一種高性能纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高性能纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料及其制備方法，包括百分比的組分：聚苯硫醚樹脂45-65%、高性能纖維20-40%、空心玻璃微珠10-20%、相容劑3-5%、偶聯(lián)劑0.5-1.5、潤(rùn)滑劑0.3-1%、母粒2-4%。本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)在于：通過(guò)高性能的纖維增強(qiáng)和特殊的增韌體系和復(fù)合技術(shù)，大幅度的提升材料的耐高抗沖擊強(qiáng)度、耐腐蝕性和韌性等性能。利用該復(fù)合材料，采用模壓成型工藝和注塑成型工藝制備耐高抗沖擊、耐腐蝕的組件。
【專利說(shuō)明】 一種高性能纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高性能纖維聚苯硫醚復(fù)合材料的制備，特別是涉及一種可用于耐高抗沖擊強(qiáng)度、耐腐蝕的聚苯硫醚復(fù)合材料及其制備方法，可以解決聚苯硫醚用做渦輪葉片高抗沖擊強(qiáng)度斷裂、耐腐蝕的問(wèn)題。

【背景技術(shù)】
[0002]聚苯硫醚(PPS)具有耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度、高絕緣、阻燃等特點(diǎn)，而獲得廣泛的應(yīng)用，是高性能工程塑料中工業(yè)化程度最高的材料。PPS主鏈上大量存在的苯環(huán)增加了剛性，但使其沖擊韌性不高；并且無(wú)定型相的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低(Tg=85°c )，使其應(yīng)用受到一定的限制，通常將其與纖維進(jìn)行復(fù)合，以獲得更高的強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性，PPS復(fù)合材料是目前用于渦輪葉片最理想的高性能工程塑料。在工業(yè)應(yīng)用中，組件的耐高沖擊強(qiáng)度要求很高是困擾渦輪葉片制造者的難題，目前采用的方法有:1.選用國(guó)外進(jìn)口的高強(qiáng)度高韌性材料，但進(jìn)口材料的價(jià)格偏高。2.選用添加了大量增韌劑的復(fù)合材料，雖然產(chǎn)品韌性上能夠滿足，但材料流動(dòng)性差，難以保證成型工藝的穩(wěn)定性。
[0003]工業(yè)上先后采用了各種耐腐蝕材料或耐腐蝕處理方法來(lái)制造耐腐蝕渦輪葉片，主要包括:直接采用不銹鋼制作組件，在組件的表面襯陶瓷、襯橡膠或襯聚四氟乙烯等耐腐蝕塑料，這些方法無(wú)疑極大地改善了組件的耐腐蝕性能，但同時(shí)也存在著各自的缺點(diǎn):不銹鋼制作組件原料價(jià)格成本高，且耐腐蝕性能力不高；襯膠或襯塑組件，由于表面襯材與鑄鐵熱脹系數(shù)的差別，在受熱或受冷的過(guò)程中易造成表面襯層的分離或脫落；陶瓷組件或襯陶瓷組件韌性不足，易破壞，且制造工藝過(guò)程過(guò)于復(fù)雜。
[0004]開發(fā)高性能聚苯硫醚全塑組件，利用聚苯硫醚材料固有的耐腐蝕性,是解決組件耐腐蝕問(wèn)題的一個(gè)重點(diǎn)。全塑料葉片是指葉片的過(guò)流組件都有工程塑料制造，全塑料葉片主要有以下優(yōu)點(diǎn):塑料成型過(guò)程生產(chǎn)率高，節(jié)約能源；可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)型成型，后加工量很少；材料價(jià)格低；耐腐蝕能力強(qiáng)，在某些情況下可代替或超過(guò)不銹鋼和銅；與表面涂耐腐蝕層的金屬葉片相比，不存在涂層磨損和脫層的問(wèn)題，耐腐蝕壽命更長(zhǎng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種高性能纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料，并在此基礎(chǔ)上提出了應(yīng)用該復(fù)合材料制備組件連接處易開裂斷裂和材料耐腐蝕葉片過(guò)流組件的工藝。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007]一、實(shí)驗(yàn)配方組分配比一種高性能纖維聚苯硫醚復(fù)合材料，包括下列重量百分子的組分:聚苯硫醚樹脂45-65%、高性能纖維20-40%、空心玻璃微珠10_20%、相容劑3_5%、偶聯(lián)劑0.5-1.5、潤(rùn)滑劑
0.3-1%、母粒 2-4%ο
[0008]二、物料的選擇本實(shí)驗(yàn)高性能纖維包括:短切碳纖維、短切玻纖、長(zhǎng)纖維、天然纖維、石英纖維。
[0009]本實(shí)驗(yàn)相容劑為無(wú)定型苯乙烯-丁二烯共聚物(郊)、接枝型馬來(lái)酸酐接枝苯乙烯/乙烯/苯乙烯嵌段共聚物、嵌段型丁苯共聚物(郊幻、苯乙烯三段嵌段共合物彈性體中的一種或多種復(fù)配。
[0010]本實(shí)驗(yàn)偶聯(lián)劑為硅烷類偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、有機(jī)鉻絡(luò)合物偶聯(lián)劑和其他類型偶聯(lián)劑中的一種或多種復(fù)配。
[0011]三、空心玻璃微珠的選擇和作用
本發(fā)明采用空心玻璃微珠作為潤(rùn)滑填料。空心玻璃微珠堅(jiān)硬耐磨，且表觀密度大。大小均勻，完全規(guī)則的球形玻璃微珠將可以更有效地提高復(fù)合材料的摩擦性能，由于聚苯硫醚對(duì)空心玻璃微珠有很好的潤(rùn)滑性及粘結(jié)性，與其他耐磨塑料相比，聚苯硫醚/空心玻璃微珠復(fù)合材料的相界面結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，填料與基體的結(jié)合強(qiáng)度較高，不易從摩擦面上脫落，耐摩性得到很大的提高。
[0012]由于空心玻璃微珠是微小的圓球，在液體的樹脂中要比片狀、針狀或不規(guī)則形狀的填料更具有良好的流動(dòng)性，所以充模性能優(yōu)異。更重要的是這種小微珠是各向同性的，因此不會(huì)產(chǎn)生因取向造成不同部位收縮率不一致的弊病，保證了產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定。
[0013]由于“剛性粒子增韌效應(yīng)”，空心玻璃微珠對(duì)提高聚苯硫醚的沖擊強(qiáng)度也有很明顯的作用。
[0014]三、高性能纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料的制備方法如下
將聚苯硫醚樹脂45-65%、空心玻璃微珠10-20%、相容劑3-5%和偶聯(lián)劑0.5-1.5先加入高混機(jī)中，低速攪拌1分鐘，再將潤(rùn)滑劑0.3-1%和母粒2-4%加入高混機(jī)中，高速攪拌2-3分鐘；將物料置入雙螺桿擠出機(jī)中，擠出溫度控制在260-3201，通過(guò)擠拉包覆口模時(shí)添加高性能纖維；擠出料經(jīng)風(fēng)冷、切粒得到一種高性能纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料顆粒。
[0015]由于溫度低于2601易造成流動(dòng)性不好造成塑化不均勻，溫度高于3201易造成原料熱分解加速所以，擠出機(jī)控制溫度在260-3201。
[0016]四、成型工藝
本發(fā)明訴述的一種高性能纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料，可以采用模壓成型工藝和注塑成型工藝。
[0017]注塑成型工藝為:將聚苯硫醚復(fù)合材料干燥處理后，在螺桿注塑機(jī)中注塑成型，注塑過(guò)程中料筒溫度為290-3501，注塑壓力60-150^?，模具溫度控制在110-1501，低于1101，熔體冷卻過(guò)速易導(dǎo)致沖模不完全，高于1501則產(chǎn)品出模后收縮變形嚴(yán)重。
[0018]模壓成型工藝為:將聚苯硫醚復(fù)合材料粒料干燥處理；干燥后的聚苯硫醚復(fù)合材料粒料加入模具中，加熱到1301后進(jìn)行一次壓，壓力為3-51？3 ；將模具加熱到310-3601后，加壓到10-3(--?進(jìn)行二次壓制。模具冷卻到1301后，卸壓出模，即制的成型胚件。
[0019]本工藝干燥處理?xiàng)l件為1501下干燥2-處。當(dāng)溫度低于3101，聚苯硫醚復(fù)合材料熔體流動(dòng)性不好，高于3601，則長(zhǎng)時(shí)間加熱導(dǎo)致聚苯硫醚復(fù)合材料流體分解嚴(yán)重。模具溫度必須降到1301出模，否則產(chǎn)品收縮變形嚴(yán)重。采用模壓成型的工藝，不但容易成型大型厚壁的制件，而且廣品尺寸精度聞。
[0020]從本發(fā)明的上述技術(shù)特征可以看出，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:通過(guò)用高性能的纖維增強(qiáng)和特殊的增韌體系和復(fù)合技術(shù)，大幅度的提升材料的耐高抗沖擊強(qiáng)度、耐腐蝕性和韌性等性能。利用該復(fù)合材料，采用模壓成型工藝和注塑成型工藝制備耐腐蝕渦輪葉片的組件。另外，本發(fā)明一種高性能纖維聚苯硫醚復(fù)合材料的熔體流動(dòng)性好易注塑成型。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明涉及的技術(shù)方案進(jìn)行一步描述，但不作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0022]實(shí)施例1
一種高性能纖維復(fù)合材料采用下列重量百分比的組分:聚苯硫醚樹脂50%、空心玻璃微珠12%、馬來(lái)酸酐接枝苯乙烯/乙烯/苯乙烯嵌段共聚物3%、硅烷偶聯(lián)劑(KH550) 0.8%、硅酮母粒(ST-LS100) 0.5%和母粒4%。
[0023]按照上述配比稱取相應(yīng)的原料，其中，聚苯硫醚應(yīng)于120°C鼓風(fēng)干燥處理4h，空心玻璃微珠大小為2微米，用硅烷偶聯(lián)劑(KH550)處理干燥。聚苯硫醚樹脂、空心玻璃微珠、相容劑和偶聯(lián)劑先加入高混機(jī)中，低速攪拌I分鐘，再將潤(rùn)滑劑和母粒加入高混機(jī)中，高速攪拌2-3分鐘；將物料置入雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)熔融擠出造粒，擠出工藝為:一段溫度295°C、二段溫度300°C、三段溫度305°C、四段溫度315°C、五段溫度315°C、機(jī)頭溫度320°C。主機(jī)頻率:40Hz ;喂料頻率:10Hz ;從側(cè)喂料口加入高性能纖維，含量控制在35%、切粒機(jī)轉(zhuǎn)速:450r/min ;將擠出的物料冷卻，送入切粒機(jī)中切粒，將切好的粒子打包，即得到一種高性能纖維聚苯硫醚復(fù)合材料。
[0024]應(yīng)用上述聚苯硫醚復(fù)合材料，采用注塑成型工藝制備耐腐蝕、耐高抗沖擊渦輪葉片過(guò)流組件，其過(guò)程為:將聚苯硫醚復(fù)合材料置于干燥箱中在150°C下干燥2h后，在螺桿注塑機(jī)中注塑成型，注塑過(guò)程中料筒溫度為:300°C，螺桿轉(zhuǎn)速為75ppm，注塑壓力為130MPa，模具溫度控制在130°C。
[0025]實(shí)施例2
一種高性能纖維復(fù)合材料采用下列重量百分比的組分:聚苯硫醚樹脂62%、空心玻璃微珠15%、馬來(lái)酸酐接枝苯乙烯/乙烯/苯乙烯嵌段共聚物4%、硅烷偶聯(lián)劑(KH550) 0.6%、硅酮母粒(ST-LS100) 0.6%和母粒4%。
[0026]按照上述配比稱取相應(yīng)的原料，其中，聚苯硫醚應(yīng)于120°C鼓風(fēng)干燥處理4h，空心玻璃微珠大小為18微米，用硅烷偶聯(lián)劑(KH550)處理干燥。聚苯硫醚樹脂、空心玻璃微珠、相容劑和偶聯(lián)劑先加入高混機(jī)中，低速攪拌I分鐘，再將潤(rùn)滑劑和母粒加入高混機(jī)中，高速攪拌2-3分鐘；將物料置入雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)熔融擠出造粒，擠出工藝為:一段溫度295°C、二段溫度300°C、三段溫度305°C、四段溫度315°C、五段溫度315°C、機(jī)頭溫度320°C。主機(jī)頻率:40Hz ;喂料頻率:10Hz ;從側(cè)喂料口加入高性能纖維，含量控制在25%、切粒機(jī)轉(zhuǎn)速:450r/min ;將擠出的物料冷卻，送入切粒機(jī)中切粒，將切好的粒子打包，即得到一種高性能纖維聚苯硫醚復(fù)合材料。
[0027]應(yīng)用上述聚苯硫醚復(fù)合材料，采用模壓成型工藝制備耐高抗沖擊強(qiáng)度、耐腐蝕性渦輪葉片過(guò)流組件，主要包括以下步驟:
將聚苯硫醚復(fù)合材料在150°C下干燥2h ;干燥后的聚苯硫醚復(fù)合材料料粒加入模具中，加熱到130°C后進(jìn)行一次壓，壓力為3MPa ;將模具加熱到320°C后，加壓到15MPa進(jìn)行二次壓制。模具冷卻到130°C后，卸壓出模，即制的成型肝件。
[0028]實(shí)施例3
一種高性能纖維復(fù)合材料采用下列重量百分比的組分:聚苯硫醚樹脂45%、空心玻璃微珠10%、馬來(lái)酸酐接枝苯乙烯丨乙烯丨苯乙烯嵌段共聚物5%、硅烷偶聯(lián)劑(1(11550) 1.0%、硅酮母粒(31'-[3100) 0.8%和母粒3%。
[0029]按照上述配比稱取相應(yīng)的原料，其中，聚苯硫醚應(yīng)于1201鼓風(fēng)干燥處理處，空心玻璃微珠大小為32微米，用硅烷偶聯(lián)劑(1(11550)處理干燥。聚苯硫醚樹脂、空心玻璃微珠、相容劑和偶聯(lián)劑先加入高混機(jī)中，低速攪拌1分鐘，再將潤(rùn)滑劑和母粒加入高混機(jī)中，高速攪拌2-3分鐘；將物料置入雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)熔融擠出造粒，擠出工藝為:一段溫度3001、二段溫度3051、三段溫度3101、四段溫度3151、五段溫度3201、機(jī)頭溫度3251。主機(jī)頻率:40??；喂料頻率:10取；從側(cè)喂料口加入高性能纖維，含量控制在40%、切粒機(jī)轉(zhuǎn)速:4501-/111111 ；將擠出的物料冷卻，送入切粒機(jī)中切粒，將切好的粒子打包，即得到一種高性能纖維聚苯硫醚復(fù)合材料。
[0030]應(yīng)用上述聚苯硫醚復(fù)合材料，采用注塑成型工藝制備耐腐蝕、耐高抗沖擊渦輪葉片過(guò)流組件，其過(guò)程為:將聚苯硫醚復(fù)合材料置于干燥箱中在1501下干燥41！后，在螺桿注塑機(jī)中注塑成型，注塑過(guò)程中料筒溫度為:2901，螺桿轉(zhuǎn)速為80卯!II，注塑壓力為140即3，模具溫度控制在1401。
[0031]實(shí)施例4
一種高性能纖維復(fù)合材料采用下列重量百分比的組分:聚苯硫醚樹脂60%、空心玻璃微珠10%、馬來(lái)酸酐接枝苯乙烯丨乙烯丨苯乙烯嵌段共聚物4%、硅烷偶聯(lián)劑(1(11550) 0.8%、硅酮母粒(31'-[3100) 1.0%和母粒3%。
[0032]按照上述配比稱取相應(yīng)的原料，其中，聚苯硫醚應(yīng)于1201鼓風(fēng)干燥處理處，空心玻璃微珠大小為32微米，用硅烷偶聯(lián)劑(1(11550)處理干燥。聚苯硫醚樹脂、空心玻璃微珠、相容劑和偶聯(lián)劑先加入高混機(jī)中，低速攪拌1分鐘，再將潤(rùn)滑劑和母粒加入高混機(jī)中，高速攪拌2-3分鐘；將物料置入雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)熔融擠出造粒，擠出工藝為:一段溫度2951、二段溫度3001、三段溫度3051、四段溫度3151、五段溫度3151、機(jī)頭溫度3201。主機(jī)頻率:35取；喂料頻率:13取；從側(cè)喂料口加入高性能纖維，含量控制在30%、切粒機(jī)轉(zhuǎn)速:4801-/111111 ；將擠出的物料冷卻，送入切粒機(jī)中切粒，將切好的粒子打包，即得到一種高性能纖維聚苯硫醚復(fù)合材料。
[0033]應(yīng)用上述聚苯硫醚復(fù)合材料，采用模壓成型工藝制備耐高抗沖擊強(qiáng)度、耐腐蝕性渦輪葉片過(guò)流組件，主要包括以下步驟:
將聚苯硫醚復(fù)合材料在1501下干燥41?。桓稍锖蟮木郾搅蛎褟?fù)合材料料粒加入模具中，加熱到1501后進(jìn)行一次壓，壓力為41？3 ；將模具加熱到3101后，加壓到181？3進(jìn)行二次壓制。模具冷卻到1501后，卸壓出模，即制的成型肝件。
【權(quán)利要求】
1.一種高性能纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料，其特征在于包括下列重量百分比的組分:聚苯硫醚樹脂45-65%、高性能纖維20-40%、玻璃微珠10_20%、相容劑3_5%、偶聯(lián)劑0.5-1.5%、潤(rùn)滑劑 0.3-1%、母粒 2-4%。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高性能纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料，其特征在于:所述的高性能纖維包括:短切碳纖維、短切玻纖、長(zhǎng)纖維、天然纖維、石英纖維。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高性能纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料，其特征在于:所述的相容劑為無(wú)定型苯乙烯-丁二烯共聚物(SB)、接枝型馬來(lái)酸酐接枝苯乙烯/乙烯/苯乙烯嵌段共聚物、嵌段型丁苯共聚物(SBS)、苯乙烯三段嵌段共合物彈性體中的一種或多種復(fù)配。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高性能纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料，其特征在于:所述的偶聯(lián)劑為硅烷類偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、有機(jī)鉻絡(luò)合物偶聯(lián)劑和其他類型偶聯(lián)劑中的一種或多種復(fù)配。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高性能纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于:該聚苯硫醚復(fù)合材料用于制備耐高抗沖擊強(qiáng)度、耐腐蝕的組件。
【文檔編號(hào)】C08K7/28GK104419206SQ201310372289
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月24日
【發(fā)明者】郝大全, 魯建新, 賈宇沖 申請(qǐng)人:黑龍江鑫達(dá)企業(yè)集團(tuán)有限公司