[发明专利]聚苯醚复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及新材料领域，尤其是涉及一种聚苯醚基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

聚苯醚(Polyphenylene oxide)，简称PPO，是一种综合性能较好的工程塑料，具有良好的物理机械性能、耐热性和电气绝缘性，高温下耐蠕变性是所有热塑性工程塑料中最优异的，并具有优良的耐酸、耐碱、耐化学药品性，水解稳定性极好，成型收缩率和热膨胀系数小，尺寸稳定性好，制品在高压蒸汽中反复使用其性能稳定。PPO已广泛应用于电子电器、汽车、家用电器、办公室设备和工业机械等方面。作为特种工程塑料，虽然聚苯硫醚具有上述的优异性能，但由于其仍然存在诸如耐溶剂性差、制品容易发生应力开裂、缺口冲击强度低，熔体粘度高，加工成型性差等不足之处。

由于PPO的上述缺陷及成本因素，对PPO的改性成为国内外研究的热点，其主要手段有纤维增强PPO、颗粒填充改性PPO、以及与聚合物共混等，具体如下：

(1)纤维增强PPO复合材料

常用的纤维有玻璃纤维(GF)和碳纤维(CF)，能达到提高材料的强度、刚度和耐热性的目的，且工艺简单，挤出、模压、注塑等常规加工方法均适用。但使用纤维对PPO进行性能增强时会增大材料的各向异型，使得复合材料在晶体不同方向上的物理、化学特性相差较大。晶须(Whisker)是具有一定长径比(一般L/D＞20)的金属氧化物或盐类，不同于一般的粉末填料，其纤维状的微观结构使其在作为填料填充高分子材料时，具有显著的增强材料的强度效果，并能克服纤维增强复合材料时材料各向异性大的缺陷。

现有技术表明：纤维(或晶须)的加入使得PPO的热力学性能得到改善，力学性能得到增强，复合材料的拉伸强度和弯曲强度均得到了提高。

(2)颗粒填充改性PPO

聚合物/无机填料复合材料的开发，最初是希望在保证材料性能的基础上降低材料的成本，然而，经过几十年的发展，尤其是纳米技术产生以后，聚合物/无机填料复合材料不但实现了降低成本的目的，而且无机填料的加入还能提高复合材料的刚性、耐热性、增强、增塑、增韧及导电性等性能。但无机物与大分子高聚物之间相容性较差，难以保证纳米粒子在其中均匀分散，因而对材料性能的增强效果大打折扣。

(3)PPO与聚合物共混改性

近年来，人们利用聚苯乙烯(PS)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS)等来对PPO进行改性的研究比较多。

对PPO/PS复合材料的研究发现，PPO/PS合金能保持纯PPO的优良特性，且其流动性得到改善；HIPS加入PPO后，材料的缺口冲击强度有所提高但不超过15KJ/m²；PPO/PA(聚酰胺)、PPO/PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)、PPO/PPS(聚苯硫醚)复合材料改善了PPO的耐热性、耐油性和耐溶剂性。

改性效果与添加聚合物性质相关度大，当聚合物与PPO完全相容或完全不相容时，改性效果不甚理想。

综上，现还需要研究PPO的增强复合材料，以使得该复合材料具有更为优异的耐磨性、耐热性和承载能力(PV极限值高)，制备工艺简单、价格较低。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种强度高、耐磨性好、耐热性好和承载能力高的聚苯醚基复合材料。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种工艺简单、成本低廉的聚苯醚基复合材料制备方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种该聚苯醚基复合材料的应用。

为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的聚苯醚基复合材料，包含质量百分数为35-45％的聚苯醚、25-35％高抗冲聚苯乙烯、15-25％以偶联剂处理过的钛酸钾晶须、8％-12％的聚四氟乙烯以及适量的加工助剂。

具体来说，所述偶联剂水解后与钛酸钾晶须混合，制得所述以偶联剂处理过的钛酸钾晶须，其中所述偶联剂的用量为所述钛酸钾晶须重量的1-3％。

进一步优选，包含质量百分数为38-42％的聚苯醚、28-32％高抗冲聚苯乙烯、钛酸钾晶须重量百分数为18～22％、聚四氟乙烯重量百分数为10％。

具体的说，所述加工助剂包括抗氧剂和分散剂中的至少一种；所述加工助剂选自抗氧剂168、抗氧剂1010、白油和硅油；所述偶联剂选自KH550和KH570。

为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的聚苯醚基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(a)将偶联剂水解，并与钛酸钾晶须均匀拌合，然后烘干活化，其中所述偶联剂的用量为钛酸钾晶须重量的1-3％；