一種連續長玻纖增強pbt復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及玻纖改性增強塑料，具體涉及一種利用連續長玻纖改性增強PBT復合 材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 長玻纖增強熱塑性塑料（LGFRT)是近年來得到迅速發展的一類高性能復合材料， 其最突出的優點是，剛度和強度高，耐熱性、抗蠕變性、尺寸穩定性優良，使用壽命長。長玻 纖增強塑料粒子與短玻璃纖維增強塑料粒子有顯著的不同處。在短玻璃纖維增強塑料中， 由于螺桿的剪切作用受到損傷，一般玻璃纖維長度保留到〇. 2-lmm左右，而在長玻纖增強 塑料中，玻璃纖維長度可以保留到3-6_，是短玻璃纖維增強塑料的10倍之多。
[0003]目前，國內市場上LGFRT的種類主要以長玻纖增強聚丙烯（PP/LGF)和長玻纖增強 尼龍（PA/LGF)為主，其中，PP/LGF占 LGFRT60%的份額，PA/LGF占30%左右，其他如長玻纖 增強聚甲醛（P0M/LGF)、長玻纖增強聚醚醚酮（PEEK/LGF)等約占10%。對其他類熱塑性塑料 的開發主要集中在POM、ABS、PC、PEEK、PET等工程材料，但相關文獻報道仍然較少。
[0004] 聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT)具有結晶速度快、耐化學藥品性、易高速成型、磨擦 磨耗性能優良、電性能、吸濕率低等優點。但是，純PBT樹脂的成型收縮率較大，存在缺口沖 擊強度低、高溫下剛性差等缺點，限制了其應用范圍。市場大部分PBT的終端應用產品都是 短玻璃纖維增強PBT復合材料。隨著社會工業的發展，對復合材料的性能要求越來越苛刻， 短纖增強PBT復合材料的應用也受到一定的限制。
[0005] 因此開發長玻纖增強PBT復合材料和解決長玻纖增強PBT復合材料的浸漬效果， 提高成品的剛性等是本領域技術人員需要努力的方向。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術提供一種長玻纖增強PBT復合 材料及其制備方法，制備工藝方面，通過加強浸漬效果，增大玻纖在復合材料中的保留長 度；再通過優化制備原料，使PBT底料和長玻纖之間的產生相互作用力以獲得較高的內聚 力，使最終制得的復合材料的強度、剛性、耐溫性均獲得較大提高。
[0007] 本發明解決上述問題所采用的技術方案為：一種連續長玻纖增強PBT復合材料， 由以下質量份的原料制備而成：PBT樹脂40~80,長玻纖20~50,流動改性劑1~4,增 韌劑2~6,成核劑1~3,抗氧劑0. 3~0. 6,潤滑劑0. 3~1，二異氰酸酯或多元異氰酸酯 0· 1 ~1，POE 0 ~5〇 進一步地，上述連續長玻纖增強PBT復合材料，其制備原料質量份為：PBT樹脂43、長玻 纖50、流動改性劑2、增韌劑3、成核劑1、抗氧劑0. 4、潤滑劑0. 3、二異氰酸酯或多元異氰酸 酯 0· 3、POE 2. 5。
[0008] 優選地，PBT樹脂的特性粘數滿足I. 0~I. 2dL/g之間。長玻纖為E型無堿無捻 粗紗，纖維直徑小于等于14 μ m，在玻纖紡絲過程中采用氨基硅烷或3-氨丙基三羥基硅烷 以水溶液狀涂布于玻纖表面，使玻纖表面帶有羥基和氨基。POE的密度為0. 88~0. 9g/cm3， 熔融指數為0.5~15g/10min。流動改性劑為CBT100型環狀聚酯樹脂。增韌劑為杜邦公 司的PTW樹脂或阿科瑪公司的AX8900樹脂。成核劑為納米蒙脫土、超細滑石粉（3000目以 上)、苯甲酸鈉中的一種或幾種的混合物。抗氧劑為抗氧劑168、抗氧劑1010、抗氧劑1098、 抗氧劑1076中的一種或幾種的混合物。潤滑劑為乙撐雙硬脂酰胺、PETS、硅酮粉、聚乙烯蠟 中的一種或幾種的混合物。二異氰酸酯或多元異氰酸酯為TDI、MDI、HDI、IPDI及它們的多 聚體。
[0009] 本發明的另一目的是提供一種制備上述連續長玻纖增強PBT復合材料的方法，生 產步驟如下， (1) 將PBT樹脂、流動改性劑、增韌劑、成核劑、抗氧劑、潤滑劑及POE組分加入混合機中 使之充分混合均勻； (2) 將上述混合物通過加料口加入到雙螺桿擠出機中，擠出溫度設定為200~235°C， 設置長玻纖浸漬機頭的溫度為230~250°C，物料在擠出機中停留時間為3~8min，主機轉 速控制在250~350r · min \由同向旋轉的雙螺桿把PBT熔融底料注入長玻纖浸漬機頭的 浸漬腔； (3) 將長玻纖通過70~80°C熱風管預熱干燥，所述長玻纖在紡絲過程中采用氨基硅烷 或3-氨丙基三羥基硅烷以水溶液狀涂布于玻纖表面以使長玻纖表面帶有羥基和氨基，長 玻纖以0. 8~3. 5m/min的線速度通過二異氰酸酯或多元異氰酸酯的丙酮溶液，二異氰酸酯 或多元異氰酸酯與丙酮以1 :1~3的體積比混合，再將長玻纖通過30~50°C熱風管干燥； (4) 將步驟（3)所得長玻纖送入長玻纖浸漬機頭的浸漬腔內：長玻纖穿過兩分散對輥 間的夾縫，兩分散對輯使長玻纖分散，同時促使浸漬腔內的PBT恪融底料對長玻纖充分浸 漬，浸漬后的長玻纖通過導向輥導向后從長玻纖出口牽出，經外導向輥導出，冷卻，切粒，切 粒長度10~20mm，得到長玻纖增強PBT復合材料。
[0010] 本發明具有如下特點：本發明采用長玻纖增強PBT，所得復合材料中玻纖保留長 度遠長于傳統的以短玻纖增強PBT材料中玻纖的長度，本發明所制得的長玻纖增強PBT復 合材料綜合性能(如拉伸強度、斷裂伸長率、彎曲強度等)大幅提高。所選擇的流動改性劑完 全滿足對中高粘度的PBT材料的流動改性，提高了中高粘度PBT的熔融底料的流動性，從而 增強對長玻纖的浸漬效果。所選的增韌劑為反應型增韌劑，增韌劑同時作用于PBT和長玻 纖，使復合材料內部各處性能均一。添加成核劑改善了 PBT的結晶過程，尤其是以苯甲酸鈉 作為成核劑的情況，能夠防止PBT結晶過快、PBT分子量過大、分子量分布過廣，而使獲得的 PBT的分子量分布窄，提高復合材料注塑成型的表面光潔度。
[0011] 長玻纖在紡絲過程中采用氨基硅烷或3-氨丙基三羥基硅烷進行改性，使長玻纖 表面帶有氨基和羥基，該技術特征的目的主要包含兩點：其一是提高長玻纖與PBT底料的 相容性，提高復合效果；其二是與二異氰酸酯或多元異氰酸酯配合，提高復合材料的內聚 力，改善復合材料的剛性，二異氰酸酯或多元異氰酸酯分子結構中的異氰酸酯基能夠同時 與玻纖表面的羥基或氨基以及PBT樹脂的端羥基和端羧基發生反應促進玻纖在復合材料 中的分散并提高浸漬復合效果，提高PBT和長玻纖之間的結合牢度，匹配性和相容性，特別 地，當以3-氨丙基三羥基硅烷作為長玻纖的表面改性劑時，能夠使獲得復合材料具有較高 的彎曲模量，氨丙基在長玻纖表面形成富電子短鏈，作為交聯點，最終復合材料整體表現出 優異的柔韌性能，彎曲性能優異。
[0012] 在PBT樹脂底料中增加 Ρ0Ε，提高產品的耐老化和耐溫性能，POE分子量分布窄，具 有較好的流動性，改善PBT熔融底料的流動性，提高分散性和浸漬效果，另外，添加少量的 POE對材料的沖擊強度和斷裂伸長率也有一定的提高。
[0013] 通過旋轉分散對輥浸漬機頭，強制浸漬長玻纖，提高的玻纖的浸漬和分散效果，改 善了復合材料的性能。
[0014] 與現有技術相比，本發明所制得的長玻纖增強PBT復合材料具有優異的力學性 能，耐溫性好，相應的制備方法簡單，生產成本無明顯提高，經濟效益顯著，值得推廣應用。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明實施例中浸漬機頭的結構示意圖； 圖2為圖1所示結構的俯視圖。
【具體實施方式】
[0016] 以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0017] 本實施例的長玻纖增強PBT復合材料的制備方法，包含以下步驟：（1)將PBT樹 月旨、流動改性劑、增韌劑、成核劑、抗氧劑、潤滑劑及POE組分加入混合機中使之充分混合均 勻； (2) 將上述混合物通過加料口加入到雙螺桿擠出機中，擠出溫度設定為200~235°C， 設置長玻纖浸漬機頭的溫度為230~250°C，物料在擠出機中停留時間為3~8min，主機轉 速控制在250~350r · min \由同向旋轉的雙螺桿把PBT熔融底料注入長玻纖浸漬機頭的 浸漬腔； (3) 將長玻纖通過70~80°C熱風管預熱干燥，所述長玻纖在紡絲過程中采用氨基硅烷 或3-氨丙基三羥基硅烷以水溶液狀涂布于玻纖表面以使長玻纖表面帶有羥基和氨基，長 玻纖以0. 8~3. 5m/min的線速度通過二異氰酸酯或多元異氰酸酯的丙酮溶液，二異氰酸酯 或多元異氰酸酯與丙酮以1 :1~3的體積比混合，再將長玻纖通過30~50°C熱風管干燥； (4) 將步驟（3)所得長玻纖送入長玻纖浸漬機頭的浸漬腔內：長玻纖穿過兩分散對輥 間的夾縫，兩分散對輯使長玻纖分散，同時促使浸漬腔內的PBT恪融底料對長玻纖充分浸 漬，浸漬后的長玻纖通過導向輥導向后從長玻纖出口牽出，經外導向輥導出，冷卻，切粒，切 粒長度10~20mm，得到長玻纖增強PBT復合材料。
[0018] 上述長玻纖浸漬機頭結構如圖1和圖2所示，包括機筒1，機筒1內部成型為浸漬 腔，浸漬腔內設置有平行螺桿4,平行螺桿4的前端分別套設有隨螺桿4 一起旋轉的分散輥 5,機筒1上側對應分散輥5開設有玻纖入口 2,機筒1前側對