[发明专利]一种POSS/PPS纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种POSS/PPS纳米复合材料及其制备方法、应用。

背景技术

聚苯硫醚(简称PPS)是具有耐高温、耐腐蚀、耐辐射、阻燃、绝缘、尺寸稳定、易成型加工等优异性能的半结晶性特种工程材料。PPS在环保过滤、电子电气、汽车部件、管道运输、食品医药、石油化工、家用电器、纺织服装、军工航天等领域均有广泛应用。自20世纪60年代美国菲利浦石油公司于世界上首次采用硫化钠法制备了PPS之后，日本和德国相继进行了PPS生产。近几十年来，仅有美国、日本、德国等少数发达国家能够生产PPS，该产品一直处于被垄断状态。PPS技术，由于我国起步较晚，技术水平与国外存在较大差距，产品存在品质差、种类少、产不及需等缺点。

近几年来，国内对PPS的需求呈现出较快的增长，不仅在环保滤材领域外，而且逐渐广泛应用于汽车、电子电器、军工等领域。由此，对PPS有着更多的要求。虽然PPS具有很多优异的性能，但也存在韧性差、高温易氧化、耐光性差、流动性差、加工要求高等不足。目前，国内对PPS的改性研究主要针对其不同的应用领域而进行某个方向的改进。采用的方法主要有无机粒子填充改性、纤维增强改性、合金改性的方法。

无机粒子填充改性主要采用纳米SiO₂、TiO₂、CaCO₃、Fe₃O₄、碳纳米管、炭黑、石墨烯、蒙脱土等。纤维增强改性主要有玻璃纤维(GF)、碳纤维(CF)、玄武岩纤维(BF)、不锈钢纤维、芳纶纤维等。合金改性主要有聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)等。

然而，现有技术纳米SiO₂、TiO₂、CaCO₃、Fe₃O₄、碳纳米管、炭黑、石墨烯等纳米添加物，添加到PPS基体中存在易团聚，分散性和相容性较差的缺点，导致改性效果不明显，应用范围有限。传统方法在造粒过程中，由于螺杆中温度较高，PPS在高温下易氧化，尤其是采用常见的单头抽吸真空的双螺杆机造粒，更易使PPS氧化。再次，在连续造粒过程中，断头往往会造成生产过程的中断，引起物料堆积、浪费，采用人工停机方式解决断头问题，效率低下，物料浪费严重。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种POSS/PPS纳米复合材料，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种POSS/PPS纳米复合材料及其制备方法和应用。本发明技术方案如下：

本发明目的之一，提供一种POSS/PPS纳米复合材料，由聚苯硫醚、反应型多端基多面体倍半硅氧烷和辅料制成，其中，所述聚苯硫醚的质量百分比≥84％，所述反应型多端基多面体倍半硅氧烷的质量百分比≥0.5％。

本发明POSS/PPS纳米复合材料，优选地，所述反应型多端基多面体倍半硅氧烷，其粒径5～200nm，纯度≥97％。

本发明POSS/PPS纳米复合材料，优选地，所述辅料包括光稳定剂或流动性改善剂中一种或两种组合，所述光稳定剂的质量百分比在0.5‰～50‰范围，所述流动性改善剂的质量百分比在0.5‰～50‰范围。

本发明POSS/PPS纳米复合材料，优选地，所述光稳定剂包括但不限于二苯甲酮、水杨酸酯、苯并三唑、取代丙烯腈、草酰胺、有机镍络合物、受阻胺或三嗪中一种或多种组合。

本发明POSS/PPS纳米复合材料，优选地，所述流动性改善剂包括但不限于硅酸镁、碳化硅、碳微球或玻璃微珠中的一种或多种组合。

本发明目的之二，提供一种POSS/PPS纳米复合材料的制备方法，在200℃～319℃范围的一个或多个温度下，以及在500～1200rpm螺杆速度范围的一个或多个速度下，将聚苯硫醚、反应型多端基多面体倍半硅氧烷和辅料挤出。

本发明POSS/PPS纳米复合材料的制备方法，优选地，所述温度分为喂料、压缩、混炼、均化、熔融和模头温度几部分，喂料温度为200℃～205℃，压缩、混炼和均化温度为227℃～309℃，熔融温度为279℃～319℃，模头温度为285℃～319℃。

本发明目的之三，提供一种螺杆挤出系统，将聚苯硫醚、反应型多端基多面体倍半硅氧烷和辅料挤出，依次包括同向双螺杆挤出机、水温自动调节式冷却水槽和智能切粒机，在同向双螺杆挤出机和水温自动调节式冷却水槽之间设有断头智能报警控制装置。