纳米粒子增韧增强PBT复合材料及其制备方法

纳米粒子增韧增强PBT复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分子材料，具体地说是一种纳米粒子增韧增强PBT复合材料及其制备方法。

背景技术

聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）是一种综合性能优良和用途很广的的结晶性聚合物，但由于脆性大、缺口冲击强度低和韧性不足，限制了PBT作为结构材料的应用。以往采用橡胶增韧PBT，可以改善PBT的韧性，但橡胶增韧的PBT复合材料的刚性、拉伸强度大幅度下降，不能使制备的PBT复合材料的力学性能、加工性能得到全面改善和提高。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有良好力学性能、加工性能和韧性的纳米粒子增韧增强PBT复合材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：纳米粒子增韧增强PBT复合材料，其组分按质量百分数配比为：PBT 85%～95%、纳米粒子5%～15%、表面处理剂0.1%～0.2%、稳定剂0.1%～1%、润滑剂0.2%～1.5%、抗氧剂0.1%～1%、料0.2%～0.3%。

所述的PBT的特性黏度为0.85～1.2dl/g。

所述的纳米粒子为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米滑石粉、纳米硅藻土、纳米蒙脱土、纳米高岭土和氮化硅与碳化硅的纳米混合物中的一种，这种纳米粒子的平均粒径在20nm～100nm之间。

所述的表面处理剂为硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸镁、铝酸酯、硅烷偶联剂和烷基酸盐中的一种。

所述的稳定剂为苯并三唑类稳定剂、二苯甲酮类稳定剂、受阻胺类稳定剂中的一种或几种的复配物。

所述的润滑剂为聚硅氧烷、PE蜡、EVA蜡、乙撑双硬酯酰胺中的一种或几种的混合物。

所述的抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]酯、β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八碳醇酯、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]酯与亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯的复合物、β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八碳醇酯与亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯的复合物或四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]酯与双（2，4-二叔丁基苯基）二亚磷酸酯的复合物中的一种。

上述的纳米粒子增韧增强PBT复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将纳米粒子与表面处理剂按重量配比称取后，加入超声振荡发生器或高速混合机中，于100℃～200℃温度下搅拌20～100分钟，使表面处理剂与纳米粒子均匀分散，然后冷却至低于40℃出料备用；

（2）将PBT在120℃～130℃下干燥4～6小时，含水率控制在0.03%以下，备用；

（3）按重量配比称取干燥处理后的PBT、稳定剂、润滑剂、抗氧剂和料，加入高速混合机，同时将经表面处理剂处理后的纳米粒子加入高速混合机，使一起充分混合2～5分钟；

（4）再将上述混合物加入双螺杆挤出机中，控制螺杆转速在120～300转/分钟，机筒温度在170℃～230℃，经双螺杆挤出机挤出造粒后制得纳米粒子增韧增强PBT复合材料。

本发明的纳米粒子增韧增强PBT复合材料，具有良好的化学性能，冲击强度较纯PBT提高了1～5倍，其拉伸强度为30～55MPa，缺口冲击强度15～30kJ/m²，加工性能基本不变。

本发明的有益效果是，采用纳米粒子经表面处理剂均匀分散处理，可以避免纳米粒子间的相互凝聚，从而减少了用量，而且纳米粒子能够大幅度地提高材料的韧性、刚性和耐热性的同时保持其强度，使具有综合性能优良、加工性能好和成本低廉等特点。本发明提供的制备方法简单和操作方便，易于实现工业化。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：

一种纳米粒子增韧增强PBT复合材料，其组分按质量百分数配比为：PBT 90%、纳米碳酸钙8%、硬脂酸钙0.1%、苯并三唑类稳定剂0.5%、聚硅氧烷0.6%、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]酯与亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯的复合物0.6%、料0.2%，其中PBT的特性黏度为0.85～1.2dl/g，纳米碳酸钙的平均粒径在20nm～100nm之间。

制备方法：（1）将纳米碳酸钙与硬脂酸钙按重量配比称取后，加入超声振荡发生器或高速混合机中，于100℃～200℃温度下搅拌20～100分钟，使硬脂酸钙与纳米碳酸钙均匀分散，然后冷却至低于40℃出料备用；（2）将PBT在120℃～130℃下干燥4～6小时，含水率控制在0.03%以下，备用；（3）按重量配比称取干燥处理后的PBT、苯并三唑类稳定剂、聚硅氧烷、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]酯与亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯的复合物和料，加入高速混合机，同时将经硬脂酸钙处理后的纳米碳酸钙加入高速混合机，使一起充分混合2～5分钟；（4）再将上述混合物加入双螺杆挤出机中，控制螺杆转速在120～300转/分钟，机筒温度在170℃～230℃，经双螺杆挤出机挤出造粒后制得纳米粒子增韧增强PBT复合材料。

实施例2：

一种纳米粒子增韧增强PBT复合材料，其组分按质量百分数配比为：PBT 85%、纳米二氧化硅12%、硬脂酸镁0.2%、受阻胺类稳定剂1%、乙撑双硬酯酰胺1%、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]酯0.6%、料0.2%，其中PBT的特性黏度为0.85～1.2dl/g，纳米二氧化硅的平均粒径在20nm～100nm之间。

制备方法：（1）将纳米二氧化硅与硬脂酸镁按重量配比称取后，加入超声振荡发生器或高速混合机中，于100℃～200℃温度下搅拌20～100分钟，使硬脂酸镁与纳米二氧化硅均匀分散，然后冷却至低于40℃出料备用；（2）将PBT在120℃～130℃下干燥4～6小时，含水率控制在0.03%以下，备用；（3）按重量配比称取干燥处理后的PBT、受阻胺类稳定剂、乙撑双硬酯酰胺、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]酯和料，加入高速混合机，同时将经硬脂酸镁处理后的纳米二氧化硅加入高速混合机，使一起充分混合2～5分钟；（4）再将上述混合物加入双螺杆挤出机中，控制螺杆转速在120～300转/分钟，机筒温度在170℃～230℃，经双螺杆挤出机挤出造粒后制得纳米粒子增韧增强PBT复合材料。

实施例3：

一种纳米粒子增韧增强PBT复合材料，其组分按质量百分数配比为：PBT 92%、纳米高岭土6%、硅烷偶联剂0.1%、苯并三唑类稳定剂0.5%、乙撑双硬酯酰胺0.8%、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]酯与亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯的复合物0.4%、料0.2%。其中PBT的特性黏度为0.85～1.2dl/g，纳米高岭土的平均粒径在20nm～100nm之间。

制备方法：（1）将纳米高岭土与硅烷偶联剂按重量配比称取后，加入超声振荡发生器或高速混合机中，于100℃～200℃温度下搅拌20～100分钟，使硅烷偶联剂与纳米高岭土均匀分散，然后冷却至低于40℃出料备用；（2）将PBT在120℃～130℃下干燥4～6小时，含水率控制在0.03%以下，备用；（3）按重量配比称取干燥处理后的PBT、苯并三唑类稳定剂、乙撑双硬酯酰胺、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]酯与亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯的复合物和料，加入高速混合机，同时将经硅烷偶联剂处理后的纳米高岭土加入高速混合机，使一起充分混合2～5分钟；（4）再将上述混合物加入双螺杆挤出机中，控制螺杆转速在120～300转/分钟，机筒温度在170℃～230℃，经双螺杆挤出机挤出造粒后制得纳米粒子增韧增强PBT复合材料。