一種纖維增強聚酯組合物及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料技術領域，涉及高分子材料改性技術，特別涉及纖維增強工程塑料設計與加工技術。
【背景技術】
[0002]聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)工程塑料是當今世界上PET非纖應用領域最活躍的研發(fā)熱點之一，尤其是近年來，PET工程塑料以其優(yōu)良的性能、較低的生產成本和較高的性價比在不用行業(yè)用工程塑料中所占比例不斷增加，目前PET工程塑料廣泛應用于各種承載設備、汽車、家用電器及家具等方面。
[0003]采用纖維增強改性PET是PET作為工程塑料應用的重要的改性措施，纖維增強可極大提高PET的強度、韌性、熱變形溫度及加工工藝性。但采用雙螺桿擠出共混得方法制備增強改性PET，由于擠出過程的高溫及高速剪切作用很容易造成PET分子鏈的降解、斷鏈作用，造成材料性能的降低，包括強度降低(變弱)及韌性降低(變脆)，所以PET加工過程中的擴鏈增粘、重建分子量，是提高PET工程塑料性能的重要措施。
[0004]多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)是一種有機-無機納米雜化材料，它是由硅氧原子構成的無機納米核與外圍的有機基團構成的空間籠型結構，尺寸在I到幾個納米級。POSS的特定的有機-無機雜化結構，使得它既具有無機材料的穩(wěn)定性，有具備與有機聚合物材料天然良好的相容性，POSS類納米材料具有許多特殊的性質，如耐高溫、耐摩擦、阻燃、高結構穩(wěn)定性、低介電、高強度等。具有活性側基的POSS與高分子很容易發(fā)生化學反應，可作為聚合物材料的納米增強劑、剛性粒子增韌劑及擴鏈劑。采用環(huán)氧基POSS作為活性擴鏈劑對增強PET進行改性，環(huán)氧官能團POSS外圍的活性環(huán)氧基團PET分子鏈進行反應，在不同PET分子鏈間起到擴鏈交聯(lián)的作用，提高樹脂基體的粘度，因而可提高材料的強度。另外剛性POSS納米顆粒分散在基體中，在受到沖擊作用時，可以通過在周邊引發(fā)銀紋起到吸收沖擊能的作用，因而可提高材料的韌性。
[0005]歐育湘等在文獻“用于聚合物納米復合材料的化學改性P0SS”(化學通報，6，2009)中提到，可采用單活性基POSS改性PET材料，提高PET彈性模量，但是采用的單活性基POSS沒有擴鏈增粘的作用，不能起到提高增強PET復合材料綜合性能的作用。
[0006]劉威在其碩士論文“P0SS/PET復合材料的制備及性能”中提到，采用共混法制備P0SS/PET復合材料，POSS可對PET起到異相成核的作用，影響PET結晶形態(tài)，但其采用的POSS種類也沒有擴鏈增粘的作用。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種高強高韌的PET工程塑料組合物及其制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，采用帶有活性環(huán)氧側基的POSS作為擴鏈劑及剛性粒子增韌劑，無機或有機纖維作為增強劑，分別對PET進行改性和增強，輔以常規(guī)助劑，得到強度和韌性顯著提高的PET工程塑料組合物。
[0008]本發(fā)明涉及的纖維增強聚酯組合物，增強纖維的質量比介于15?50%之間，改性基體的物料質量組成至少包括:
聚酯樹脂100份，
POSS0.8 ?3 份，
其中，所述聚酯樹脂為特性粘度0.78?0.875dl/g的對苯二甲酸乙二醇酯(PET);所述 POSS 選自[(R1S1l5)8] ? 8, [ (RS1l5) 4 (RS1loOH) 3] Σ M POSS 中的一種，其中:R 選自燒基、芳基中的一種A1選自環(huán)氧基燒基、環(huán)氧基環(huán)燒基中的一種；Σ #表不POSS分子中的硅原子個數(shù)，#為8代表POSS分子為完整籠型結構，#為7代表POSS分子為缺角的不完整籠型結構。
[0009]本發(fā)明涉及的纖維增強聚酯組合物，增強纖維的質量比介于15?50%之間，改性基體的物料質量組成為:
聚酯樹脂100份，
POSS0.8 ?3 份，
相容劑2?7.5份，
結晶促進劑1.5?4.5份，
結晶成核劑0.5?3份；
其中，所述相容劑為丙烯酸酯類共聚物，所述結晶促進劑為聚乙二醇或聚醚酯中的一種，所述結晶成核劑為滑石粉、苯磺酸鈣、離子聚合物中的一種或其混合體系。
[0010]本發(fā)明涉及的纖維增強聚酯組合物，所述聚酯樹脂為。
[0011]本發(fā)明涉及的纖維增強聚酯組合物，聚酯樹脂與POSS的質量比介于100:1.5?
2.5之間。
[0012]本發(fā)明涉及的纖維增強聚酯組合物，所述相容劑選自乙烯-甲基丙烯酸共聚物EMA,乙烯-丙烯酸丁酯共聚物EBA、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物EMA-GMA中的一種或其混合體系。
[0013]本發(fā)明涉及的纖維增強聚酯組合物，聚酯樹脂與相容劑的質量比介于100:3?5之間。
[0014]本發(fā)明涉及的纖維增強聚酯組合物，聚酯樹脂與結晶促進劑的質量比介于100:2?3.5之間。
[0015]本發(fā)明涉及的纖維增強聚酯組合物，聚酯樹脂與結晶成核劑的質量比介于100:0.75?2.5之間。
[0016]本發(fā)明涉及的纖維增強聚酯組合物，其中增強纖維選自玻璃纖維、碳纖維、或芳綸纖維。
[0017]本發(fā)明涉及的纖維增強聚酯組合物，增強纖維含量介于30?40wt%之間。
[0018]本發(fā)明涉及的纖維增強聚酯組合物的制備方法，采用雙螺桿擠出機熔融混煉工藝，側喂料口引入增強纖維，其特征在于:螺桿及機頭溫度為:240°C?270°C，螺桿轉速400 ?480r/min。
[0019]本發(fā)明涉及的纖維增強聚酯組合物，POSS同時作為擴鏈劑及剛性粒子增韌集，在擠出加工過程中起重建分子量的作用，制備的增強PET工程塑料，強度高，韌性好，結晶硬化速率高，模內冷卻時間短，特別適用于高速注塑加工制品。
【具體實施方式】
[0020]下面結合具體實施例對本發(fā)明提出的技術方案進行進一步說明，但不作為對技術方案的限制。
[0021]對比例
將100份PET樹脂(HY-C01，粘度0.875dl/g)、5份EMA_GMA、0.75份滑石粉、2份聚乙二醇(PEG-400)混合均勻后，用CTE35同向平行雙螺桿擠出機擠出加工，側喂料引入玻璃纖維(14-2000-988A)，螺桿 9 區(qū)及機頭溫度設定為:240, 245，250，255，255，245，245，245，240，250，螺桿轉速為400r/min，控制纖維含量為30%，復合材料的拉伸強度為115MPa，彎曲強度為150MPa，彎曲模量為7250MPa，懸臂梁缺口沖擊強度為10KJ/m2，熱變形溫度為239 0C (0.45MPa)。
[0022]實施例1
將 100 份 PET 樹脂(CB-608S，粘度 0.865dl/g)、0.8 份 POSS( [ (γ -環(huán)氧丙氧丙基-S11J8] Σ 8)、5份EMA-GMA、0.75份滑石粉、2份聚乙二醇(PEG-400)混合均勻后，用CTE35同向平行雙螺桿擠出機擠出加工，側喂料引入玻璃纖維(14-2000-988A)，螺桿9區(qū)及機頭溫度設定為=240, 245，250，255，255，245，245，245，240，250，螺桿轉速為 400r/min,控制纖維含量為30%，復合材料的拉伸強度為125MPa，彎曲強度為179MPa，彎曲模量為8390MPa，懸臂梁缺口沖擊強度為12KJ/m2，熱變形溫度為243°C (0.45MPa)。
[0023]實施例2
將 100 份 PET 樹脂(WP56151，粘度 0.81dl/g)、1.5 份 POSS ( [ ( γ -環(huán)氧丙氧丙基-S11J8] Σ 8)、2份EMA,2.5份離子聚合物(沙林8920)、1.5份聚乙二醇(PEG-800)混合均勻后，用CTE35同向平行雙螺桿擠出機擠出加工，側喂料引入玻璃纖維(ER-4300)，螺桿9 區(qū)及機頭溫度設定為:240, 265，265，260，255，245，245，245，240，255，螺桿轉速為 450r/min，控制纖維含量為29.5%，復合材料的拉伸強度為133MPa，彎曲強度為195MPa，彎曲模量為8875MPa，懸臂梁缺口沖擊強度為13KJ/m2，熱變形溫度為244°C (0.45MPa)。
[0024]實施例3
將 100 份 PET 樹脂(WP56151，粘度 0.81dl/g)、1.9 份 POSS ( [(1- (2，3 環(huán)氧基-環(huán)己基)-乙基-S11.5) 8] Σ 8)、2.45份EBA、2.3份離子聚合物(沙林8920)、2.2份聚乙二醇(PEG-800)混合均勻后，用CTE35同向平行雙螺桿擠出機擠出加工，側喂料引入玻璃纖維(14-2000-988Α)，螺桿 9 區(qū)及機頭溫度設定為:240，245，250，255，255，245，245，245，240，250，螺桿轉速為450r/min，控制纖維含量為50%，復合材料的拉伸強度為164MPa，彎曲強度為230MPa，彎曲模量為10155MPa，懸臂梁缺口沖擊強度為15KJ/m2，熱變形溫度為245 0C (0.45MPa)。
[0025]實施例4
將 100份PET樹脂(WP56151，粘度0.81dl/g)、l.6份POSS([ (TS-S11J4(S1uOH)3]Σ7)、1.9份ΕΜΑ、2.65份離子聚合物(沙林8920)、2份聚醚酯(Uniplex510)混合均勻后，用CTE35同向平行雙螺桿擠出機擠出加工，側喂料引入玻璃纖維(14-2000-988A)，螺桿9區(qū)及機頭溫度設定為:240，245，250，255，255，245，245，245，240，250，螺桿轉速為 460r/min,控制纖維含量為15%，復合材料的拉伸強度為103MPa，彎曲強度為150MPa，彎曲模量為6560MPa，懸臂梁缺口沖擊