一种疏水耐磨PC/PET复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子复合材料制备领域，具体涉及一种疏水耐磨PC/PET复合材料及其制备方法。

背景技术

聚碳酸酯（PC）是应用广泛的五大工程塑料之一，其具备良好的力学性能，尤其是抗冲击强度优异，能够在较宽的温度范围内保持形状不变。PC是无定形的透明材料，具有良好的耐热性，热变形温度在135℃-145℃，通过在100℃以上长时间的热处理，可提高其弯曲强度、弹性模量等。从上世纪六十年代进入市场以来，PC广泛应用于电器、机械、电子、汽车、仪表、航空以及家庭生活领域。但是PC的缺点也很明显，如熔体粘度高，不易加工，内应力大使成品易发生应力开裂，不耐化学试剂，尤其是在碱性以及有机溶剂中易溶胀、开裂和降解。PC结构单元中主链上连有两个苯环，刚性较大不能弯曲，且苯环极性较大，分子间作用力强，聚合物分子链段运动困难，PC的Tg较高。

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的分子链上有柔性的-CH

综合PC和 PET的优缺点，将PC和PET通过熔融共混挤出制备 PC/PET 的复合材料，所得材料可以有效提高PC的加工流动性、耐化学药品性、耐应力开裂性能以及改善其加工流动性，同时也可以解决PET单独使用时冲击强度和耐老化性差的问题。由于PET价格较低，制备PC/PET复合材料即能够大幅减少PC的成本价格，带来可观的经济效益，因此探索PC/PET复合材料颇具实际意义。但是PC/PET表面的耐磨性能较差，影响其在某些领域的应用，所以通过需添加一些耐磨助剂来扩展其应用领域。

将多种功能填料结合是制备耐磨复合材料的重要设计思路。由于纳米粒子具有独特的特性，相比传统微米级粒子，其具有高比表面积，只要相当少的添加量即可起到明显的增强效果，这对力学性能、加工性能和最终产品表面都是非常有益的，而且耐磨性也可以得到很大改善，在摩擦过程中，合适的纳米填料有助于在对偶面形成一层薄而均匀的转移膜，而且与对偶面具有良好的粘附力，从而对提高复合材料的耐磨性起到关键作用。

纳米CeO

碳纤维（CF）是一种含碳量高于90%的无机高分子材料，具有许多优异的性能，例如高拉伸强度、高抗压强度、高弹性模量、高导电性、高导热性、低热膨胀系数，因此被广泛地应用于航空航天、体育用品等领域中。另外，碳纤维的密度小于钢，具有更高的比强度，可被制成具有良好结构性能的各种形状产品，因此被称为新材料之王。由于碳纤维的含碳量极高，所以除了强氧化剂，其对一般的酸、碱溶液都展现出优异的耐腐蚀性。此外，碳纤维还具有先天性的低表面能、极高的强度，与树脂复合后对基体的增强作用，因此展现出优异的疏水性和耐磨性。

CF与纳米粒子杂化混合并应用于热塑性塑料是一种新方法，以六水合硝酸铈为铈源，通过水热合成法在碳纤维基底上生长纳米CeO

发明内容

本发明的目的在于提供一种疏水耐磨PC/PET复合材料及其制备方法。本发明配方科学合理，工艺流程简单实用，生产出的PC/PET复合材料具有优异的疏水、耐磨性能，可以产生巨大的社会经济效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种疏水耐磨PC/PET复合材料，其所用原料按重量份计为：PC 70份、PET 30份、疏水耐磨剂1-10份、邻苯二甲酸二辛脂0.5份，POM-g-MAH 0.5份；其中，所述疏水耐磨剂为f-CF@CeO

所述疏水耐磨剂的制备方法包括以下步骤：

（1）CF的氧化处理：称取一定质量的CF加入到8 mol/L的硝酸溶液中，得10 mg/mL的CF分散液（用保鲜膜密封住分散液，防止硝酸挥发），在60℃恒温水浴条件下不断搅拌反应4h后，用去离子水洗涤至中性，然后进行抽滤、烘干、研磨，得到硝酸氧化的CF粉末，记为f-CF；

（2）f-CF@CeO

进一步地，步骤（1）中所述烘干的温度为60℃、时间为24h。步骤（2）混合过程中所用f-CF分散液与硝酸铈碱溶液的用量按f-CF与六水合硝酸铈的质量比为1:2进行换算；水热反应的温度为180℃、时间为12h。

所述疏水耐磨PC/PET复合材料的制备方法包括以下步骤：

（a）将疏水耐磨剂与邻苯二甲酸二辛脂在高速混合机中混合均匀，再加入PC、PET、POM-g-MAH混合均匀，放置于烘箱中干燥；

（b）将烘干后的物料加入到双螺杆挤出机中，通过挤出造粒得到混合母粒；

（c）将所得混合母粒在烘箱中干燥，用注塑机注塑成型，得到所述疏水耐磨PC/PET复合材料。

进一步地，步骤（a）中所用高速混合机的转速为300 r/min，所述干燥的温度为100℃、时间为6 h。步骤（b）所用双螺杆挤出机的第一段温度为270℃、第二段温度为265℃、第三段温度为260℃、第四段温度为255℃、第五段温度为250℃；螺杆的转速为10 r/min。步骤（c）中所述干燥的温度为100℃、时间为10 h；注塑时，从进料口到出料口，各段温度分别为第一段285℃、第二段280℃、第三段280℃、第四段275℃、第五段270℃，注塑压力为125MPa，保压压力为50MPa。

本发明的有益效果在于：

（1）CF与纳米粒子杂化混合是一种新方法，本发明利用硝酸对CF进行表面氧化处理，增加了CF表面的粗糙度和活性官能团，提高了其表面活性，再通过水热合成反应将纳米CeO

表1

（2）在摩擦过程中，合适的纳米填料有助于在对偶面形成一层薄而均匀的转移膜，而且与对偶面具有良好的粘附力，从而对提高复合材料的耐磨性起到关键作用。本发明在利用微米尺度的CF和纳米CeO

（3）本发明制备的疏水耐磨PC/PET复合材料配方科学合理，工艺流程简单实用。

附图说明

图1为未氧化的CF（A）和实施例5制备的f-CF（B）A的SEM对比图。

图2为对比例3制备的纳米CeO

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

一种疏水耐磨PC/PET复合材料，其具体制备步骤如下：

1）疏水耐磨剂f-CF@CeO

（1）CF的氧化处理：称取一定质量的CF加入到8 mol/L的硝酸溶液中，得10 mg/mL的CF分散液（用保鲜膜密封住分散液，防止硝酸挥发），在60℃恒温水浴条件下不断搅拌反应4h后用去离子水洗涤至中性，然后进行抽滤，60℃真空干燥24h后研磨，得到硝酸氧化的CF粉末，记为f-CF；

（2）f-CF@CeO

2）将70重量份PC、30重量份PET、2重量份f-CF@CeO

3）将烘干的物料加入到双螺杆挤出机中，通过挤出造粒得到混合母粒；所用双螺杆挤出机的第一段温度为270℃、第二段温度为265℃、第三段温度为260℃、第四段温度为255℃、第五段温度为250℃；螺杆的转速为10 r/min；

4）将所得混合母粒在100℃烘箱中干燥10 h后用注塑机注塑成型，注塑机从进料口到出料口的温度分别为第一段285℃、第二段280℃、第三段280℃、第四段275℃、第五段270℃，注塑压力为125MPa，保压压力为50MPa，得到疏水耐磨PC/PET复合材料。

实施例2

一种疏水耐磨PC/PET复合材料，其具体制备步骤如下：

1）疏水耐磨剂f-CF@CeO

（1）CF的氧化处理：称取一定质量的CF加入到8 mol/L的硝酸溶液中，得10 mg/mL的CF分散液（用保鲜膜密封住分散液，防止硝酸挥发），在60℃恒温水浴条件下不断搅拌反应4h后用去离子水洗涤至中性，然后进行抽滤，60℃真空干燥24h后研磨，得到硝酸氧化的CF粉末，记为f-CF；

（2）f-CF@CeO

2）将70重量份PC、30重量份PET、4重量份f-CF@CeO

3）将烘干的物料加入到双螺杆挤出机中，通过挤出造粒得到混合母粒；所用双螺杆挤出机的第一段温度为270℃、第二段温度为265℃、第三段温度为260℃、第四段温度为255℃、第五段温度为250℃；螺杆的转速为10 r/min；

4）将所得混合母粒在100℃烘箱中干燥10 h后用注塑机注塑成型，注塑机从进料口到出料口的温度分别为第一段285℃、第二段280℃、第三段280℃、第四段275℃、第五段270℃，注塑压力为125MPa，保压压力为50MPa，得到疏水耐磨PC/PET复合材料。

实施例3

一种疏水耐磨PC/PET复合材料，其具体制备步骤如下：

1）疏水耐磨剂f-CF@CeO

（1）CF的氧化处理：称取一定质量的CF加入到8 mol/L的硝酸溶液中，得10 mg/mL的CF分散液（用保鲜膜密封住分散液，防止硝酸挥发），在60℃恒温水浴条件下不断搅拌反应4h后用去离子水洗涤至中性，然后进行抽滤，60℃真空干燥24h后研磨，得到硝酸氧化的CF粉末，记为f-CF；

（2）f-CF@CeO

2）将70重量份PC、30重量份PET、6重量份f-CF@CeO

3）将烘干的物料加入到双螺杆挤出机中，通过挤出造粒得到混合母粒；所用双螺杆挤出机的第一段温度为270℃、第二段温度为265℃、第三段温度为260℃、第四段温度为255℃、第五段温度为250℃；螺杆的转速为10 r/min；

4）将所得混合母粒在100℃烘箱中干燥10 h后用注塑机注塑成型，注塑机从进料口到出料口的温度分别为第一段285℃、第二段280℃、第三段280℃、第四段275℃、第五段270℃，注塑压力为125MPa，保压压力为50MPa，得到疏水耐磨PC/PET复合材料。

实施例4

一种疏水耐磨PC/PET复合材料，其具体制备步骤如下：

1）疏水耐磨剂f-CF@CeO

（1）CF的氧化处理：称取一定质量的CF加入到8 mol/L的硝酸溶液中，得10 mg/mL的CF分散液（用保鲜膜密封住分散液，防止硝酸挥发），在60℃恒温水浴条件下不断搅拌反应4h后用去离子水洗涤至中性，然后进行抽滤，60℃真空干燥24h后研磨，得到硝酸氧化的CF粉末，记为f-CF；

（2）f-CF@CeO

2）将70重量份PC、30重量份PET、8重量份f-CF@CeO

3）将烘干的物料加入到双螺杆挤出机中，通过挤出造粒得到混合母粒；所用双螺杆挤出机的第一段温度为270℃、第二段温度为265℃、第三段温度为260℃、第四段温度为255℃、第五段温度为250℃；螺杆的转速为10 r/min；

4）将所得混合母粒在100℃烘箱中干燥10 h后用注塑机注塑成型，注塑机从进料口到出料口的温度分别为第一段285℃、第二段280℃、第三段280℃、第四段275℃、第五段270℃，注塑压力为125MPa，保压压力为50MPa，得到疏水耐磨PC/PET复合材料。

实施例5

一种疏水耐磨PC/PET复合材料，其具体制备步骤如下：

1）疏水耐磨剂f-CF@CeO

（1）CF的氧化处理：称取一定质量的CF加入到8 mol/L的硝酸溶液中，得10 mg/mL的CF分散液（用保鲜膜密封住分散液，防止硝酸挥发），在60℃恒温水浴条件下不断搅拌反应4h后用去离子水洗涤至中性，然后进行抽滤，60℃真空干燥24h后研磨，得到硝酸氧化的CF粉末，记为f-CF；

（2）f-CF@CeO

2）将70重量份PC、30重量份PET、10重量份f-CF@CeO

3）将烘干的物料加入到双螺杆挤出机中，通过挤出造粒得到混合母粒；所用双螺杆挤出机的第一段温度为270℃、第二段温度为265℃、第三段温度为260℃、第四段温度为255℃、第五段温度为250℃；螺杆的转速为10 r/min；

4）将所得混合母粒在100℃烘箱中干燥10 h后用注塑机注塑成型，注塑机从进料口到出料口的温度分别为第一段285℃、第二段280℃、第三段280℃、第四段275℃、第五段270℃，注塑压力为125MPa，保压压力为50MPa，得到疏水耐磨PC/PET复合材料。

对比例1

一种PC/PET复合材料，其具体制备步骤如下：

1）将70重量份PC、30重量份PET、0.5重量份POM-g-MAH在高速混合机中，以300 r/min的转速混合均匀，然后放置于100℃烘箱中干燥6h；

2）将烘干的物料加入到双螺杆挤出机中，通过挤出造粒得到混合母粒；所用双螺杆挤出机的第一段温度为270℃、第二段温度为265℃、第三段温度为260℃、第四段温度为255℃、第五段温度为250℃；螺杆的转速为10 r/min；

3）将所得混合母粒在100℃烘箱中干燥10 h后用注塑机注塑成型，注塑机从进料口到出料口的温度分别为第一段285℃、第二段280℃、第三段280℃、第四段275℃、第五段270℃，注塑压力为125MPa，保压压力为50MPa，得到PC/PET复合材料。

对比例2

一种疏水耐磨PC/PET复合材料，其具体制备步骤如下：

1）CF的氧化处理：称取一定质量的CF加入到8 mol/L的硝酸溶液中，得10 mg/mL的CF分散液（用保鲜膜密封住分散液，防止硝酸挥发），在60℃恒温水浴条件下不断搅拌反应4h后用去离子水洗涤至中性，然后进行抽滤，60℃真空干燥24h后研磨，得到硝酸氧化的CF粉末，记为f-CF；

2）将70重量份PC、30重量份PET、10重量份f-CF、0.5重量份邻苯二甲酸二辛脂、0.5重量份POM-g-MAH在高速混合机中，以300 r/min的转速混合均匀，然后放置于100℃烘箱中干燥6h；

3）将烘干的物料加入到双螺杆挤出机中，通过挤出造粒得到混合母粒；所用双螺杆挤出机的第一段温度为270℃、第二段温度为265℃、第三段温度为260℃、第四段温度为255℃、第五段温度为250℃；螺杆的转速为10 r/min；

4）将所得混合母粒在100℃烘箱中干燥10 h后用注塑机注塑成型，注塑机从进料口到出料口的温度分别为第一段285℃、第二段280℃、第三段280℃、第四段275℃、第五段270℃，注塑压力为125MPa，保压压力为50MPa，得到PC/PET复合材料。

对比例3

一种PC/PET复合材料，其具体制备步骤如下：

1）疏水耐磨剂CeO

称量一定质量的Ce(NO

2）将70重量份PC、30重量份PET、10重量份CeO

3）将烘干的物料加入到双螺杆挤出机中，通过挤出造粒得到混合母粒；所用双螺杆挤出机的第一段温度为270℃、第二段温度为265℃、第三段温度为260℃、第四段温度为255℃、第五段温度为250℃；螺杆的转速为10 r/min；

4）将所得混合母粒在100℃烘箱中干燥10 h后用注塑机注塑成型，注塑机从进料口到出料口的温度分别为第一段285℃、第二段280℃、第三段280℃、第四段275℃、第五段270℃，注塑压力为125MPa，保压压力为50MPa，得到PC/PET复合材料。

对比例4

一种PC/PET复合材料，其具体制备步骤如下：

1）f-CF的制备：称取一定质量的CF加入到8 mol/L的硝酸溶液中，得10 mg/mL的CF分散液（用保鲜膜密封住分散液，防止硝酸挥发），在60℃恒温水浴条件下不断搅拌反应4h后用去离子水洗涤至中性，然后进行抽滤，60℃真空干燥24h后研磨，得到硝酸氧化的CF粉末，即为f-CF；

2）CeO

称量一定质量的Ce(NO

3）将70重量份PC、30重量份PET、5重量份f-CF、5重量份CeO

4）将烘干的物料加入到双螺杆挤出机中，通过挤出造粒得到混合母粒；所用双螺杆挤出机的第一段温度为270℃、第二段温度为265℃、第三段温度为260℃、第四段温度为255℃、第啊五段温度为250℃；螺杆的转速为10 r/min；

5）将所得混合母粒在100℃烘箱中干燥10 h后用注塑机注塑成型，注塑机从进料口到出料口的温度分别为第一段温度：285℃、第二段温度：280℃、第三段温度：280℃、第四段温度 ：275℃、第五段温度：270℃，注塑压力为125MPa，保压压力为50MPa，得到PC/PET复合材料。

性能测试

按表2标准对所得复合材料进行性能测试，结果见表3。

表2 性能测试指标及其标准

表3 性能测试结果

由表3结果可见，随着疏水耐磨剂f-CF@CeO

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。