一种纤维增强聚酯组合物及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料技术领域，涉及高分子材料改性技术，特别涉及纤维增强工程塑料设计与加工技术。
【背景技术】
[0002]聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)工程塑料是当今世界上PET非纤应用领域最活跃的研发热点之一，尤其是近年来，PET工程塑料以其优良的性能、较低的生产成本和较高的性价比在不用行业用工程塑料中所占比例不断增加，目前PET工程塑料广泛应用于各种承载设备、汽车、家用电器及家具等方面。
[0003]采用纤维增强改性PET是PET作为工程塑料应用的重要的改性措施，纤维增强可极大提高PET的强度、韧性、热变形温度及加工工艺性。但采用双螺杆挤出共混得方法制备增强改性PET，由于挤出过程的高温及高速剪切作用很容易造成PET分子链的降解、断链作用，造成材料性能的降低，包括强度降低(变弱)及韧性降低(变脆)，所以PET加工过程中的扩链增粘、重建分子量，是提高PET工程塑料性能的重要措施。
[0004]多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是一种有机-无机纳米杂化材料，它是由硅氧原子构成的无机纳米核与外围的有机基团构成的空间笼型结构，尺寸在I到几个纳米级。POSS的特定的有机-无机杂化结构，使得它既具有无机材料的稳定性，有具备与有机聚合物材料天然良好的相容性，POSS类纳米材料具有许多特殊的性质，如耐高温、耐摩擦、阻燃、高结构稳定性、低介电、高强度等。具有活性侧基的POSS与高分子很容易发生化学反应，可作为聚合物材料的纳米增强剂、刚性粒子增韧剂及扩链剂。采用环氧基POSS作为活性扩链剂对增强PET进行改性，环氧官能团POSS外围的活性环氧基团PET分子链进行反应，在不同PET分子链间起到扩链交联的作用，提高树脂基体的粘度，因而可提高材料的强度。另外刚性POSS纳米颗粒分散在基体中，在受到冲击作用时，可以通过在周边引发银纹起到吸收冲击能的作用，因而可提高材料的韧性。
[0005]欧育湘等在文献“用于聚合物纳米复合材料的化学改性P0SS”(化学通报，6，2009)中提到，可采用单活性基POSS改性PET材料，提高PET弹性模量，但是采用的单活性基POSS没有扩链增粘的作用，不能起到提高增强PET复合材料综合性能的作用。
[0006]刘威在其硕士论文“P0SS/PET复合材料的制备及性能”中提到，采用共混法制备P0SS/PET复合材料，POSS可对PET起到异相成核的作用，影响PET结晶形态，但其采用的POSS种类也没有扩链增粘的作用。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种高强高韧的PET工程塑料组合物及其制备方法。本发明的目的是这样实现的，采用带有活性环氧侧基的POSS作为扩链剂及刚性粒子增韧剂，无机或有机纤维作为增强剂，分别对PET进行改性和增强，辅以常规助剂，得到强度和韧性显著提高的PET工程塑料组合物。
[0008]本发明涉及的纤维增强聚酯组合物，增强纤维的质量比介于15?50%之间，改性基体的物料质量组成至少包括:
聚酯树脂100份，
POSS0.8 ?3 份，
其中，所述聚酯树脂为特性粘度0.78?0.875dl/g的对苯二甲酸乙二醇酯(PET);所述 POSS 选自[(R1S1l5)8] ? 8, [ (RS1l5) 4 (RS1loOH) 3] Σ M POSS 中的一种，其中:R 选自烧基、芳基中的一种A1选自环氧基烧基、环氧基环烧基中的一种；Σ #表不POSS分子中的硅原子个数，#为8代表POSS分子为完整笼型结构，#为7代表POSS分子为缺角的不完整笼型结构。
[0009]本发明涉及的纤维增强聚酯组合物，增强纤维的质量比介于15?50%之间，改性基体的物料质量组成为:
聚酯树脂100份，
POSS0.8 ?3 份，
相容剂2?7.5份，
结晶促进剂1.5?4.5份，
结晶成核剂0.5?3份；
其中，所述相容剂为丙烯酸酯类共聚物，所述结晶促进剂为聚乙二醇或聚醚酯中的一种，所述结晶成核剂为滑石粉、苯磺酸钙、离子聚合物中的一种或其混合体系。
[0010]本发明涉及的纤维增强聚酯组合物，所述聚酯树脂为。
[0011]本发明涉及的纤维增强聚酯组合物，聚酯树脂与POSS的质量比介于100:1.5?
2.5之间。
[0012]本发明涉及的纤维增强聚酯组合物，所述相容剂选自乙烯-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-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物EMA-GMA中的一种或其混合体系。
[0013]本发明涉及的纤维增强聚酯组合物，聚酯树脂与相容剂的质量比介于100:3?5之间。
[0014]本发明涉及的纤维增强聚酯组合物，聚酯树脂与结晶促进剂的质量比介于100:2?3.5之间。
[0015]本发明涉及的纤维增强聚酯组合物，聚酯树脂与结晶成核剂的质量比介于100:0.75?2.5之间。
[0016]本发明涉及的纤维增强聚酯组合物，其中增强纤维选自玻璃纤维、碳纤维、或芳纶纤维。
[0017]本发明涉及的纤维增强聚酯组合物，增强纤维含量介于30?40wt%之间。
[0018]本发明涉及的纤维增强聚酯组合物的制备方法，采用双螺杆挤出机熔融混炼工艺，侧喂料口引入增强纤维，其特征在于:螺杆及机头温度为:240°C?270°C，螺杆转速400 ?480r/min。
[0019]本发明涉及的纤维增强聚酯组合物，POSS同时作为扩链剂及刚性粒子增韧集，在挤出加工过程中起重建分子量的作用，制备的增强PET工程塑料，强度高，韧性好，结晶硬化速率高，模内冷却时间短，特别适用于高速注塑加工制品。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例对本发明提出的技术方案进行进一步说明，但不作为对技术方案的限制。
[0021]对比例
将100份PET树脂(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)混合均匀后，用CTE35同向平行双螺杆挤出机挤出加工，侧喂料引入玻璃纤维(14-2000-988A)，螺杆 9 区及机头温度设定为:240, 245，250，255，255，245，245，245，240，250，螺杆转速为400r/min，控制纤维含量为30%，复合材料的拉伸强度为115MPa，弯曲强度为150MPa，弯曲模量为7250MPa，悬臂梁缺口冲击强度为10KJ/m2，热变形温度为239 0C (0.45MPa)。
[0022]实施例1
将 100 份 PET 树脂(CB-608S，粘度 0.865dl/g)、0.8 份 POSS( [ (γ -环氧丙氧丙基-S11J8] Σ 8)、5份EMA-GMA、0.75份滑石粉、2份聚乙二醇(PEG-400)混合均匀后，用CTE35同向平行双螺杆挤出机挤出加工，侧喂料引入玻璃纤维(14-2000-988A)，螺杆9区及机头温度设定为=240, 245，250，255，255，245，245，245，240，250，螺杆转速为 400r/min,控制纤维含量为30%，复合材料的拉伸强度为125MPa，弯曲强度为179MPa，弯曲模量为8390MPa，悬臂梁缺口冲击强度为12KJ/m2，热变形温度为243°C (0.45MPa)。
[0023]实施例2
将 100 份 PET 树脂(WP56151，粘度 0.81dl/g)、1.5 份 POSS ( [ ( γ -环氧丙氧丙基-S11J8] Σ 8)、2份EMA,2.5份离子聚合物(沙林8920)、1.5份聚乙二醇(PEG-800)混合均匀后，用CTE35同向平行双螺杆挤出机挤出加工，侧喂料引入玻璃纤维(ER-4300)，螺杆9 区及机头温度设定为:240, 265，265，260，255，245，245，245，240，255，螺杆转速为 450r/min，控制纤维含量为29.5%，复合材料的拉伸强度为133MPa，弯曲强度为195MPa，弯曲模量为8875MPa，悬臂梁缺口冲击强度为13KJ/m2，热变形温度为244°C (0.45MPa)。
[0024]实施例3
将 100 份 PET 树脂(WP56151，粘度 0.81dl/g)、1.9 份 POSS ( [(1- (2，3 环氧基-环己基)-乙基-S11.5) 8] Σ 8)、2.45份EBA、2.3份离子聚合物(沙林8920)、2.2份聚乙二醇(PEG-800)混合均匀后，用CTE35同向平行双螺杆挤出机挤出加工，侧喂料引入玻璃纤维(14-2000-988Α)，螺杆 9 区及机头温度设定为:240，245，250，255，255，245，245，245，240，250，螺杆转速为450r/min，控制纤维含量为50%，复合材料的拉伸强度为164MPa，弯曲强度为230MPa，弯曲模量为10155MPa，悬臂梁缺口冲击强度为15KJ/m2，热变形温度为245 0C (0.45MPa)。
[0025]实施例4
将 100份PET树脂(WP56151，粘度0.81dl/g)、l.6份POSS([ (TS-S11J4(S1uOH)3]Σ7)、1.9份ΕΜΑ、2.65份离子聚合物(沙林8920)、2份聚醚酯(Uniplex510)混合均匀后，用CTE35同向平行双螺杆挤出机挤出加工，侧喂料引入玻璃纤维(14-2000-988A)，螺杆9区及机头温度设定为:240，245，250，255，255，245，245，245，240，250，螺杆转速为 460r/min,控制纤维含量为15%，复合材料的拉伸强度为103MPa，弯曲强度为150MPa，弯曲模量为6560MPa，悬臂梁缺口冲击