[发明专利]一种纤维增强热塑性聚合物基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料中的热塑性聚合物，尤其是石英/氮化硼纤维增强热塑性聚合物基复合材料。

背景技术

聚苯乙烯、聚苯醚、聚苯硫醚是一类综合性能优良的热塑性工程材料，其突出特点是耐腐蚀、耐辐射、机械性能和电性能优异，目前主要用于汽车制造、电子电器、化工仪器仪表和航天工业等。由于此类材料具有绝缘强度高、介电常数低(ε_r＝2.5～3)、介电损耗小(介电损耗角正切值：聚苯乙烯、聚苯醚≤0.0006，聚苯硫醚≈0.001)等特点，在各类高压绝缘器件、电磁波透波结构件(如卫星通讯窗口、雷达罩等)中日益受到重视和关注。但由于此类材料强度偏低(如通用聚苯乙烯拉伸强度约为35-50MPa，弯曲强度为60～70MPa)，制约了此类材料的应用。

目前，此类热塑性聚合物材料增强增韧改性主要是以普通玻璃纤维增强为主，玻璃纤维能显著改善材料的力学性能，但由于普通玻璃纤维介电常数较大(约4.0～6.6)，介电损耗系数较大(3～7×10^-3)，对聚合物基复合材料的介电性能产生不良影响(如聚苯乙烯中加入30wt.％的玻璃纤维后，9.5GHz条件下，相对介电常数从2.5提高到＞3.0，介电损耗角正切值从0.0006提高到＞0.001)。

发明内容

为了克服聚苯乙烯/聚苯醚/聚苯硫醚聚合物及其玻璃纤维增强复合材料的缺点，本发明采用石英/氮化硼作为增强纤维，得到了一类力学性能、绝缘性能和介电性能优异的石英/氮化硼纤维增强热塑性聚合物基复合材料，本发明还提供了这类复合材料的制备方法。

本发明提供的技术方案是：

一种纤维增强热塑性聚合物基复合材料，由热塑性聚合物、增强纤维和占增强纤维重量比为0.2％～1％的偶联剂制成，所述热塑性聚合物和增强纤维的重量比为1∶1～9∶1，所述热塑性聚合物为聚苯乙烯(PS)、聚苯醚(PPO)和聚苯硫醚(PPS)的任一种或其中任两种或三种聚合物的混合物，所述增强纤维为石英纤维和/或氮化硼纤维，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

上述热塑性聚合物和增强纤维的最佳重量比为7∶3～9∶1。

上述石英纤维是二氧化硅(SiO₂)含量大于99.9％的石英玻璃纤维。

上述聚苯乙烯(PS)是通用聚苯乙烯(GPPS)、间规聚苯乙烯(sPS)、等规聚苯乙烯(iPS)或高抗冲击性聚苯乙烯(HIPS)中的任一种；上述聚苯醚(PPO)为改性聚苯醚(MPPO)。

上述增强纤维为晶须。

第一种制造上述纤维增强热塑性聚合物基复合材料的方法，包括以下步骤：

1】以乙醇为溶液，将偶联剂配成重量比为1～3％的处理液，增强纤维在处理液中进行浸泡处理，烘干；

2】将热塑性聚合物和经步骤1】处理过的增强纤维加入挤出机中，在温度为T_m～T_m+50℃温度下加热挤出，并冷却后切粒；所述T_m为热塑性聚合物的熔点；

3】将制得的粒料加入注塑机，在温度T_m～T_m+50℃、压力70～120MPa下注塑成型。

第二种制造上述纤维增强热塑性聚合物基复合材料的方法，包括以下步骤：

1】以乙醇为溶液，将偶联剂配成重量比为1～3％的处理液，增强纤维在处理液中进行浸泡处理，烘干；

2】将热塑性聚合物和经步骤1】处理过的增强纤维加入挤出机中，在温度为T_m～T_m+50℃温度下加热挤出；所述T_m为热塑性聚合物的熔点；

3】将挤出料直接转移到加热的热压模具中，在温度T_m～T_m+50℃、压力10～50MPa下模压成型。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的石英/氮化硼纤维增强热塑性聚合物基复合材料，在保持聚合物材料绝缘强度高，介电常数小的同时，大大提高了材料的力学性能，包括拉伸强度、弯曲强度和冲击韧度，另外，进一步降低了材料的介电损耗系数。

2、本发明的石英/氮化硼纤维增强热塑性聚合物基复合材料，具有材料来源广泛、制作工艺简单，可满足注塑、挤塑、模压等塑料成型加工的工艺要求。

3、本发明的石英/氮化硼纤维增强热塑性聚合物基复合材料，可广泛用于高压绝缘器件、卫星通讯窗口、雷达罩等功能结构件。

附图说明