一种疏水耐磨PC/PET复合材料及其制备方法
文献发布时间:2023-06-19 13:45:04
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。
- 一种疏水耐磨PC/PET复合材料及其制备方法
- 一种耐磨PET复合材料及其制备方法