一種玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的制備方法，它包括以下步驟：1)聚苯乙烯粉末溶解：將聚苯乙烯粉末倒入苯乙烯和二乙烯苯的混合液中，攪拌得到澄清透明溶液；2)玻璃纖維的添加：向上述澄清透明溶液中加入經過硅烷偶聯(lián)劑處理的短切玻璃纖維，攪拌至混合均勻；3)高強度聚苯乙烯板的成型：將上述混合物倒入模具并密封，采用γ射線進行輻射，使液體凝固至出現(xiàn)力學強度；4)高強度聚苯乙烯板的后期處理：對上述塑料板進行熱壓處理，得到玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板。采用此方法制得的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板是一種高強度的改性交聯(lián)聚苯乙烯材料，其力學強度較之普通交聯(lián)聚苯乙烯提高了50％以上。該方法成品率高、能耗低、制得的板材尺寸可控。
【專利說明】一種玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于聚合物新材料領域，具體涉及一種采用聚苯乙烯粉末為原料，高效制備玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的方法。

【背景技術】
[0002]交聯(lián)聚苯乙烯是一種性能十分優(yōu)良的低介電材料，在500Hz的寬頻范圍內擁有
2.3~2.5的介電常數(shù)，0.1以內的介電損耗，以及較好的機械加工性和尺寸穩(wěn)定性。此外，交聯(lián)聚苯乙烯還具有很好的耐高壓擊穿性能，較大的體、表電阻率，極高的抗輻射能力等特點。因此其在微波通訊、半導體等領域有著極佳的應用前景。
[0003]隨著科學技術的發(fā)展，低介電材料開始被要求在一些高壓強脈沖的環(huán)境下進行工作，這就對材料的力學強度提出了越來越高的要求。通過提升交聯(lián)聚苯乙烯材料的交聯(lián)密度、均勻性以及純度等可以在一定程度上提高材料的力學強度，但是這種提升非常有限，無法滿足應用要求。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有交聯(lián)聚苯乙烯板力學強度不足的問題，提供一種玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的制備方法。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術問題所采取的技術方案為:
[0006]一種玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟:
[0007]I)聚苯乙烯粉末的溶解:將聚苯乙烯粉末倒入苯乙烯和二乙烯苯的混合液中，攪拌至得到澄清透明溶液；
[0008]2)玻璃纖維的添加:向上述澄清透明溶液中加入經過硅烷偶聯(lián)劑處理的短切玻璃纖維，攪拌至混合均勻；
[0009]3)玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的成型:將上述混合物倒入模具并密封，采用Y射線進行輻射，使液體凝固至出現(xiàn)力學強度；
[0010]4)玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的后期處理:對上述塑料板進行熱壓處理，得到玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板。
[0011]上述方案中，步驟I)的混合液中苯乙烯為95~99wt%, 二乙烯苯為I~5wt% ；聚苯乙烯粉末與混合液的質量比為1:1~9。
[0012]上述方案中，步驟2)中的硅烷偶聯(lián)劑為Υ_(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
[0013]上述方案中，步驟2)中的短切玻璃纖維的直徑為5~15 μ m，長度為3~30mm，添加量為澄清透明溶液質量的I~30%。
[0014]上述方案中，步驟3)中的Y射線輻射過程是在低溫環(huán)境下進行的，其中反應溫度為-10~20°C ； Y射線的輻射劑量率為I~10Gy/min，總劑量為I~lOOkGy。
[0015]上述方案中，步驟4)中的熱壓制度為:升溫速率I~10°C /min，保溫溫度100~120°C，熱壓機壓力5~15MPa，保溫保壓時間I~8h。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]1、本發(fā)明向聚苯乙烯交聯(lián)體系中加入玻璃纖維，形成交聯(lián)聚苯乙烯/玻纖復合材料。采用Υ_(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)對玻纖進行表面處理，偶聯(lián)劑在水解后與玻纖表面的-OH鍵發(fā)生化學反應形成牢固穩(wěn)定的S1-O-Si鍵，使玻纖帶有C = C鍵官能團，能夠與聚苯乙烯交聯(lián)體系發(fā)生有效的化學鍵合，提高材料的力學強度；
[0018]2、本發(fā)明采用Y射線輻射代替加熱處理，完成材料體系的交聯(lián)聚合。由于輻射對乙烯類長鏈聚合物的特殊作用，除了由二乙烯苯提供的懸掛雙鍵外，聚苯乙烯鏈段自身會發(fā)生脫氫形成交聯(lián)點。這就使材料體系的交聯(lián)密度更大，與玻纖的化學鍵合更為緊密，更好的增強材料的力學強度；
[0019]3、本發(fā)明以聚苯乙烯粉末為原料，能準確控制接受Y射線輻射的聚苯乙烯鏈段數(shù)量，調節(jié)輻射交聯(lián)的比例，保證材料交聯(lián)體系的均勻性，使產品的質量可控，制備高效。
[0020]4、本發(fā)明通過熱壓處理，消除材料體系中玻纖/高分子界面可能出現(xiàn)的間隙，并使體系中殘留的小分子盡可能反應完全，進一步提高材料的力學強度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為實施例1產物與普通交聯(lián)聚苯乙烯板的靜態(tài)力學性能對比圖。
[0022]圖中A柱和B柱分別為普通交聯(lián)聚苯乙烯樣品和實施例1產物的拉伸、彎曲、沖擊強度。可以看出，與普通交聯(lián)聚苯乙烯板相比，采用本發(fā)明所述的方法制備的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板具有較高的力學強度。其中拉伸強度提升了 66.45%，彎曲強度提升了56.22 %，沖擊韌性提升7 59.97 %。

【具體實施方式】
[0023]為了更好地理解本發(fā)明，下面結合附圖和實施例進一步闡明本發(fā)明的內容，但本發(fā)明的內容不僅僅局限于下面的實施例。
[0024]本發(fā)明提供一種玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的制備方法，其包括以下步驟:
[0025]I)將苯乙烯和二乙烯苯按混合均勻，配制兩者的混合液，混合液中苯乙烯為95~99wt %, 二乙烯苯為I~5wt % ；
[0026]2)將聚苯乙烯粉末與上述混合液按質量比1:1~9混合，高速攪拌至溶液澄清透明；
[0027]3)將直徑為5~15 μ m，長度為3~30mm的短切玻璃纖維倒入Y _(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)溶液中，浸泡Ih后取出，用去離子水沖洗至中性，烘干；
[0028]4)將經過硅烷偶聯(lián)劑處理的短切玻璃纖維加入步驟2)得到的澄清溶液中，高速攪拌至混合均勻，其中玻纖的加入量為澄清溶液質量的I~30% ;
[0029]4)將上述混合物倒入可隔絕水、氧的特殊模具中，密封；
[0030]5)在-10~20°C溫度下對裝有樣品的模具進行I~10kGy的Y射線輻射，輻射劑量率為I~10Gy/min ；
[0031]6)打開模具取出完全固化的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板，機加工至性狀規(guī)則、表面平整；
[0032]7)將加工好的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板套入對應模具中，放入熱壓臺，以I~10°c /min的升溫速率升至一定溫度后開始保溫加壓，其中保溫溫度為100~120°C，熱壓機壓力為5~15MPa，保持熱壓機的溫度和壓力I~8h，然后將溫度緩慢降至室溫，打開熱壓機，取出高強度聚苯乙烯板的最終產物。
[0033]實施例1:
[0034]I)向容器中加入1470g苯乙烯、30g 二乙烯苯和500g聚苯乙烯粉末,高速攪拌至溶液澄清透明。
[0035]2)取400g長度為12mm的短切玻璃纖維倒入Y _(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)溶液中，浸泡Ih后取出，用去離子水沖洗至中性，烘干。
[0036]3)將經過硅烷偶聯(lián)劑處理的短切玻璃纖維加入上述的澄清液體中，攪拌至混合均勻后倒入可隔絕水、氧的特殊模具中，密封。
[0037]4)在5°C溫度下對裝有樣品的模具進行20kGy的Y射線輻射，輻射劑量率為40Gy/mino
[0038]5)打開模具取出完全固化的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板，機加工至性狀規(guī)則、表面平整。
[0039]6)將加工好的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板套入對應模具中，放入熱壓臺，以5°C /min的升溫速率升至110°C后施以1MPa的壓力并保持4h。
[0040]7)將溫度緩慢降至室溫，打開熱壓機，取出最終產物。
[0041]圖1為實施例1產物與交聯(lián)聚苯乙烯板的靜態(tài)力學性能(拉伸、彎曲、沖擊)對比圖。
[0042]實施例2:
[0043]I)向容器中加入950g苯乙烯、50g 二乙烯苯和500g聚苯乙烯粉末,高速攪拌至溶液澄清透明。
[0044]2)取150g長度為30mm的短切玻璃纖維倒入Y _(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)溶液中，浸泡Ih后取出，用去離子水沖洗至中性，烘干。
[0045]3)將經過硅烷偶聯(lián)劑處理的短切玻璃纖維加入上述的澄清液體中，攪拌至混合均勻后倒入可隔絕水、氧的特殊模具中，密封。
[0046]4)在0°C溫度下對裝有樣品的模具進行30kGy的Y射線輻射，輻射劑量率為20Gy/min。
[0047]5)打開模具取出完全固化的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板，機加工至性狀規(guī)則、表面平整。
[0048]6)將加工好的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板套入對應模具中，放入熱壓臺，以10°C /min的升溫速率升至100°C后施以5MPa的壓力并保持8h。
[0049]7)將溫度緩慢降至室溫，打開熱壓機，取出最終產物。
[0050]實施例3:
[0051]I)向容器中加入1782g苯乙烯、18g 二乙烯苯和200g聚苯乙烯粉末,高速攪拌至溶液澄清透明。
[0052]2)取600g長度為3mm的短切玻璃纖維倒入Y _(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)溶液中，浸泡Ih后取出，用去離子水沖洗至中性，烘干。
[0053]3)將經過硅烷偶聯(lián)劑處理的短切玻璃纖維加入上述的澄清液體中，攪拌至混合均勻后倒入可隔絕水、氧的特殊模具中，密封。
[0054]4)在_5°C溫度下對裝有樣品的模具進行1kGy的Y射線輻射，輻射劑量率為60Gy/mino
[0055]5)打開模具取出完全固化的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板，機加工至性狀規(guī)則、表面平整。
[0056]6)將加工好的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板套入對應模具中，放入熱壓臺，以2V /min的升溫速率升至120°C后施以15MPa的壓力并保持2h。
[0057]7)將溫度緩慢降至室溫，打開熱壓機，取出最終產物。
[0058]實施例4:
[0059]I)向容器中加入780g苯乙烯、20g 二乙烯苯和200g聚苯乙烯粉末,高速攪拌至溶液澄清透明。
[0060]2)取50g長度為30mm的短切玻璃纖維倒入Y _(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)溶液中，浸泡Ih后取出，用去離子水沖洗至中性，烘干。
[0061]3)將經過硅烷偶聯(lián)劑處理的短切玻璃纖維加入上述的澄清液體中，攪拌至混合均勻后倒入可隔絕水、氧的特殊模具中，密封。
[0062]4)在15°C溫度下對裝有樣品的模具進行20kGy的Y射線輻射，輻射劑量率為20Gy/min。
[0063]5)打開模具取出完全固化的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板，機加工至性狀規(guī)則、表面平整。
[0064]6)將加工好的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板套入對應模具中，放入熱壓臺，以4°C /min的升溫速率升至110°C后施以1MPa的壓力并保持3h。
[0065]7)將溫度緩慢降至室溫，打開熱壓機，取出最終產物。
[0066]實施例5:
[0067]I)向容器中加入2940g苯乙烯、60g 二乙烯苯和100g聚苯乙烯粉末,高速攪拌至溶液澄清透明。
[0068]2)取40g長度為18mm的短切玻璃纖維倒入Y _(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)溶液中，浸泡Ih后取出，用去離子水沖洗至中性，烘干。
[0069]3)將經過硅烷偶聯(lián)劑處理的短切玻璃纖維加入上述的澄清液體中，攪拌至混合均勻后倒入可隔絕水、氧的特殊模具中，密封。
[0070]4)在-10°C溫度下對裝有樣品的模具進行30kGy的Y射線輻射，輻射劑量率為80Gy/min。
[0071]5)打開模具取出完全固化的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板，機加工至性狀規(guī)則、表面平整。
[0072]6)將加工好的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板套入對應模具中，放入熱壓臺，以2V /min的升溫速率升至120°C后施以5MPa的壓力并保持8h。
[0073]7)將溫度緩慢降至室溫，打開熱壓機，取出最終產物。
[0074]實施例6:
[0075]I)向容器中加入1900g苯乙烯、10g 二乙烯苯和500g聚苯乙烯粉末,高速攪拌至溶液澄清透明。
[0076]2)取500g長度為6mm的短切玻璃纖維倒入Y _(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)溶液中，浸泡Ih后取出，用去離子水沖洗至中性，烘干。
[0077]3)將經過硅烷偶聯(lián)劑處理的短切玻璃纖維加入上述的澄清液體中，攪拌至混合均勻后倒入可隔絕水、氧的特殊模具中，密封。
[0078]4)在10°C溫度下對裝有樣品的模具進行15kGy的Y射線輻射，輻射劑量率為100Gy/min。
[0079]5)打開模具取出完全固化的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板，機加工至性狀規(guī)則、表面平整。
[0080]6)將加工好的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板套入對應模具中，放入熱壓臺，以8°C /min的升溫速率升至120°C后施以1MPa的壓力并保持4h。
[0081]7)將溫度緩慢降至室溫，打開熱壓機，取出最終產物。
[0082]表1為實施例1-實施例6制備的產物與按常規(guī)方法制備的普通交聯(lián)聚苯乙烯板的靜態(tài)力學性能(拉伸、彎曲、沖擊)對比數(shù)據(jù)。
[0083]表1各實施例產物的靜態(tài)力學性能對比表
[0084]

【權利要求】
1.一種玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟: 1)聚苯乙烯粉末的溶解:將聚苯乙烯粉末倒入苯乙烯和二乙烯苯的混合液中，攪拌至得到澄清透明溶液； 2)玻璃纖維的添加:向上述澄清透明溶液中加入經過硅烷偶聯(lián)劑處理的短切玻璃纖維，攪拌至混合均勻； 3)玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的成型:將上述混合物倒入模具并密封，采用Y射線進行輻射，使液體凝固至出現(xiàn)力學強度； 4)玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的后期處理:對上述塑料板進行熱壓處理，得到玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板。
2.根據(jù)權利要求1所述的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的制備方法，其特征在于:步驟I)的混合液中苯乙烯為95~99wt%，二乙烯苯為I~5wt% ;聚苯乙烯粉末與混合液的質量比為1:1~9。
3.根據(jù)權利要求1所述的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的制備方法，其特征在于:步驟2)中的硅烷偶聯(lián)劑為Υ_(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
4.根據(jù)權利要求1所述的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的制備方法，其特征在于:步驟2)中的短切玻璃纖維的直徑為5~15 μ m，長度為3~30mm，添加量為澄清透明溶液質量的1 ~30%。
5.根據(jù)權利要求1所述的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的制備方法，其特征在于:步驟3)中的Y射線輻射過程是在低溫環(huán)境下進行的，其中反應溫度為-10~20°C; Y射線的輻射劑量率為1~10Gy/min，總劑量為I~lOOkGy。
6.根據(jù)權利要求1所述的玻纖增強交聯(lián)聚苯乙烯板的制備方法，其特征在于:步驟4)中的熱壓制度為:升溫速率I~10°c /min，保溫溫度100~120°C，熱壓機壓力5~15MPa，保溫保壓時間I~8h。
【文檔編號】C08L25/06GK104130428SQ201410344100
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權日:2014年7月18日
【發(fā)明者】朱泉峣, 俞悅, 牟廣營, 孫華君, 王鵬彥, 陳文 , 王鈞, 王翔, 徐任信 申請人:武漢理工大學