專利名稱：一種聚鄰苯二甲酰胺復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于高分子材料技術領域，具體涉及一種聚鄰苯二甲酰胺復合材料及其制備方法。
背景技術：
聚鄰苯二甲酰胺(PPA)是以鄰苯二甲酸為原料的半芳香族尼龍，是一種半結晶性熱塑性功能型材料。PPA復合材料具有優異的綜合物性，優秀的耐高溫性能，高剛性、高強度、極佳的尺寸精度及穩定性和低翹曲性、良好的耐化學性，在熱、電、物理及耐化學性方面都有良好的表現。這使得PPA復合材料在電子電氣、機械工程等領域都擁有廣泛的應用前
旦
ο高白度PPA材料在LED支架等領域應用越來越廣泛。但是在實際生產中發現，現有的PPA材料熱穩定性、機械性能差，限制了其應用。因此，開發既具有高白度又具有較強的熱穩定性、機械性PPA材料顯得尤為緊迫和重要，是目前急需解決的技術難題。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種白度高，熱穩定性和機械性能強的聚鄰苯二甲酰胺復合材料。本發明的另一目的是提供一種工藝簡單，操作方便，效益高的聚鄰苯二甲酰胺復合材料制備方法。為了實現上述發明目的，本發明的技術方案如下—種聚鄰苯二甲酰胺復合材料，包括如下重量份數的配方組分
聚鄰苯二曱酰胺 45 ~ 68份熱致液晶聚合物 1~20份氧化鋯1 ~ 25份
二氧化鈦10 ~ 30份。以及，一種聚鄰苯二甲酰胺復合材料制備方法，包括以下步驟按照上述聚鄰苯二甲酰胺復合材料的配方稱取各組分；將稱取的所述聚鄰苯二甲酰胺、熱致液晶聚合物混合，形成第一混合物料；將稱取的所述氧化鋯、二氧化鈦混合，形成第二混合物料；將所述第一混合物料加入擠出機的進料口中，同時將所述第二混合物料加入擠出機的側喂料口中進行熔融擠出，造粒，得到所述聚鄰苯二甲酰胺復合材料。上述聚鄰苯二甲酰胺復合材料通過適當含量范圍的各組分在熔融擠出過程中互相作用，使得本發明聚鄰苯二甲酰胺復合材料白度高，熱穩定性和機械性能強。其中，氧化鋯和二氧化鈦復配，使得該聚鄰苯二甲酰胺復合材料具有高白度，提高了復合材料的熱穩定性、機械性能；熱致液晶聚合物較聚鄰苯二甲酰胺具有一下特性吸濕性更小及長期的光衰更小，而且熱致液晶聚合物在擠出過程中與聚鄰苯二甲酰胺作用，并在聚鄰苯二甲酰胺基體中能夠形成微纖結構，提高了該聚鄰苯二甲酰胺復合材料的強度及熱穩定性，同時， 能夠有效降低該聚鄰苯二甲酰胺復合材料加工時的熔體粘度，提高熔體流動速率，降低加工溫度、剪切強度，進而改善聚鄰苯二甲酰胺復合材料加工性能，并且有效地避免聚鄰苯二甲酰胺復合材料在加工過程中發生氧化、降解及由此產生的性能下降。
上述聚鄰苯二甲酰胺復合材料的制備方法采用側進料的方式將各組分熔融擠出， 使得各組分在高速剪切作用下，降低了粘度，增強了各組分的分散性，從而使得該聚鄰苯二甲酰胺復合材料白度均勻、白度高、熱穩定性和機械性能強。而且該聚鄰苯二甲酰胺復合材料可在常規的熔融擠出機上即可實施，不必借助特殊設備，操作過程簡便易行，工藝簡單， 效益高，成本低，適于工業化生產。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中
圖I為本發明聚鄰苯二甲酰胺復合材料制備方法的工藝流程示意圖。
具體實施方式
為了使本發明要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
本發明實施例提供一種白度高、熱穩定性、機械性能強的聚鄰苯二甲酰胺復合材料。該聚鄰苯二甲酰胺復合材料包括如下重量份數的配方組分
聚鄰苯二曱酰胺 45 ~ 68份熱致液晶聚合物 I ~ 20份氧化鋯I ~ 25份二氧化欽10 ~ 30份。
具體地，上述聚鄰苯二甲酰胺沒有特殊要求，可以市購獲得。
上述熱致液晶聚合物為主鏈型熱致性液晶聚合物。其中，該主鏈型熱致性液晶聚合物優選為芳香族共聚酯，其熔融范圍為260 350°C。該優選的熱致液晶聚合物具有更優良的強剪切變稀的流變特性，在擠出過程中與聚鄰苯二甲酰胺復配協同作用，并在聚鄰苯二甲酰胺基體中能夠形成微纖結構，提高了該聚鄰苯二甲酰胺復合材料的強度。
上述氧化鋯優選為單斜、四方、立方晶相形態的氧化鋯中的至少一種，更優選為經 3m0L%氧化釔穩定處理的四方晶相形態的氧化鋯，該穩定處理采用本領域現有方法處理即可。上述二氧化鈦為銳鈦型和/或金紅石型二氧化鈦，更優選為金紅石型二氧化鈦。該優選的氧化鋯和二氧化鈦化學性能、物理性能穩定，能夠更好的與其他組分在熔融擠出過程中發生協同作用，賦予聚鄰苯二甲酰胺復合材料高白度，高熱穩定性、機械性能。
這樣，上述聚鄰苯二甲酰胺復合材料通過適當含量范圍的各組分在熔融擠出過程中互相作用，使得本發明聚鄰苯二甲酰胺復合材料白度高，熱穩定性和機械性能強。該聚鄰苯二甲酰胺復合材料的白度、熱穩定性和相關機械性能參見下文表I中的實驗數據。其中， 氧化鋯和二氧化鈦復配，使得該聚鄰苯二甲酰胺復合材料具有高白度，提高了復合材料的熱穩定性、機械性能；熱致液晶聚合物較聚鄰苯二甲酰胺具有吸濕性更小及長期光衰更小的特性，在擠出過程中與聚鄰苯二甲酰胺作用，并在聚鄰苯二甲酰胺基體中能夠形成微纖結構，提高了該聚鄰苯二甲酰胺復合材料的強度，同時，能夠有效降低了該聚鄰苯二甲酰胺復合材料加工時的熔體粘度，提高熔體流動速率，降低加工溫度、剪切強度，進而改善聚鄰苯二甲酰胺復合材料加工性能，并且有效地避免聚鄰苯二甲酰胺復合材料在加工過程中發生氧化、降解及由此產生的性能下降。
本發明實施例還提供了上述聚鄰苯二甲酰胺復合材制備方法，其工藝流程如圖I 所示。該方法包括如下步驟
S01.稱取配方組分按照上述聚鄰苯二甲酰胺復合材料的配方稱取各組分；
S02.配制第一混合物料將稱取的聚鄰苯二甲酰胺、熱致液晶聚合物混合，形成第一混合物料；
S03.配制第二混合物料將稱取的氧化鋯、二氧化鈦混合，形成第二混合物料；
S04.熔融擠出將該第一混合物料加入擠出機的進料口中，同時將第二混合物料加入擠出機的側喂料口中進行熔融擠出，造粒，得到所述聚鄰苯二甲酰胺復合材料。
具體地，上述步驟SOl中，聚鄰苯二甲酰胺復合材料的配方以及配方中的各組分優選含量和種類如上所述，為了節約篇幅，在此不再贅述。
上述步驟S02中，聚鄰苯二甲酰胺、熱致液晶聚合物的混合可以采用如混合器進行混合，當然也可以采用本領域的其它設備進行混合。其中，該兩組分的混合優選在中速的條件下混合10 40分鐘，更優選混合20分鐘。
上述步驟S03中，氧化鋯、二氧化鈦的混合也可以采用如混合器進行混合，當然也可以采用本領域的其它設備進行混合。其中，該兩組分的混合優選在中速的條件下混合 25 35分鐘。
上述步驟S04中，采用側加料的方式，使得第一混合物料與該第二混合物料在熔融擠出過程中實現均勻混合。其中，該擠出優選采用雙螺桿擠出機擠出，第一混合物料和第二混合物料在所述雙螺桿擠出機中的溫度分別優選為一區溫度260 300°C，二區溫度 270 310°C，三區溫度270 310°C，四區溫度260 300°C，五區溫度260 300°C。另外第一混合物料和第二混合物料在雙螺桿擠出機的螺桿中輸送時間優選為2 5分鐘，壓力優選為12 20MPa。該優選的擠出工藝能更好的使得各組分混合均勻，并相互間發生作用，賦予本發明聚鄰苯二甲酰胺復合材料高白度、較強的熱穩定性和機械性能。
上述聚鄰苯二甲酰胺復合材料的制備方法采用先分組互配，再側進料的方式將各組分熔融擠出，使得各組分在高速剪切作用下，降低了粘度，增強了各組分的分散性，并互相之間發生作用，從而使得該聚鄰苯二甲酰胺復合材料白度均勻、白度高、熱穩定性和機械性能強。而且該聚鄰苯二甲酰胺復合材料可在常規的熔融擠出機上即可實施，不必借助特殊設備，操作過程簡便易行，工藝簡單，效益高，成本低，適于工業化生產。
現以具體聚鄰苯二甲酰胺復合材料的配方和制備方法為例，對本發明進行進一步詳細說明。
實施例I
聚鄰苯二甲酰胺復合材料重量份數的配方組分如下
聚鄰苯二甲酰胺68份、熱致液晶聚合物I份、氧化鋯I份、二氧化鈦30份。其中， 該聚鄰苯二甲酰胺為蘇威公司的PPA A-1000，熱致液晶聚合物為美國Dupont公司生產的 Zenite型熱致液晶聚合物，氧化鋯為3mol %氧化釔穩定的四方多晶氧化鋯(3Y-TZP)，二氧化鈦為金紅石型二氧化鈦。
聚鄰苯二甲酰胺復合材料的制備方法如下
Sll :按照上述聚鄰苯二甲酰胺復合材料的配方稱取各組分；
S12:將稱取的聚鄰苯二甲酰胺、熱致液晶聚合物組分置于混合機中，并在中速的條件下混合10分鐘，獲得第一混合物料；
S13 :將稱取的氧化鋯、二氧化鈦組分置于混合機中，并在中速的條件下混合30分鐘，獲得第二混合物料；
S14 :將第一混合物料置于雙螺桿擠出機的進料口中喂入，同時采用失重計量稱將第二混合物料從雙螺桿擠出機的側料口中喂入，并經雙螺桿擠出機熔融擠出、造粒，得到聚鄰苯二甲酰胺復合材料；其中，雙螺桿擠出機工藝條件為一區280°C，二區290°C，三區 300°C，四區300°C，五區290°C，該混合物料在雙螺桿擠出機的螺桿中輸送時間為3min，壓力為16MPa。
實施例2
聚鄰苯二甲酰胺復合材料重量份數的配方組分如下
聚鄰苯二甲酰胺65份、熱致液晶聚合物5份、氧化鋯5份、二氧化鈦25份。其中， 聚鄰苯二甲酰胺為蘇威公司的A-4000，熱致液晶聚合物為美國Dupont公司生產的Zenite 型熱致液晶聚合物，氧化鋯為3mol%氧化釔穩定的四方多晶氧化鋯(3Y-TZP)，二氧化鈦為金紅石型二氧化鈦。
聚鄰苯二甲酰胺復合材料的制備方法如下
S21 :按照上述聚鄰苯二甲酰胺復合材料的配方稱取各組分；
S22:將稱取的聚鄰苯二甲酰胺、熱致液晶聚合物組分置于混合機中，并在中速的條件下混合15分鐘，獲得第一混合物料；
S23 :將稱取的氧化鋯、二氧化鈦組分置于混合機中，并在中速的條件下混合35分鐘，獲得第二混合物料；
S24 :將第一混合物料置于雙螺桿擠出機的進料口中喂入，同時采用失重計量稱將第二混合物料從雙螺桿擠出機的側料口中喂入，并經雙螺桿擠出機熔融擠出、造粒，得到聚鄰苯二甲酰胺復合材料；其中，雙螺桿擠出機工藝條件為一區280°C，二區290°C，三區 300°C，四區300°C，五區290°C，該混合物料在雙螺桿擠出機的螺桿中輸送時間為2min，壓力為2OMPa。
實施例3
聚鄰苯二甲酰胺復合材料重量份數的配方組分如下
聚鄰苯二甲酰胺60份、熱致液晶聚合物10份、氧化鋯10份、二氧化鈦20份。其中， 聚鄰苯二甲酰胺為蘇威公司的PPA A-1000，熱致液晶聚合物為Ticona公司生產的Vectra 型熱致液晶聚合物，氧化鋯為3mol%氧化釔穩定的四方多晶氧化鋯(3Y-TZP)，二氧化鈦為金紅石型二氧化鈦。
聚鄰苯二甲酰胺復合材料的制備方法如下
S31 :按照上述聚鄰苯二甲酰胺復合材料的配方稱取各組分；
S32:將稱取的聚鄰苯二甲酰胺、熱致液晶聚合物組分置于混合機中，并在中速的條件下混合20分鐘，獲得第一混合物料；
S33 :將稱取的氧化鋯、二氧化鈦組分置于混合機中，并在中速的條件下混合35分鐘，獲得第二混合物料；
S34 :將第一混合物料置于雙螺桿擠出機的進料口中喂入，同時采用失重計量稱將第二混合物料從雙螺桿擠出機的側料口中喂入，并經雙螺桿擠出機熔融擠出、造粒，得到聚鄰苯二甲酰胺復合材料；其中，雙螺桿擠出機工藝條件為一區275°C，二區285°C，三區 300°C，四區290°C，五區290°C，該混合物料在雙螺桿擠出機的螺桿中輸送時間為3min，壓力為15MPa。
實施例4
聚鄰苯二甲酰胺復合材料重量份數的配方組分如下
聚鄰苯二甲酰胺55份、熱致液晶聚合物15份、氧化鋯15份、二氧化鈦25份。其中，聚鄰苯二甲酰胺為蘇威公司的A-4000，熱致液晶聚合物為Ticona公司生產的Vectra型熱致液晶聚合物，氧化鋯為3mol%氧化釔穩定的四方多晶氧化鋯(3Y-TZP)，二氧化鈦為金紅石型二氧化鈦。
聚鄰苯二甲酰胺復合材料的制備方法如下
S41 :按照上述聚鄰苯二甲酰胺復合材料的配方稱取各組分；
S42:將稱取的聚鄰苯二甲酰胺、熱致液晶聚合物組分置于混合機中，并在中速的條件下混合40分鐘，獲得第一混合物料；
S43 :將稱取的氧化鋯、二氧化鈦組分置于混合機中，并在中速的條件下混合25分鐘，獲得第二混合物料；
S44 :將第一混合物料置于雙螺桿擠出機的進料口中喂入，同時采用失重計量稱將第二混合物料從雙螺桿擠出機的側料口中喂入，并經雙螺桿擠出機熔融擠出、造粒，得到聚鄰苯二甲酰胺復合材料；其中，雙螺桿擠出機工藝條件為一區285°C，二區295°C，三區 300°C，四區290°C，五區280°C，該混合物料在雙螺桿擠出機的螺桿中輸送時間為3min，壓力為14MPa。
實施例5
聚鄰苯二甲酰胺復合材料重量份數的配方組分如下
聚鄰苯二甲酰胺45份、熱致液晶聚合物20份、氧化鋯25份、二氧化鈦10份。其中，聚鄰苯二甲酰胺為蘇威公司的PPA A-1000，熱致液晶聚合物為美國Dupont公司生產的 Zenite型熱致液晶聚合物，氧化鋯為3mol %氧化釔穩定的四方多晶氧化鋯(3Y-TZP)，二氧化鈦為金紅石型二氧化鈦。
聚鄰苯二甲酰胺復合材料的制備方法如下
S51 :按照上述聚鄰苯二甲酰胺復合材料的配方稱取各組分；
S52:將稱取的聚鄰苯二甲酰胺、熱致液晶聚合物組分置于混合機中，并在中速的條件下混合20分鐘，獲得第一混合物料；
S53 :將稱取的氧化鋯、二氧化鈦組分置于混合機中，并在中速的條件下混合28分鐘，獲得第二混合物料；
S54 :將第一混合物料置于雙螺桿擠出機的進料口中喂入，同時采用失重計量稱將第二混合物料從雙螺桿擠出機的側料口中喂入，并經雙螺桿擠出機熔融擠出、造粒，得到聚鄰苯二甲酰胺復合材料；其中，雙螺桿擠出機工藝條件為一區270°C，二區285°C，三區 300°C，四區300°C，五區285°C，該混合物料在雙螺桿擠出機的螺桿中輸送時間為5min，壓力為12MPa。
對比實例
聚鄰苯二甲酰胺復合材料重量份數的配方組分如下
聚鄰苯二甲酰胺70份、二氧化鈦30份。其中，該聚鄰苯二甲酰胺為蘇威公司的 PPA A-1000，二氧化鈦為金紅石型二氧化鈦。
聚鄰苯二甲酰胺復合材料的制備方法如下
Sll :按照上述聚鄰苯二甲酰胺復合材料的配方稱取各組分；
S12:將聚鄰苯二甲酰胺置于雙螺桿擠出機的進料口中喂入，同時采用失重計量稱將二氧化鈦從雙螺桿擠出機的側料口中喂入，并經雙螺桿擠出機熔融擠出、造粒，得到聚鄰苯二甲酰胺復合材料；其中，雙螺桿擠出機工藝條件為一區280°C，二區290°C，三區 300°C，四區300°C，五區290°C，該混合物料在雙螺桿擠出機的螺桿中輸送時間為3min，壓力為16MPa。
性能評價標準及性能指標
將上述實施例I 5及對比實例所制備的聚鄰苯二甲酰胺復合材料按如下檢測方法和標準進行相關機械性能評價
將上述實施例I 5及對比實例所制備的聚鄰苯二甲酰胺復合材料粒子分別在 140°C的鼓風烘箱中干燥4小時，再將干燥的粒子在80T注塑機上注塑制樣，制樣過程中保持模溫在70 100°C之間。
拉伸強度測定按GB/T 1040標準進行檢驗；試樣類型為I型，樣條尺寸(mm) 170 (長)X (20±0. 2)(端部寬度)X (4±0. 2)(厚度)，拉伸速度為50mm/min。
彎曲強度和彎曲模量測定按GB/T 9341標準進行檢驗；試樣類型為試樣尺寸 (mm) (80±2) X (10±0. 2) X (4±0. 2)，彎曲速度為 20mm/min。
熱變形溫度測定按GB/T 1634. 2標準進行檢驗，負載為I. 80MPa,跨距為100mm。
阻燃性能測定按照UL 94標準進行檢測，試樣尺寸(mm) :130(長)X (20 + 0. 2) (端部寬度)X (1.6±0. 2)(厚度)。
上述實施例I 5及對比實例所制備的聚鄰苯二甲酰胺復合材料相關性能測試結果分別如表I :
表I :實施例I 5及對比實例制備的聚鄰苯二甲酰胺復合材料性能測試
權利要求
1.一種聚鄰苯二甲酰胺復合材料，包括如下重量份數的配方組分聚鄰苯二曱酰胺 45 ~ 68份熱致液晶聚合物 1~20份氧化鋯1 ~ 25份二氧化鈦10 ~ 30份。
2.根據權利要求1所述的聚鄰苯二甲酰胺復合材料，其特征在于，所述氧化鋯為單斜、 四方、立方晶相形態的氧化鋯中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的聚鄰苯二甲酰胺復合材料，其特征在于，所述氧化鋯為經 3m0L%氧化釔穩定處理的四方晶相形態的氧化鋯。
4.根據權利要求1或2或3所述的聚鄰苯二甲酰胺復合材料，其特征在于，所述二氧化鈦為銳鈦型和/或金紅石型二氧化鈦。
5.根據權利要求1或2或3所述的聚鄰苯二甲酰胺復合材料，其特征在于，所述二氧化鈦為金紅石型二氧化鈦。
6.根據權利要求1或2或3所述的聚鄰苯二甲酰胺復合材料，其特征在于，所述熱致液晶聚合物為主鏈型熱致性液晶聚合物。
7.根據權利要求6所述的聚鄰苯二甲酰胺復合材料，其特征在于，所述主鏈型熱致性液晶聚合物為芳香族共聚酯，其熔融范圍為260 350°C。
8.一種聚鄰苯二甲酰胺復合材料制備方法，包括以下步驟按照權利要求1 7任一所述聚鄰苯二甲酰胺復合材料的配方稱取各組分；將稱取的所述聚鄰苯二甲酰胺、熱致液晶聚合物混合，形成第一混合物料；將稱取的所述氧化鋯、二氧化鈦混合，形成第二混合物料；將所述第一混合物料加入擠出機的進料口中，同時將所述第二混合物料加入擠出機的側喂料口中進行熔融擠出，造粒，得到所述聚鄰苯二甲酰胺復合材料。
9.根據權利要求8所述的聚鄰苯二甲酰胺復合材料制備方法，其特征在于，所述擠出是采用雙螺桿擠出機擠出，所述第一混合物料和第二混合物料在所述雙螺桿擠出機中的溫度分別為一區溫度260 300°C，二區溫度270 310°C，三區溫度270 310°C，四區溫度260 300°C，五區溫度260 300°C ；所述第一混合物料和第二混合物料在雙螺桿擠出機的螺桿中輸送時間為2 5分鐘，壓力為12 20MPa。
全文摘要
本發明公開了一種聚鄰苯二甲酰胺復合材料及其制備方法，該聚鄰苯二甲酰胺復合材料包括如下重量份數的配方組分聚鄰苯二甲酰胺45～68份、熱致液晶聚合物1～20份、氧化鋯1～25份、二氧化鈦10～30份。本發明聚鄰苯二甲酰胺復合材料通過適當含量范圍的各組分在熔融擠出過程中互相作用，使得本發明聚鄰苯二甲酰胺復合材料白度高，熱穩定性和機械性能強。聚鄰苯二甲酰胺復合材料的制備方法采用側進料的方式將各組分熔融擠出，可在常規的熔融擠出機上即可實施，不必借助特殊設備，操作過程簡便易行，工藝簡單，效益高，成本低，適于工業化生產。
文檔編號C08K3/22GK102532886SQ20111042696
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者徐東, 徐永, 謝建達 申請人:深圳市科聚新材料有限公司