[发明专利]一种环氧树脂改性聚苯硫醚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技术领域，具体涉及对聚苯硫醚进行改性的工艺技术。

背景技术

    聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）、聚砜（PSF）、聚酰亚胺（PI）、聚芳酯（PAR）以及液晶聚合物（LCP）被称为6大特种工程塑料。聚苯硫醚( PPS)综合性能优越，具有优良的耐热、耐腐蚀性能，200℃以下不溶于任何溶剂。它还具有较高阻燃性能，不加阻燃剂就可达UL94 V0级，尺寸稳定性好，高温环境下吸湿后尺寸几乎不变，具有极好的粘合性能和优良的加工性能。因此，PPS已成为特种工程塑料的第一大品种，广泛地应用在电子、电器、汽车、航空航天等领域。但是PPS也存在不足之处，如纯PPS 制品的脆性较大、韧性较差、刚性和强度不够高，另外价格较高，这就限制了PPS 的应用。所以，需要对PPS进行增强和增韧改性。对PPS增强的主要方法是无机填料填充，如添加玻纤和碳纤维。对PPS增韧的主要方法有化学改性与物理改性。化学结构改性是在PPS分子链中引入改性单体，改变PPS的分子链结构，化学增韧改性的增韧改性效果显著，不足之处是要经过一些化学反应，过程不好控制。物理改性是在基体中加入另一种弹性体组分，但不改变分子链结构，通过形成功能优良的共混体系，达到增韧目的。目前改性PPS的研究一般集中在将PPS与玻璃纤维、矿物填料、碳纤维或其他聚合物共混改性，从而均衡各聚合物和无机物组分的性能，获得综合性能优异的复合材料。同时，共混还可赋予PPS特殊性能，如防润滑性、导电性，使其成为功能化聚合物。

环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。环氧树脂对PPS的增韧机理是环氧树脂的环氧基团可以与PPS中的-SH基团发生如下的扩链反应，结果在刚性的PPS链上引入了柔性链，降低了PPS的结晶性，结果使得PPS的韧性大幅度增加。

同时环氧树脂对金属和非金属材料具有优异的粘接性能，可以增加无机粉末填料与PPS基体的相容性，促进在PPS基体中均匀分散，因此，环氧树脂在PPS复合材料体系中可以起到界面相容剂的作用。因此，环氧树脂改性聚苯硫醚复合材料具有优异的强度及韧性。

发明内容

本发明目的是提出一种高强度、高韧性的改性聚苯硫醚复合材料。

本发明复合材料由聚苯硫醚树脂、环氧树脂、无机粉末填料和偶联剂组成，所述聚苯硫醚树脂占复合材料总质量的55%～95%，环氧树脂占复合材料总质量的2%～5%，无机粉末填料占复合材料总质量的0.1%～40%，偶联剂占复合材料总质量的0.2%～2%。

经过改性后的复合材料相比PPS拉伸强度、断裂伸长率以及韧性有了大幅度提升。

所述无机粉末填料为埃洛石、短切玻璃纤维、碳纳米管或碳纤维中的一种。这些无机粉末填料的填充可以赋予复合材料更加优异的强度及韧性，同时可以提高复合材料的热稳定性。

所述偶联剂为γ- 氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷中的一种。偶联剂的使用可以提高PPS与无机粉末填料间界面粘结力，进而提高复合材料的机械力学性能。

所述环氧树脂型号为E-51、E-44中的一种。常温下呈现液体状态的环氧树脂具有较高的环氧值，具有更多的与PPS反应增韧的活性基团。

本发明还提出以上复合材料的制备方法。

其技术方案是：将环氧树脂溶解于溶剂后与偶联剂和干燥的聚苯硫醚树脂均匀混合后于60℃条件下烘干，然后经过研磨得到聚苯硫醚树脂改性粉末，再将聚苯硫醚树脂改性粉末与无机粉末填料混合均匀后经双螺杆挤出机挤出造粒；所述干燥的聚苯硫醚树脂占总投料量的55%～95%，所述环氧树脂占总投料量的2%～5%，偶联剂占总投料量的0.2%～2%，无机粉末填料占总投料量的0.1%～40%。

本发明针对化学改性增韧PPS过程难以控制的缺点，创新地采用环氧树脂改性PPS，利用反应性共混技术实现化学改性增韧PPS。在此基础上利用环氧树脂分子上的功能基团，以及偶联技术增加无机粉末填料与PPS基体的界面相容性，以获得无机粉末填料在聚合物基体中分散均匀的复合体系，制备工艺简单，成本低廉，对设备要求低。

本发明所述溶剂为丙酮、乙醚、乙醇、甲苯中的至少任意一种，溶剂用量为环氧树脂与偶联剂总质量的10倍。采用质量10倍于有机改性剂的溶剂可以很好地润湿PPS粒料，使得PPS表面改性更加均匀。