以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料，按質(zhì)量百分比，包括以下組分：聚酯60～90%，聚偏氟乙烯纖維10～40%；制備步驟：1）將聚己二酸乙二醇酯在25～40℃真空下干燥3～8小時(shí)，聚偏氟乙烯纖維在60～100℃真空下干燥3～8小時(shí)；2）將60～90%的聚酯與10～40%的聚偏氟乙烯纖維機(jī)械共混，將混合后的粉料放入平板硫化機(jī)模具中成型；3）對(duì)預(yù)成型坯料進(jìn)行預(yù)塑，將溫度升到80～135℃，保持30～60min，使模壓料成型，利用聚甲基硅氧烷板施加105Pa壓力給熔體施加剪切應(yīng)力，然后采用隨爐降溫的方式降溫到45℃后將壓力撤掉，將模壓成型后的復(fù)合材料連同模具一起取出，冷卻至室溫，獲得復(fù)合材料；本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單易行，成本低廉，易于工業(yè)化，經(jīng)濟(jì)價(jià)值顯著。
【專利說(shuō)明】以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚己二酸乙二醇酯是一種生物降解性聚合物，憑借其優(yōu)異的性能和低廉的價(jià)格，被廣泛應(yīng)用于泡沫塑料制品、工業(yè)塑料和橡膠制品等方面廣泛應(yīng)用。然而，由于其內(nèi)在的一些缺陷，如結(jié)晶速率慢，韌性不足，受熱后尺寸穩(wěn)定性差等，使其在工程塑料或模塑型件等方面受到一定限制。此外，傳統(tǒng)的用于結(jié)晶的成核劑如納米碳酸鈣，粘土類等等，在共混熔融改性法存在著結(jié)晶成核劑在聚合物中團(tuán)聚和分散不均勻的弊端。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料及其制備方法，通過(guò)該方法可得到結(jié)晶快、強(qiáng)度高的聚酯復(fù)合材料，具有力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性高，工藝簡(jiǎn)單同時(shí)操作簡(jiǎn)便易行，原料廉價(jià)易得的特點(diǎn)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料，按質(zhì)量百分比，包括以下組分:
聚酯60~90%，聚偏氟乙烯纖維10~40%。
[0005]所述聚酯為聚己二酸乙二醇酯。
[0006]所述的聚偏氟乙烯纖維的直徑為0.`1mm,纖密度80D，長(zhǎng)度為2~5mm。
[0007]所述聚己二酸乙二醇酯的分子量為10000~50000之間，聚偏氟乙烯纖維的分子量為 107000 ~5300000。
[0008]以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
1)將聚己二酸乙二醇酯在25~40°C真空下干燥3~8小時(shí)，聚偏氟乙烯纖維在60~100°C真空下干燥3~8小時(shí)；
2)將60~90%的聚酯與10~40%的聚偏氟乙烯纖維機(jī)械共混，將混合后的粉料放入平板硫化機(jī)模具中成型；
3)對(duì)預(yù)成型坯料進(jìn)行預(yù)塑，將溫度升到80~135°C，保持30~60min，使模壓料成型，利用聚甲基硅氧烷板施加IO5Pa壓力給熔體施加剪切應(yīng)力，然后采用隨爐降溫的方式降溫到45°C后將壓力撤掉，將模壓成型后的復(fù)合材料連同模具一起取出，冷卻至室溫，獲得復(fù)合材料。
[0009]將復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)涂膜，在拉力機(jī)上測(cè)試其拉伸強(qiáng)度；使用差示掃描量熱儀測(cè)試其熱力學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)晶速度；使用偏光顯微鏡觀察樣品界面區(qū)域的形態(tài)結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
聚偏氟乙烯纖維具有氟樹脂和通用樹脂的特性，它除了具有良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐高溫性、耐候性外，還具有壓電性、電熱性的特殊性能。[0011]以聚偏氟乙烯纖維作為成核劑，與聚己二酸乙二醇酯共混后，不僅可以提高聚己二酸乙二醇酯的結(jié)晶速率，縮短生產(chǎn)周期，而且使復(fù)合材料具有很高的界面結(jié)合強(qiáng)度，從而提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。
[0012]由于本發(fā)明采用了聚偏氟乙烯纖維這樣穩(wěn)定性能優(yōu)良同時(shí)具有一定熱電性能的有機(jī)樹脂為結(jié)晶成核劑，通過(guò)聚己二酸乙二醇酯中的羰基和聚偏氟乙烯中的亞甲基相互作用，改變了聚己二酸乙二醇酯結(jié)晶行為，不僅使得結(jié)晶速度大大提高，縮短了加工成型周期，而且克服了加工時(shí)生產(chǎn)效率低的問(wèn)題，也避免了添加成核劑提高結(jié)晶速度的同時(shí)降低分子量的缺點(diǎn)；在聚己二酸乙二醇酯中加入聚偏氟乙烯，由于聚偏氟乙烯的熔點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于聚己二酸乙二醇酯，所以復(fù)合材料的平衡熔點(diǎn)顯著升高，另外由于聚偏氟乙烯中具有氟鍵，易和聚己二酸乙二醇酯中的羥基形成氫鍵，也大大提高了分子間的作用力。因此，聚己二酸乙二醇酯和聚偏氟乙烯復(fù)合后力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性都大大提高。本發(fā)明的目的還在于提供一種工藝簡(jiǎn)單同時(shí)操作簡(jiǎn)便易行，原料廉價(jià)易得的聚酯復(fù)合材料。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的聚酯復(fù)合材料結(jié)晶速率實(shí)施例一、例二、例三的效果圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的聚酯復(fù)合材料的結(jié)晶溫度實(shí)施例一和例三的效果圖。
[0015]圖3為本發(fā)明的聚酯復(fù)合材料實(shí)施例一和例四的效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]實(shí)施例一
1)將聚己二酸乙二醇酯在40°C真空下干燥3小時(shí)，聚偏氟乙烯纖維在100°C真空下干燥3小時(shí)；
2)將60%的聚酯與40%的聚偏氟乙烯纖維機(jī)械共混，將混合后的粉料放入平板硫化機(jī)模具中成型；
3)對(duì)預(yù)成型坯料進(jìn)行預(yù)塑，將溫度升到90°C，保持60min，使模壓料成型，利用聚甲基硅氧烷板施加IO5Pa壓力給熔體施加剪切應(yīng)力，然后采用隨爐降溫的方式降溫到45°C后將壓力撤掉，使聚己二酸乙二醇酯結(jié)晶成膜狀，將模壓成型后的復(fù)合材料連同模具一起取出；
在拉力機(jī)上測(cè)試其拉伸強(qiáng)度；使用差示掃描量熱儀測(cè)試其熱力學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)晶速度；使用偏光顯微鏡觀察樣品界面區(qū)域的形態(tài)結(jié)構(gòu)。聚己二酸乙二醇酯薄膜的拉伸強(qiáng)度為50.80 MPa,在 40°C 的結(jié)晶速度(l/t1/2)為 0.1245111^1,結(jié)晶峰溫度為 13.2°C。
[0018]實(shí)施例二
1)將聚己二酸乙二醇酯在25°C真空下干燥8小時(shí)，聚偏氟乙烯纖維在60°C真空下干燥8小時(shí)；
2)將80%的聚酯與20%的聚偏氟乙烯纖維機(jī)械共混，將混合后的粉料放入平板硫化機(jī)模具中成型；
3)對(duì)預(yù)成型坯料進(jìn)行預(yù)塑，將溫度升到85°C，保持30min，使模壓料成型，利用聚甲基硅氧烷板施加IO5Pa壓力給熔體施加剪切應(yīng)力，然后采用隨爐降溫的方式降溫到45°C后將壓力撤掉，使聚己二酸乙二醇酯結(jié)晶成膜狀，將模壓成型后的復(fù)合材料連同模具一起取出；
將復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)涂膜，在拉力機(jī)上測(cè)試其拉伸強(qiáng)度；使用差示掃描量熱儀測(cè)試其熱力學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)晶速度；聚酯復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為80.67 MPa,在40°C等溫結(jié)晶速度(I/t1/2)為 0.351 ImirT1，結(jié)晶峰溫度為 18.7V。
[0019]實(shí)施例三
1)將聚己二酸乙二醇酯在32°C真空下干燥5小時(shí)，聚偏氟乙烯纖維在80°C真空下干燥5小時(shí)；
2)將70%的聚酯與30%的聚偏氟乙烯纖維機(jī)械共混，將混合后的粉料放入平板硫化機(jī)模具中成型；
3)對(duì)預(yù)成型坯料進(jìn)行預(yù)塑，將溫度升到115°C，保持45min，使模壓料成型，利用聚甲基硅氧烷板施加IO5Pa壓力給熔體施加剪切應(yīng)力，然后采用隨爐降溫的方式降溫到45°C后將壓力撤掉，使聚己二酸乙二醇酯結(jié)晶成膜狀，將模壓成型后的復(fù)合材料連同模具一起取出；
將復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)涂膜，在拉力機(jī)上測(cè)試其拉伸強(qiáng)度；使用差示掃描量熱儀測(cè)試其熱力學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)晶速度；則聚酯復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為97.65MPa，在40°C等溫結(jié)晶速度(I/t1/2)為 0.4847111^1,結(jié)晶峰溫度為 26.7V。
[0020]實(shí)施例四
1)將聚己二酸乙二醇酯在40°C真空下干燥3小時(shí)，聚偏氟乙烯纖維在100°C真空下干燥3小時(shí)；
2)將80%的聚酯與20%的聚偏氟乙烯纖維機(jī)械共混，將混合后的粉料放入平板硫化機(jī)模具中成型；
3)對(duì)預(yù)成型坯料進(jìn)行預(yù)塑，將溫度升到135°C，保持60min，使模壓料成型，利用聚甲基硅氧烷板施加IO5Pa壓力給熔體施加剪切應(yīng)力，然后采用隨爐降溫的方式降溫到45°C后將壓力撤掉，使聚己二酸乙二醇酯結(jié)晶成膜狀，將模壓成型后的復(fù)合材料連同模具一起取出；
將復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)涂膜，放在室溫下3小時(shí)后，在100°C的熱臺(tái)上加熱lOmin，消除熱歷史，然后迅速的移到45°C的熱臺(tái)上等溫2小時(shí)，使其完全結(jié)晶，使用偏光顯微鏡觀察樣品界面區(qū)域的形態(tài)結(jié)構(gòu)。
[0021]參見(jiàn)圖1，圖1為聚己二酸乙二醇酯/聚偏氟乙烯纖維共混體系聚酯結(jié)晶速率圖。橫坐標(biāo)為結(jié)晶時(shí)間，縱橫坐標(biāo)為相對(duì)結(jié)晶度。粗實(shí)線為聚偏氟乙烯纖維:聚己二酸乙二醇酯=30:70時(shí)的結(jié)晶速率圖，細(xì)實(shí)線為聚偏氟乙烯纖維:聚己二酸乙二醇酯=20:80時(shí)的結(jié)晶速率圖，虛線為純的聚己二酸乙二醇酯結(jié)晶速率圖，從圖上可以明顯的看出，隨著聚偏氟乙烯比例含量的增加可以明顯的提高聚己二酸乙二醇酯的結(jié)晶速率。
[0022]參見(jiàn)圖2，圖2為聚己二酸乙二醇酯/聚偏氟乙烯纖維共混體系聚酯不等溫差示掃描量熱(DSC)圖。橫坐標(biāo)為結(jié)晶溫度，縱坐標(biāo)放熱峰。細(xì)實(shí)線為聚偏氟乙烯纖維:聚己二酸乙二醇酯=30:70時(shí)的結(jié)晶 溫度峰，粗實(shí)線為純的聚己二酸乙二醇酯結(jié)晶溫度峰。從圖中可以明顯的看出加入聚偏氟乙烯后結(jié)晶峰溫度明顯升高。
[0023]參見(jiàn)圖3，圖3左上角為實(shí)施例一純的聚酯材料的偏光圖，右下角為實(shí)施例四的聚酯復(fù)合材料的偏光圖；在451:下，純的聚己二酸乙二醇酯聚酯材料可以形成完整的球晶；而復(fù)合的聚己二酸乙二醇酯/聚偏氟乙烯纖維聚酯材料形成尺寸很小的球晶。
[0024]拉伸強(qiáng)度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn):GB/T 1040.1-2006
結(jié)晶速度測(cè)試條件:聚酯復(fù)合物材料在40°C等溫完全結(jié)晶 結(jié)晶溫度測(cè)試條件:材料由熔融態(tài)以10°C /min降溫
從上述實(shí)施例可以看出，對(duì)于相同質(zhì)量的純聚酯材料，所述聚酯復(fù)合材料的力學(xué)性能、結(jié)晶速度、熱力學(xué)穩(wěn)定性得到大幅度提高。純的聚己二酸乙二醇酯薄膜的拉伸強(qiáng)度為50.80 MPa,在40°C的結(jié)晶速度(l/t1/2)為0.1245min^1,結(jié)晶峰溫度為13.2°C。當(dāng)復(fù)合材料組分聚己二酸乙二醇酯:聚偏氟乙烯纖維=80%:20%時(shí)，該聚酯復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為80.67 MPa,在40°C等溫結(jié)晶速度(l/t1/2)為0.βδΙΙmin-1，結(jié)晶峰溫度為18.7°C。當(dāng)復(fù)合材料組分聚己二酸乙二醇酯:聚偏氟乙烯纖維=70%: 30%時(shí)，該聚酯復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為97.65MPa,在40°C等溫結(jié)晶速度(l/t1/2)為0.4847min^1,結(jié)晶峰溫度為26.7°C?？梢悦黠@的看出相對(duì)于純聚己二酸乙二醇酯材料，所述聚偏氟乙烯纖維/聚己二酸乙二醇酯復(fù)合材料的力學(xué)性能、結(jié)晶速度、熱力學(xué)穩(wěn)定性都得到大幅度提高。這對(duì)于復(fù)合材料性能的提升有著重要的意義，經(jīng)濟(jì)價(jià)值潛力巨大。
【權(quán)利要求】
1.以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料，按質(zhì)量百分比，包括以下組分: 聚酯60~90%，聚偏氟乙烯纖維10~40%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料，其特征在于，所述聚酯為聚己二酸乙二醇酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料，其特征在于，所述的聚偏氟乙烯纖維的直徑為0.1mm,纖密度80D,長(zhǎng)度為2~5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料，其特征在于，所述聚己二酸乙二醇酯的分子量為10000~50000之間，聚偏氟乙烯纖維的分子量為107000 ~5300000。
5.以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將聚己二酸乙二醇酯在25~40°C真空下干燥3~8小時(shí)，聚偏氟乙烯纖維在60~100°C真空下干燥3~8小時(shí)； 2)將60~90%的聚酯與10~40%的聚偏氟乙烯纖維機(jī)械共混，將混合后的粉料放入平板硫化機(jī)模具中成型； 3)對(duì)預(yù)成型坯料進(jìn)行預(yù)塑，將溫度升到80~135°C，保持30~60min，使模壓料成型，利用聚甲基硅氧烷板施加IO5Pa壓力給熔體施加剪切應(yīng)力，然后采用隨爐降溫的方式降溫到45°C后將壓力撤掉，將模壓成型后的復(fù)合材料連同模具一起取出，冷卻至室溫，獲得復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將聚己二酸乙二醇酯在40°C真空下干燥3小時(shí)，聚偏氟乙烯纖維在100°C真空下干燥3小時(shí)； 2)將60%的聚酯與40%的聚偏氟乙烯纖維機(jī)械共混，將混合后的粉料放入平板硫化機(jī)模具中成型； 3)對(duì)預(yù)成型坯料進(jìn)行預(yù)塑，將溫度升到90°C，保持60min，使模壓料成型，利用聚甲基硅氧烷板施加IO5Pa壓力給熔體施加剪切應(yīng)力，然后采用隨爐降溫的方式降溫到45°C后將壓力撤掉，使聚己二酸乙二醇酯結(jié)晶成膜狀，將模壓成型后的復(fù)合材料連同模具一起取出。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將聚己二酸乙二醇酯在25°C真空下干燥8小時(shí)，聚偏氟乙烯纖維在60°C真空下干燥8小時(shí)； 2)將80%的聚酯與20%的聚偏氟乙烯纖維機(jī)械共混，將混合后的粉料放入平板硫化機(jī)模具中成型； 3)對(duì)預(yù)成型坯料進(jìn)行預(yù)塑，將溫度升到85°C，保持30min，使模壓料成型，利用聚甲基硅氧烷板施加IO5Pa壓力給熔體施加剪切應(yīng)力，然后采用隨爐降溫的方式降溫到45°C后將壓力撤掉，使聚己二酸乙二醇酯結(jié)晶成膜狀，將模壓成型后的復(fù)合材料連同模具一起取出。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:1)將聚己二酸乙二醇酯在32°C真空下干燥5小時(shí)，聚偏氟乙烯纖維在80°C真空下干燥5小時(shí)； 2)將70%的聚酯與30%的聚偏氟乙烯纖維機(jī)械共混，將混合后的粉料放入平板硫化機(jī)模具中成型； 3)對(duì)預(yù)成型坯料進(jìn)行預(yù)塑，將溫度升到115°C，保持45min，使模壓料成型，利用聚甲基硅氧烷板施加IO5Pa壓力給熔體施加剪切應(yīng)力，然后采用隨爐降溫的方式降溫到45°C后將壓力撤掉，使聚己二酸乙二醇酯結(jié)晶成膜狀，將模壓成型后的復(fù)合材料連同模具一起取出。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的以聚偏氟乙烯纖維為成核劑的聚酯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將聚己二酸乙二醇酯在40°C真空下干燥3小時(shí)，聚偏氟乙烯纖維在100°C真空下干燥3小時(shí)； 2)將80%的聚酯與20%的聚偏氟乙烯纖維機(jī)械共混，將混合后的粉料放入平板硫化機(jī)模具中成型； 3)對(duì)預(yù)成型坯料進(jìn)行預(yù)塑，將溫度升到135°C，保持60min，使模壓料成型，利用聚甲基硅氧烷板施加IO5Pa壓力給熔體施加剪切應(yīng)力，然后采用隨爐降溫的方式降溫到45°C后將壓力撤掉，使聚己二酸乙 二醇酯結(jié)晶成膜狀，將模壓成型后的復(fù)合材料連同模具一起取出。
【文檔編號(hào)】B29C43/58GK103881337SQ201410142312
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】王海軍, 馮會(huì)平, 李金祥, 王學(xué)川, 秦媛媛, 屈鋒 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)