CN101891947A - 聚芳醚腈复合材料及其制备方法 - Google Patents

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本发明属于高分子材料领域，特别涉及聚芳醚腈复合材料及其制备方法。本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种高性能、高耐磨聚芳醚腈复合材料。本发明的聚芳醚腈复合材料，它是由下述重量份的组份组成：聚芳醚腈树脂40～70份，填料10～40份，酞菁预聚物3～10份，耐磨添加剂0～7份。本发明中的酞菁预聚物在增塑的同时提高了树脂体系与纤维、耐磨添加剂的界面作用力，提高了复合材料的机械强度、耐磨性和耐温性。

Description

聚芳醚腈复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，特别涉及聚芳醚腈复合材料及其制备方法。
背景技术
聚芳醚腈(Polyarylene ether nitriles，PEN)是一类侧链上具有腈基的聚芳醚，具有较高的耐热性、阻燃性、机械强度、防辐照和抗蠕变性好等优良特性。在电子封装材料、精密机械、轴承以及汽车零部件等方面具有广泛的用途。
为了进一步提高聚芳醚腈机械强度、耐磨性和耐热性能，提高其分子量和调整分子结构是十分有效的途径。电子科技大学刘孝波教授课题组通过改进反应工艺和配方开发了一系列高性能、高粘度的聚芳醚腈树脂(见川科鉴字2008第504号)。此类聚芳醚腈树脂具备了更高的机械强度和耐热性能，但其加工流动性变得较差，添加玻璃纤维填料就更加困难，因此有必要对其进行增塑改性。常用的增塑剂虽然能提高聚芳醚腈的流动性，但往往由于相容性、耐热性较差等原因会降低聚芳醚腈的综合性能。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种高性能、高耐磨聚芳醚腈复合材料。
本发明的聚芳醚腈复合材料，它是由下述重量份的组份组成：
聚芳醚腈树脂              40～70份
填料                      10～40份
酞菁预聚物                3～10份
耐磨添加剂                0～7份
所述耐磨添加剂为聚四氟乙烯、石墨、二硫化钼中的至少一种；所述填料为玻璃纤维或碳纤维。
其中聚芳醚腈为基体树脂，玻璃纤维为增强材料，酞菁预聚物为增塑剂、热处理交联剂。
所述酞菁预聚物结构如式I所示：
Figure BDA0000025179020000011
其中的Ar表示芳香族二元酚的主体结构。
优选的，本发明的聚芳醚腈复合材料，它是由下述重量份的组份组成：
聚芳醚腈树脂          50～60份
填料                  10～40份
酞菁预聚物            3～7份
耐磨添加剂            3～7份
优选的，聚芳醚腈复合材料是由下述重量份的组份组成：聚芳醚腈树脂55份，玻璃纤维32份，酞菁预聚物8份，耐磨添加剂5份。
聚芳醚腈复合材料的制备方法，其步骤如下：
a、按照下列重量配比称取原料：
聚芳醚腈树脂          40～70份
填料                  10～40份
酞菁预聚物            3～10份
耐磨添加剂            0～7份；
所述耐磨添加剂为聚四氟乙烯、石墨、二硫化钼中的至少一种；所述填料为玻璃纤维或碳纤维；
b、将聚芳醚腈树脂、耐磨添加剂和酞菁预聚物混合均匀后于310～350℃熔融共混挤出造粒，填料在挤出过程的剪切段加入制得聚芳醚腈复合粒料；
c、聚芳醚腈复合粒料通过注塑或压制成型后于200～250℃条件下放置22～26小时。
优选的，步骤a是由下述重量份的组份组成：聚芳醚腈树脂55份，玻璃纤维32份，酞菁预聚物8份，耐磨添加剂5份。
步骤b熔融温度优选为330℃。
步骤b混合均匀的设备为高速搅拌机、挤出造粒的设备为双螺杆挤出机。
步骤c于200～250℃条件下放置22～26小时为热处理过程，放置时间优选为24小时。
本发明的有益效果是：
(1)采用了在双螺杆挤出机上熔融共混挤出，生产条件易于实现，生产过程易于控制，适用于工业化生产。
(2)酞菁预聚物具有与聚芳醚腈相近的分子结构，保证了增塑剂与聚芳醚腈的相容性，同时也保证了聚芳醚腈的耐热性和高强度、高模量等物理性能。
(3)酞菁预聚物与玻璃纤维、耐磨添加剂具有强的粘附力，酞菁预聚物在增塑的同时提高了树脂体系与纤维、耐磨添加剂的界面作用力，尤其是通过热处理后这种界面作用力大大增强，提高了复合材料的机械强度、耐磨性和耐温性。
(4)酞菁预聚物针对聚芳醚腈增塑效果好，聚芳醚腈增塑后通过加入10～40％的纤维不仅机械性能和耐热性得到大大提高，而且降低了聚芳醚腈产品的应用成本。
具体实施方式
本发明酞菁预聚物差式DSC热分析仪测得熔程为190-230℃，初始分解温度为420℃以上，粘度低于1000Pa.S。
所述聚芳醚腈由四川飞亚新材料有限公司提供，制备方法参照中国专利200810305720.3。
实施例1聚芳醚腈复合材料的制备
(一)备料：
聚芳醚腈树脂           50公斤
玻璃纤维               40公斤
酞菁预聚物             5公斤
石墨                   5公斤
(二)生产过程：
1、将双螺杆挤出机升温至330℃。
2、将聚芳醚腈树脂、石墨和酞菁预聚物在高速搅拌机上混合均匀后投入双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒得到聚芳醚腈复合粒料，玻璃纤维在双螺杆挤出机剪切段加入。
3、将聚芳醚腈复合粒料通过注塑或压制成型后在200℃温度下进行热处理24小时，获得聚芳醚腈复合材料。
产品性能检测参见表1：
表1
  聚芳醚腈复合材料   检测结果
  拉伸强度(Mpa)   192
  弯曲强度(Mpa)   259
  热变形温度(℃)   185
  缺口冲击强度(KJ/m2)   8.8
  初始分解温度(℃)   501
  摩擦系数   0.23
  磨耗量(x 10-4g)   4.2
实施例2聚芳醚腈复合材料的制备
(一)备料：
聚芳醚腈树脂             50公斤
碳纤维                   40公斤
酞菁预聚物               5公斤
石墨                     5公斤
(二)生产过程：
1、将双螺杆挤出机升温至330℃。
2、将聚芳醚腈树脂和酞菁预聚物、石墨在高速搅拌机上混合均匀后投入双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒得到聚芳醚腈复合粒料，碳纤维在双螺杆挤出机剪切段加入。
3、将得到聚芳醚腈复合粒料通过注塑或压制成型后在200℃温度下进行热处理24小时，获得聚芳醚腈复合材料。
产品性能检测表4：
表4
实施例3聚芳醚腈复合材料热处理前后性能比较
(一)备料：
聚芳醚腈                 60公斤
玻璃纤维                 30公斤
酞菁预聚物               10公斤
(本实施例只是用来比较热处理对性能的影响，所以未添加耐磨添加剂)
(二)生产过程：
1、将双螺杆挤出机升温至350℃。
2、将聚芳醚腈和酞菁预聚物在高速搅拌机上混合均匀后投入双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，玻璃纤维在双螺杆挤出机剪切段加入。
3、将聚芳醚腈复合粒料通过注塑或压制成型作为热处理前样品，作为对比将在250℃温度下进行热处理24小时，获得聚芳醚腈复合材料作为热处理后样品。
产品性能检测见表3：
表3产品性能检测结果
Figure BDA0000025179020000051
实施例4不同玻纤含量聚芳醚腈复合材料的制备
(一)备料：
  原料   1#   2#   3#
  聚芳醚腈树脂   50公斤   50公斤   50公斤
  玻璃纤维   10公斤   20公斤   30公斤
  酞菁预聚物   5公斤   5公斤   5公斤
  聚四氟乙烯粉末   5公斤   5公斤   5公斤
(二)生产过程：
1、将双螺杆挤出机升温至330℃。
2、将聚芳醚腈树脂、石墨和酞菁预聚物在高速搅拌机上混合均匀后投入双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒得到聚芳醚腈复合粒料，玻璃纤维在双螺杆挤出机剪切段加入。
3、将聚芳醚腈复合粒料通过注塑或压制成型后在200℃温度下进行热处理24小时，获得聚芳醚腈复合材料。
产品性能检测参见表2：
表2
  聚芳醚腈复合材料   1#   2#   3#
  拉伸强度(Mpa)   144   153   167
  弯曲强度(Mpa)   229   247   256
  热变形温度(℃)   168   175   183
  缺口冲击强度(KJ/m2)   10.2   9.7   9.3
  初始分解温度(℃)   501   501   501
  摩擦系数   0.18   0.21   0.22
  磨耗量(x 10-4g)   4.1   3.8   3.5
实施例5不同耐磨添加剂对聚芳醚腈复合材料性质的影响
(一)备料
  1#   2#   3#   4#
  聚芳醚腈树脂   50   50   50   50
  碳纤维   30   30   30   30
  酞菁预聚物   5   5   5   5
  石墨   5   0   0   3
  聚四氟乙烯粉   0   5   0   2
  二硫化钼   5
(二)生产过程：
1、将双螺杆挤出机升温至330℃。
2、将聚芳醚腈树脂、酞菁预聚物和耐磨添加剂在高速搅拌机上混合均匀后投入双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒得到聚芳醚腈复合粒料，碳纤维在双螺杆挤出机剪切段加入。
3、将聚芳醚腈复合粒料通过注塑或压制成型后在200℃温度下进行热处理24小时，获得聚芳醚腈复合材料。
产品性能检测见表5：
表5
  聚芳醚腈复合材料   1#   2#   3#   4#
  拉伸强度(Mpa)   194   187   191   190
  弯曲强度(Mpa)   276   271   278   269
  热变形温度(℃)   195   193   196   194
  缺口冲击强度(KJ/m2)   8.5   8.1   7.8   8.6
  初始分解温度(℃)   501   501   501   501
  摩擦系数   0.17   0.16   0.21   0.19
  磨耗量(x 10-4g)   2.8   2.9   3.0   2.9

Claims (7)

1.聚芳醚腈复合材料，其特征在于：它是由下述重量份的组份组成：
聚芳醚腈树脂          40～70份
填料                  10～40份
酞菁预聚物            3～10份
耐磨添加剂            0～7份
所述耐磨添加剂为聚四氟乙烯、石墨、二硫化钼中的至少一种；所述填料为玻璃纤维或碳纤维。
2.根据权利要求1所述的聚芳醚腈复合材料，其特征在于：它是由下述重量份的组份组成：聚芳醚腈树脂          50～60份
填料                  10～40份
酞菁预聚物            3～7份
耐磨添加剂            3～7份。
3.根据权利要求1所述的聚芳醚腈复合材料，其特征在于：是由下述重量份的组份组成：聚芳醚腈树脂55份，玻璃纤维32份，酞菁预聚物8份，耐磨添加剂5份。
4.聚芳醚腈复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a、按照下列重量配比称取原料：
聚芳醚腈树脂          40～70份
填料                  10～40份
酞菁预聚物            3～10份
耐磨添加剂            0～7份；
所述耐磨添加剂为聚四氟乙烯、石墨、二硫化钼中的至少一种；所述填料为玻璃纤维或碳纤维；
b、将聚芳醚腈树脂、耐磨添加剂和酞菁预聚物混合均匀后于310～350℃熔融共混挤出造粒，填料在挤出过程的剪切段加入制得聚芳醚腈复合粒料；
c、聚芳醚腈复合粒料通过注塑或压制成型后于200～250℃条件下放置22～26小时。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤b熔融温度为330℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤b混合均匀的设备为高速搅拌机、挤出造粒的设备为双螺杆挤出机。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤c放置时间为24小时。
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