入至混料机中混合10分钟；然后将混合料投入挤出机中进行熔融挤出，各段温度分别设置为：一区180℃、二区250℃、三区320℃、四区350℃、五区350℃、六区350℃、七区350℃、八区350℃、九区350℃、十区350℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm；挤出料条后，冷却，切粒，得到聚苯硫醚/尼龙PPA塑料二元合金塑料颗粒；
c、将上述制备的二元合金塑料颗粒放入烘箱中，温度设置定为135℃，干燥5小时；
d、将干燥后的二元合金塑料颗粒与聚醚醚酮30份；聚醚酰亚胺20份、增韧剂30份、稳定剂5份投入到混料机中混合10分钟；然后将混合料投入挤出机中进行熔融挤出，各段温度分别设置为：一区180℃、二区250℃、三区330℃、四区360℃、五区360℃、六区360℃、七区360℃、八区360℃、九区360℃、十区360℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm；挤出料条后，冷却，切粒，得到所述含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料。
注塑样品，将上述制备的含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料放入烘箱中，，干燥温度130～150度，干燥时间4～8小时，注塑机前段温度设定360度，中段温度设定350度，后段温度设定340度，喷嘴温度设定350度；注塑压力60～110MPa，注射速度40～70mm/s，背压0.3～5MPa。
测得注塑样品性能如下表三所示。
表三
项目 特征值 单位 测试标准
拉伸强度5mm/min 94 MPa ASTM D638
断裂伸长率5mm/min 80 ％ ASTM D638
拉伸弹性模量1mm/min 3500 MPa ASTM D638
弯曲强度，跨距50mm，1.3mm/min 146 MPa ASTM D790
弯曲模量，跨距50mm，1.3mm/min 3400 MPa ASTM D790
缺口冲击强度 106 J/m ASTM D256
无缺口冲击强度4J No Break J/m ASTM D4812
1.8MPa热变形温度 170 ℃ ISO 75-2/A
热膨胀系数,(>150℃) 5.6 10<sup>-5</sup>*1/k ASTM E831
对比例1
本实施例提供一种共混改性合金材料：
基本同实施例1，其区别仅在于，将接枝相容剂ST-1替换为市售的相容剂马来酸酐接枝SEBS。
测试性能如下表：
Figure BDA0001709934960000091
Figure BDA0001709934960000101
对比例2
本实施例提供一种共混改性合金材料：
基本同实施例1，其区别仅在于，将聚醚醚酮替换为市售的高强度、高模量的特种工程塑料液晶聚合物(LCP)材料(拉伸强度130MPa,拉伸弹性模量11500MPa)。
测试性能如下表：
Figure BDA0001709934960000102
Figure BDA0001709934960000111
对比例3
本实施例提供一种共混改性合金材料：
基本同实施例1，其区别仅在于，制备方法中：将所有的原料同时混合并熔融挤出。
测试性能如下表：
项目 特征值 单位 测试标准
拉伸强度5mm/min 75～80 MPa ASTM D638
断裂伸长率5mm/min <40 ％ ASTM D638
拉伸弹性模量1mm/min 3200～3300 MPa ASTM D638
弯曲强度，跨距50mm，1.3mm/min 115～126 MPa ASTM D790
弯曲模量，跨距50mm，1.3mm/min 3100～3250 MPa ASTM D790
缺口冲击强度 60～67 J/m ASTM D256
无缺口冲击强度4J <750 J/m ASTM D4812
1.8MPa热变形温度 158 ℃ ISO 75-2/A
热膨胀系数,(>150℃) 6.3 10<sup>-5</sup>*1/k ASTM E831
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料，所述合金材料的原料包括聚苯硫醚、耐高温尼龙、相容剂，其特征在于，所述原料还包括聚醚酰亚胺和聚醚醚酮，所述相容剂为南京塑泰高分子科技有限公司的接枝相容剂ST-1；以重量份计，所述原料中：
聚醚醚酮 5-80份
聚醚酰亚胺 5-80份
聚苯硫醚 5-80份
耐高温尼龙 5-80份
接枝相容剂ST-1 0.5-15份；
所述聚醚醚酮、所述聚醚酰亚胺、所述聚苯硫醚和所述耐高温尼龙的投料质量比为0.75-2.5︰0.5-2︰0.5-2︰1；
以质量百分含量计，所述南京塑泰高分子科技有限公司的接枝相容剂ST-1占所述原料的质量百分含量为5-10%；
所述耐高温尼龙选自可乐丽公司的6T和/或9T；
所述合金材料的制备方法包括如下步骤：
（1）按配方量称取各原料，将聚苯硫醚、耐高温尼龙、接枝相容剂ST-1，以及除聚醚醚酮和聚醚酰亚胺之外的部分或全部其它原料相混合，熔融挤出，得二元合金材料；
（2）将步骤（1）制备的二元合金材料经干燥后与剩余的所述其它原料，以及聚醚醚酮、聚醚酰亚胺相混合，熔融挤出，制成所述含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料。
2.根据权利要求1所述的含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料，其特征在于，以重量份计，所述原料中：
聚醚醚酮 30-50份
聚醚酰亚胺 20-40份
聚苯硫醚 20-40份
耐高温尼龙 20-40份
接枝相容剂ST-1 8-15份。
3.根据权利要求1或2所述的含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料，其特征在于，以重量份计，所述原料还包括1-40份的增韧剂；和/或，以重量份计，所述原料还包括0.5-10份的稳定剂。
4.一种权利要求1-3中任一项权利要求所述的含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）按配方量称取各原料，将所述聚苯硫醚、所述耐高温尼龙、所述相容剂，以及除聚醚醚酮和聚醚酰亚胺之外的部分或全部其它原料相混合，熔融挤出，得二元合金材料；
（2）将步骤（1）制备的二元合金材料经干燥后与剩余的所述其它原料，以及所述聚醚醚酮、所述聚醚酰亚胺相混合，熔融挤出，制成所述含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料。
5.根据权利要求4所述的含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料的制备方法，其特征在于，制备方法中，所述聚醚醚酮、所述聚醚酰亚胺、所述聚苯硫醚在混合前且在140-160℃下进行了干燥处理，所述耐高温尼龙在混合前且在130-140℃下进行了干燥处理。
6.根据权利要求4所述的含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，熔融挤出在挤出机中进行，挤出机中各段温度分别为：一区 170-190℃、二区 240-260℃、三区 310-330℃、四区 340-360℃、五区 340-360℃、六区 340-360℃、七区 340-360℃、八区340-360℃、九区 340-360℃、十区 340-360℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm；和/或，
步骤（2）中，熔融挤出在挤出机中进行，挤出机中各段温度分别为：一区 170-190℃、二区 240-260℃、三区 320-340℃、四区 350-370℃、五区 350-370℃、六区 350-370℃、七区350-370℃、八区350-370℃、九区 350-370℃、十区 350-370℃，其中，螺杆长径比30～50，螺杆转速100～300rpm。
7.一种权利要求1-3中任一项权利要求所述的含有聚苯硫醚的四元共混改性合金材料在制备真空泵叶片中的应用。
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