一种具有高CTI性能的聚苯硫醚复合材料及其制备方法与流程

本发明属于高分子材料改性领域，涉及聚苯硫醚复合材料，具体涉及一种具有高cti性能的聚苯硫醚复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚苯硫醚(pps)是分子主链中带有苯硫基的结晶性热塑性工程塑料，其主链苯环排列的密度大，具有高阻燃性、高强度和耐老化等特点，被广泛用于有耐热和阻燃要求的电子电器领域。电器产品在使用过程中，受环境影响导致绝缘材料表面有污物、潮气而产生漏电，由此可能诱发腐蚀而损坏绝缘性能。相比漏电起痕指数(cti)是指材料表面能经受住50滴电解液(0.1％氯化铵水溶液)而没有形成漏电痕迹的最高电压值，以25v为一个单位测试梯度，其是模拟家用电器产品在实际使用中不同极性带电部件在绝缘材料表面沉积的导电物质是否引起绝缘材料表面爬电、击穿短路和起火危险而进行的检验。由于pps主链上大量的苯环的存在，增加了材料刚性的同时也使得材料进行表面放电时，苯环结构发生断裂产生大量的自由基，在表面形成导电碳层，导致材料的耐漏电起痕指数比较低，一般小于150v，为了扩大其应用范围，需要改善其电性能。

2、专利(cn112457670a)通过添加偶联剂提高聚苯硫醚树脂和玻纤的相容性，添加氟硅油来提高材料的漏电起痕指数。专利(cn102924921a)公开了一种具有高相比漏电起痕指数聚苯硫醚增强复合材料及其制备方法，提出了以短切玻璃纤维与超细填充矿物的混配复合技术提高聚苯硫醚复合材料相比漏电起痕指数，耐漏电起痕指数(cti)可达到225v以上。

3、专利(cn112795191a)公开了一种高cti聚苯硫醚复合材料及其制备方法，通过添加金属氧化物、碳化抑制剂和表面迁移剂，可将聚苯硫醚复合材料的cti提升至300v，并具有均衡的机械性能和特别高的刚性。

4、专利(cn113402885a)公开了一种具有高cti的聚苯硫醚复合材料，通过添加扁平的玻璃纤维、氢氧化镁和金属钝化剂，制备得到的聚苯硫醚复合材料不仅具有优异的力学性能，而且其相对漏电起痕指数(cti)在400v以上，最高可达475v。

5、期刊文献(玻纤增强pps漏电起痕性能，张强等，工程塑料应用，第48卷第7期)则研究了不同碳化抑制剂、增容剂、黑色色粉等对pps/玻纤复合材料的相比漏电起痕指数cti的影响，发现添加碳化抑制剂有助于提高pps/玻纤复合材料的cti值，增容剂的加入可以提高pps/玻纤复合材料的缺口冲击强度，但对cti无提升作用，增容剂含量过高会降低pps/玻纤复合材料的阻燃性和耐热性，炭黑和有机苯胺黑不适合用于高cti的pps/玻纤复合材料开发，可以使用2份的铁黑，最优选的技术方案cti值可达275。

6、硕士论文(短切玻纤增强聚苯硫醚复合材料的制备与性能研究，李方舟)则研究了聚苯硫醚的种类对复合材料机械性能的影响，结果显示聚苯硫醚质量流动速率低不利于成型加工，得到的复合材料的抗冲击强度会下降。

7、专利(cn114907696a)公开了一种高cti聚苯硫醚复合材料及其制备方法，通过采用硅烷偶联剂对氢氧化镁进行改性，并添加改性增韧剂，制备得到的聚苯硫醚复合材料的cti值高达600v，并且具有良好的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度，并且其实施例1和2的结果表明，低熔融指数的pps树脂对复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度有明显的提升作用，但材料的加工性相对较差。

8、但是以上现有技术均未公开同时具有高成型加工性、耐冲击性以及耐漏电起痕指数的聚苯硫醚复合材料。虽然提高聚苯硫醚cti的方式众多，但目前高cti聚苯硫醚复合材料的制备，通常采用大量填充玻璃纤维、矿物填料、碳抑制剂等无机填料，或同时添加高cti的聚酰胺降低聚苯硫醚的占比而实现。

9、由于无机填料大量填充会造成聚苯硫醚复合材料流动性变差，不利于加工成型，并且，填充大量的无机填料会导致分散困难，亦会造成复合材料力学性能(尤其是冲击性能)的下降，因此，很难得到同时具有高流动性、高耐冲击性、高cti的聚苯硫醚复合材料。而随着聚苯硫醚材料的用途的不断扩大，特别是在电子电器上的应用，制件在耐漏电起痕指数、成型加工、冲击强度等方面均存在更高的要求，因此需要开发出可同时满足更高成型加工性、耐冲击性以及耐漏电起痕指数的聚苯硫醚复合材料。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种具有高cti性能的聚苯硫醚复合材料及其制备方法。本发明采用碳抑制剂、流动改性剂与聚苯硫醚树脂配合使用，利用碳化抑制剂抑制树脂碳化作用并降低碳含量，并通过流动改性剂提高聚苯硫醚熔体的流动性，实现低质量流动速率(大分子量)的聚苯硫醚树脂的使用，并提升聚苯硫醚与碳化抑制剂抑制、玻璃纤维等无机填料的浸润效果，进一步提高复合材料的力学性能和cti值，获得同时具有高流动性、高耐冲击性、高cti的聚苯硫醚复合材料，适于制造更高要求的电子电器产品、机械产品等，并且可以添加色粉，获得具有高流动性、高耐冲击性、高cti的有色的聚苯硫醚复合材料。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种具有高cti性能的聚苯硫醚复合材料，按质量百分比包括以下组分：

4、

5、其中，聚苯硫醚树脂的质量流动速率范围在80-380g/10min。

6、在一项优选的实施方案中，所述聚苯硫醚树脂可以为任何本领域常见的聚苯硫醚树脂，优选为线性聚苯硫醚，其熔体质量流动速率优选为80-350g/10min，更优选100-300g/10min。如果聚苯硫醚树脂熔体质量流动速率过高，聚苯硫醚树脂分子量过小，一方面低分子量的聚苯硫醚杂质含量更高，容易在复合材料中形成缺陷，造成容易漏电(漏电起痕指数低)、机械性能不佳，另一方面，聚苯硫醚树脂分子量过小，熔体强度过低，无法对碳化抑制剂和玻璃纤维形成有效裹覆，亦会导致机械性能差、漏电起痕指数低。如果聚苯硫醚树脂熔体质量流动速率过低，则会造成熔体粘度过大，无法实现复合材料的均匀混合，进行良好的加工成型，导致复合材料的机械性能不佳，漏电起痕指数低。

7、在一项优选的实施方案中，所述玻璃纤维可以为任何本领域常见的玻璃纤维，优选的，玻璃纤维为无碱短玻纤，单丝直径为8μm-13μm。玻璃纤维可起到增强作用，提高复合材料的力学强度。

8、在一项优选的实施方案中，碳化抑制剂为固体形式的碳化抑制剂，优选为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸钙和硼酸锌中的一种或几种，其粒径为3-8μm，更优选氢氧化镁。碳化抑制剂能够快速的吸收导电时产生的热量，并将热量释放出去，从而起到抑制树脂碳化的作用，保持碳含量不升高，同时碳化抑制剂的添加，降低了聚苯硫醚的含量，从而降低了碳含量，起到了提高cti的作用。

9、在一项优选的实施方案中，所述流动改性剂为低分子量酯类、低分子量聚烯烃、低分子量聚醚中的一种或多种，优选的，所述的低分子量聚酯为不饱和聚酯，低分子量聚烯烃为低分子量聚丙烯、低分子量聚乙烯或低分子量聚苯乙烯中的一种或多种，低分子量聚醚为聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚乙二醇单甲醚或聚乙二醇双甲醚中的一种或多种，更优选的，所述流动改性剂为低分子量不饱和聚酯、低分子量聚乙烯、低分子量聚丙烯、低分子量聚苯乙烯中的一种或几种。

10、在一项更优选的实施方案中，所述流动改性剂的重均分子量为100-50000，优选为400-6000，更优选为1000-6000。

11、在一项更优选的实施方案中，所述流动改性剂的分子量分布为1-10，等规度为30％-60％，更优选的，所述流动改性剂分子量分布为1-2，等规度为35％-45％。

12、在一项更优选的实施方案中，所述流动改性剂的质量百分比为0.1-10％，进一步优选为0.5-10％，更优选为1-8％。

13、上述低分子量流动改性剂，在高温下可以渗透到聚苯硫醚大分子链之间，降低聚苯硫醚大分子链之间的摩擦并延缓聚苯硫醚的结晶速率，提高聚苯硫醚熔体的流动性，进而提升聚苯硫醚树脂基体与玻璃纤维、碳化抑制剂的浸润效果。而碳化抑制剂、玻璃纤维与聚苯硫醚树脂之间良好的相容性能够减少聚苯硫醚增强复合材料本身结构的缺陷，这种缺陷往往会导致材料耐漏电起痕性能的下降，因此流动改性剂的加入不仅提高了材料的加工流动性能同时也增强了材料的耐漏电起痕性能。

14、在一项更优选的实施方案中，所述相容增韧剂、润滑剂和抗氧剂可以为任何本领域常见的相容增韧剂、润滑剂和抗氧剂。优选的，相容增韧剂为poe-g-mah。相容增韧剂的加入可同时改善填料与聚苯硫醚树脂基体的相容性，并起到增韧的作用。

15、通过采用以上方案，一方面，通过添加碳化抑制剂，可以抑制树脂碳化作用，并降低碳含量，从而提高材料的cti。另一方面，通过聚苯硫醚树脂与流动改性剂的配合使用，可以通过流动改性剂渗透到聚苯硫醚大分子链之间，降低聚苯硫醚大分子链之间的摩擦并延缓聚苯硫醚的结晶速率，提高聚苯硫醚熔体的流动性，从而可以采用低质量流动速率(大分子量)的聚苯硫醚树脂作为基体树脂，实现复合材料良好的加工流动性，并提供更好的力学性能，由于流动改性剂还具有增塑作用，复合材料的抗冲击性能也能得到改善。此外，由于流动改性剂的添加可以提升聚苯硫醚树脂基体与玻璃纤维、碳化抑制剂的浸润效果，可以提高玻璃纤维、碳化抑制剂对复合材料的改性效果，可以进一步提高复合材料的力学性能和cti值。进一步的，在保证相同的改性效果的情况下，亦可以适当降低玻璃纤维、碳化抑制剂的填充量，从而进一步改善复合材料的流动性，改善成型加工性能。

16、进一步的，本发明的具有高cti性能的聚苯硫醚复合材料还包括0.2％-2％的调色剂。

17、在一项更优选的实施方案中，所述调色剂为炭黑和/或铁黑，更优选的，调色剂为炭黑。

18、现有技术中，添加调色剂后，尤其是炭黑、铁黑等黑色调色剂后，由于炭黑导电，而铁黑遮蔽力不够，添加量较大，且含有杂质会对cti性能带来不利影响，因此添加以上黑色调色剂通常会对复合材料的cti造成不利影响。而本发明通过采用碳抑制剂、低流动速率的聚苯硫醚与流动改性剂配合使用，可实现在添加黑色调色剂后，仍然制备得到具有高流动性、高耐冲击性、高cti的黑色的聚苯硫醚复合材料。

19、第二方面，本技术还提供了一种具有高cti性能的聚苯硫醚复合材料的制备方法，包括如下步骤：

20、按照配方称取各原料，并将玻璃纤维以外的原料混合均匀后，从挤出机主喂料口加入，玻璃纤维从侧喂料口加入，通过挤出机挤出造粒，得到聚苯硫醚复合材料。挤出温度280-300℃、螺杆转数35-40hz。

21、最后，本发明还提供了一种笔记本电脑外壳、汽车零部件、精密电子电器结构件的注塑制品，其包含了上述任意一种聚苯硫醚复合材料。其通过将挤出造粒得到的聚苯硫醚复合材料干燥后，采用注塑机注塑得到。

22、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

23、1.本发明采用碳抑制剂、流动改性剂与聚苯硫醚树脂配合使用，利用碳化抑制剂抑制树脂碳化作用并降低碳含量，并通过流动改性剂提高聚苯硫醚熔体的流动性，实现低质量流动速率(大分子量)的聚苯硫醚树脂的使用，并提升聚苯硫醚树脂与碳化抑制剂抑制、玻璃纤维等无机填料的浸润效果，进一步提高复合材料的力学性能和cti值，获得同时具有高流动性、高耐冲击性、高cti的聚苯硫醚复合材料，适于制造更高要求的电子电器产品、机械产品等，并且可以添加色粉，获得具有高流动性、高耐冲击性、高cti的有色的聚苯硫醚复合材料。

24、2.本技术制备得到的聚苯硫醚复合材料具有高的cti数值，可以达到600v；具有良好的机械性能，拉伸强度可达85mpa，弯曲强度可达135mpa，冲击强度可达5.21kj/m2；具有良好的流动性，质量流动速率可达10.5g/10min(315℃，5kg)，具备良好的加工性。