彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的pbt復合材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料，其組分按質量百分數配比為：PBT60%～80%、碳酸鈣粒子5%～15%、二異氰酸酯0.5%～2%、多元羥基化合物1%～4%、馬來酸酐接枝聚合物2%～8%、碳纖維10%～25%、抗氧劑0.1%～1%。本發(fā)明的有益效果是，將二異氰酸酯與多元羥基化合物原位聚合生成聚氨酯橡膠彈性體包覆碳酸鈣粒子，形成以碳酸鈣粒子為核、彈性體為殼的碳酸鈣粒子-彈性體的核殼結構分散相，對PBT能顯著提高韌性和剛性，加入碳纖維使得PBT在高模量、高強度、耐熱性、耐腐蝕性等方面得到更好的提升，可廣泛應用于汽車零部件、家電、建筑結構材料等領域。
【專利說明】彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料【技術領域】，具體地說是一種彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料。

【背景技術】
[0002]聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一種綜合性能優(yōu)良和用途很廣的的結晶性聚合物，但由于阻燃性差、脆性大、缺口沖擊強度低等缺點，限制了 PBT在某些領域中的應用。通常對PBT進行增韌、增強等方面的功能改性可以進一步拓展其應用范圍。目前對PBT增韌增強改性主要有以下方法:彈性體對PBT增韌改性將彈性體于PBT及添加劑混合后擠出、造?？梢燥@著提高PBT的沖擊強度，增韌效果較好；無機剛性粒子對PBT增韌增強改性將無機剛性粒子于PBT及添加劑混合后擠出、造?？梢燥@著提高PBT的強度、剛度，增強效果較好；彈性體與無機剛性粒子并用共混對PBT改性將彈性體與無機剛性粒子于PBT及添加劑混合后擠出、造粒對材料的強度和韌性都有較好的改性效果。然而，在上述現(xiàn)有技術中，單獨使用彈性體在提高材料韌性的同時也會降低材料的剛性；而單獨使用無機剛性粒子在提高材料剛性的同時又會降低材料的韌性；彈性體、無機剛性粒子共混會使得兩種物質的作用相互影響，從而使得材料的力學性能得不到預期的效果。
[0003]碳纖維具有高強度、低密度、高耐溫、耐水、耐腐蝕等特點，是一種優(yōu)異的高強度增強材料，已在軍事及民用工業(yè)的各個領域取得廣泛應用，從航天、航空、汽車、電子、機械、化工、輕紡等民用工業(yè)到運動器材和休閑用品等。對PBT采用碳纖維增強改性具有非常高的比強度。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料，其組分按質量百分數配比為:PBT 60%?80%、碳酸鈣粒子5%?15%、二異氰酸酯0.5%?2%、多元羥基化合物1%?4%、馬來酸酐接枝聚合物2%?8%、碳纖維10%?25%、抗氧劑0.1%?1%。
[0006]所述的碳酸鈣粒子為納米碳酸鈣或微米碳酸鈣。
[0007]所述的多元羥基化合物為二元醇化合物、三元醇化合物中的一種或兩者混合物。
[0008]所述的馬來酸酐接枝聚合物為馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)、馬來酸酐接枝乙烯-丙烯-二烯烴共聚物(EPDM-g-MAH)、馬來酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS-g-MAH)中的一種。
[0009]所述的碳纖維為表面經過氧化處理的碳纖維，其具體方法為配制處理溶液，將50wt%?70wt%硝酸、25wt%?50wt%硝酸鈉和5wt%?20wt%雙氧水進行混合配制、并加水調配到濃度為60%?70%溶液，然后將其加熱到60°C?90°C，再加入碳纖維浸泡處理，在40°C?90°C的反應溫度下,浸泡處理30?90分鐘后,取出碳纖維,用水充分沖洗,然后在80°C?120°C溫度下烘干，即得表面經過氧化處理的碳纖維。
[0010]所述的抗氧劑為受阻酚抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168的復配物。
[0011]上述的彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將各組分按重量比例配料；
(2)將PBT在120°C?130°C下干燥4?6小時，含水率控制在0.03%以下，待用；
(3)將碳酸鈣粒子在60°C?120°C下干燥I?2小時，待用；
(4)碳纖維表面氧化處理:配制處理溶液,將50wt%?70wt%硝酸、25wt%?50wt%硝酸鈉和5wt%?20wt%雙氧水進行混合配制、并加水調配到濃度為60%?70%溶液，然后將其加熱到60°C?90°C，再加入碳纖維浸泡處理，在40°C?90°C的反應溫度下，浸泡處理30?90分鐘后，取出碳纖維，用水充分沖洗，然后在80°C?120°C溫度下烘干，即得表面經過氧化處理的碳纖維，待用；
(5)將干燥處理后的PBT、碳酸鈣粒子、馬來酸酐接枝聚合物和抗氧劑加入混合機中高速混合攪拌3?15分鐘；
(6)加入多元羥基化合物，低速攪拌3?15分鐘混合，然后再加入二異氰酸酯高速攪拌10?60分鐘；
(7)將上述混合料加入雙螺桿擠出機的主料口，將表面經過氧化處理的碳纖維從雙螺桿擠出機的側料口加入，調整雙螺桿擠出機的主側料口轉速以均勻碳纖維含量，通過雙螺桿擠出機熔融混煉、擠出、冷卻、造粒，即得本發(fā)明的彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料。
[0012]本發(fā)明的有益效果是，將二異氰酸酯與多元羥基化合物原位聚合生成聚氨酯橡膠彈性體包覆碳酸鈣粒子，形成以碳酸鈣粒子為核、彈性體為殼的碳酸鈣粒子-彈性體的核殼結構分散相，對PBT能顯著提高韌性和剛性，加入碳纖維使得PBT在高模量、高強度、耐熱性、耐腐蝕性等方面得到更好的提升，可廣泛應用于汽車零部件、家電、建筑結構材料等領域。

【具體實施方式】
[0013]下面結合具體實施例來進一步說明本發(fā)明的技術方案。
[0014]實施例1:
一種彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料，其組分按質量百分數配比為:PBT 65%、納米碳酸鈣10%、二異氰酸酯1.5%、二元醇化合物3%、馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH) 5%、碳纖維15%、受阻酚抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168的復配物0.5%。所述的碳纖維為表面經過氧化處理的碳纖維，其具體方法為配制處理溶液，將60wt%硝酸、30wt%硝酸鈉和10wt%雙氧水進行混合配制、并加水調配到濃度為60%?70%溶液，然后將其加熱到60°C?90°C，再加入碳纖維浸泡處理，在40°C?90°C的反應溫度下，浸泡處理30?90分鐘后，取出碳纖維，用水充分沖洗，然后在80°C?120°C溫度下烘干，SP得表面經過氧化處理的碳纖維。
[0015]制備方法:(I)將各組分按重量比例配料；(2)將PBT在120°C?130°C下干燥4?6小時，含水率控制在0.03%以下，待用；(3)將納米碳酸鈣在60°C?120°C下干燥I?2小時，待用；(4)碳纖維表面氧化處理:配制處理溶液，將60wt%硝酸、30wt%硝酸鈉和10wt%雙氧水進行混合配制、并加水調配到濃度為60%?70%溶液，然后將其加熱到60V?90°C，再加入碳纖維浸泡處理，在40°C?90°C的反應溫度下，浸泡處理30?90分鐘后，取出碳纖維，用水充分沖洗，然后在80°C?120°C溫度下烘干，即得表面經過氧化處理的碳纖維，待用；(5)將干燥處理后的PBT、納米碳酸鈣、馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)和受阻酚抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168的復配物加入混合機中高速混合攪拌3?15分鐘；(6)加入二元醇化合物，低速攪拌3?15分鐘混合，然后再加入二異氰酸酯高速攪拌10?60分鐘；(7)將上述混合料加入雙螺桿擠出機的主料口，將表面經過氧化處理的碳纖維從雙螺桿擠出機的側料口加入，調整雙螺桿擠出機的主側料口轉速以均勻碳纖維含量，通過雙螺桿擠出機熔融混煉、擠出、冷卻、造粒，即得本發(fā)明的彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料。
[0016]實施例2:
一種彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料，其組分按質量百分數配比為:PBT 65%、微米碳酸鈣15%、二異氰酸酯2%、二元醇化合物4%、馬來酸酐接枝乙烯-丙烯-二烯烴共聚物(EPDM-g-MAH) 6%、碳纖維10%、受阻酚抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168的復配物1%。所述的碳纖維為表面經過氧化處理的碳纖維，其具體方法為配制處理溶液，將70wt%硝酸、25wt%硝酸鈉和5wt%雙氧水進行混合配制、并加水調配到濃度為60%?70%溶液，然后將其加熱到60°C?90°C，再加入碳纖維浸泡處理，在40°C?90°C的反應溫度下，浸泡處理30?90分鐘后，取出碳纖維，用水充分沖洗，然后在80°C?120°C溫度下烘干，即得表面經過氧化處理的碳纖維。
[0017]制備方法:(I)將各組分按重量比例配料；(2)將PBT在120°C?130°C下干燥4?6小時，含水率控制在0.03%以下，待用；(3)將微米碳酸鈣在60°C?120°C下干燥I?2小時，待用；(4)碳纖維表面氧化處理:配制處理溶液，將70wt%硝酸、25被％硝酸鈉和5wt%雙氧水進行混合配制、并加水調配到濃度為60%?70%溶液，然后將其加熱到60°C?90°C，再加入碳纖維浸泡處理，在40°C?90°C的反應溫度下，浸泡處理30?90分鐘后，取出碳纖維，用水充分沖洗，然后在80°C?120°C溫度下烘干，即得表面經過氧化處理的碳纖維，待用；(5)將干燥處理后的PBT、微米碳酸鈣、馬來酸酐接枝乙烯-丙烯-二烯烴共聚物(EPDM-g-MAH)和受阻酚抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168的復配物加入混合機中高速混合攪拌3?15分鐘；(6)加入二元醇化合物,低速攪拌3?15分鐘混合,然后再加入二異氰酸酯高速攪拌10?60分鐘；(7)將上述混合料加入雙螺桿擠出機的主料口，將表面經過氧化處理的碳纖維從雙螺桿擠出機的側料口加入，調整雙螺桿擠出機的主側料口轉速以均勻碳纖維含量，通過雙螺桿擠出機熔融混煉、擠出、冷卻、造粒，即得本發(fā)明的彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料。
[0018]實施例3:
一種彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料，其組分按質量百分數配比為:PBT 80%、納米碳酸鈣5%、二異氰酸酯0.5%、三元醇化合物1%、馬來酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS-g-MAH) 3%、碳纖維10%、受阻酚抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168的復配物0.5%。所述的碳纖維為表面經過氧化處理的碳纖維，其具體方法為配制處理溶液，將65wt%硝酸、30wt%硝酸鈉和5wt%雙氧水進行混合配制、并加水調配到濃度為60%?70%溶液，然后將其加熱到60°C?90°C，再加入碳纖維浸泡處理，在40°C?90°C的反應溫度下，浸泡處理30?90分鐘后，取出碳纖維，用水充分沖洗，然后在80°C?120°C溫度下烘干，即得表面經過氧化處理的碳纖維。
[0019]制備方法:(I)將各組分按重量比例配料；(2)將PBT在120°C?130°C下干燥4?6小時，含水率控制在0.03%以下，待用；(3)將納米碳酸鈣在60°C?120°C下干燥I?2小時，待用；(4)碳纖維表面氧化處理:配制處理溶液，將65wt%硝酸、30wt%硝酸鈉和5wt%雙氧水進行混合配制、并加水調配到濃度為60%?70%溶液，然后將其加熱到60°C?90°C，再加入碳纖維浸泡處理，在40°C?90°C的反應溫度下，浸泡處理30?90分鐘后，取出碳纖維，用水充分沖洗，然后在80°C?120°C溫度下烘干，即得表面經過氧化處理的碳纖維，待用；(5)將干燥處理后的PBT、納米碳酸鈣、馬來酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS-g-MAH)和受阻酚抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168的復配物加入混合機中高速混合攪拌3?15分鐘；(6)加入三元醇化合物，低速攪拌3?15分鐘混合，然后再加入二異氰酸酯高速攪拌10?60分鐘；(7)將上述混合料加入雙螺桿擠出機的主料口，將表面經過氧化處理的碳纖維從雙螺桿擠出機的側料口加入，調整雙螺桿擠出機的主側料口轉速以均勻碳纖維含量，通過雙螺桿擠出機熔融混煉、擠出、冷卻、造粒，即得本發(fā)明的彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料。
【權利要求】
1.一種彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料，其特征在于，其組分按質量百分數配比為=PBT 60%?80%、碳酸鈣粒子5%?15%、二異氰酸酯0.5%?2%、多元羥基化合物1%?4%、馬來酸酐接枝聚合物2%?8%、碳纖維10%?25%、抗氧劑0.1%?1%。
2.根據權利要求1所述的彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料，其特征在于，所述的碳酸鈣粒子為納米碳酸鈣或微米碳酸鈣。
3.根據權利要求1所述的彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料，其特征在于，所述的多元羥基化合物為二元醇化合物、三元醇化合物中的一種或兩者混合物。
4.根據權利要求1所述的彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料，其特征在于，所述的馬來酸酐接枝聚合物為馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)、馬來酸酐接枝乙烯-丙烯-二烯烴共聚物(EPDM-g-MAH)、馬來酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS-g-MAH)中的一種。
5.根據權利要求1所述的彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料，其特征在于，所述的碳纖維為表面經過氧化處理的碳纖維。
6.根據權利要求1所述的彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料，其特征在于，所述的抗氧劑為受阻酚抗氧劑1010與亞磷酸酯類抗氧劑168的復配物。
7.根據權利要求1所述的彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將各組分按重量比例配料； (2)將PBT在120°C?130°C下干燥4?6小時，含水率控制在0.03%以下，待用； (3)將碳酸鈣粒子在60°C?120°C下干燥I?2小時，待用； (4)碳纖維表面氧化處理:配制處理溶液,將50wt%?70wt%硝酸、25wt%?50wt%硝酸鈉和5wt%?20wt%雙氧水進行混合配制、并加水調配到濃度為60%?70%溶液，然后將其加熱到60°C?90°C，再加入碳纖維浸泡處理，在40°C?90°C的反應溫度下，浸泡處理30?90分鐘后，取出碳纖維，用水充分沖洗，然后在80°C?120°C溫度下烘干，即得表面經過氧化處理的碳纖維，待用； (5)將干燥處理后的PBT、碳酸鈣粒子、馬來酸酐接枝聚合物和抗氧劑加入混合機中高速混合攪拌3?15分鐘； (6)加入多元羥基化合物，低速攪拌3?15分鐘混合，然后再加入二異氰酸酯高速攪拌10?60分鐘； (7)將上述混合料加入雙螺桿擠出機的主料口，將表面經過氧化處理的碳纖維從雙螺桿擠出機的側料口加入，調整雙螺桿擠出機的主側料口轉速以均勻碳纖維含量，通過雙螺桿擠出機熔融混煉、擠出、冷卻、造粒，即得本發(fā)明的彈性體包覆碳酸鈣粒子和碳纖維改性的PBT復合材料。
【文檔編號】C08K3/26GK104341723SQ201310324247
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權日:2013年7月30日
【發(fā)明者】張正, 夏忠兵, 高天紅 申請人:青島欣展塑膠有限公司