專利名稱：一種含玻璃纖維和熱致液晶聚合物微纖的混雜復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用纖維增強的熱塑性材料，特別涉及到一種用熱致液晶聚合物微纖與玻璃纖維的混雜復(fù)合材料。
工程塑料增強常用的增強纖維有玻璃纖維和碳纖維，近年來發(fā)展以無機物晶須和合成纖維作為增強纖維，如鈦酸鉀晶須和聚對苯酰胺纖維等。工程塑料手冊1994年P(guān)154(楊世英等編，中國紡織出版社出版)公開了日本G.E.-Plastics公司生產(chǎn)的含15％玻璃纖維(GF)增強的聚碳酸酯(PC)，商品牌號為LGN 1500，抗張強度為87.3MPa，彎曲強度為116MPa，彎曲模量為4.51GPa，缺口懸臂梁沖擊強度為1.08J/cm；P152公開了日本Dicel化學工業(yè)公司生產(chǎn)的含30％玻璃纖維增強的聚碳酸酯，商品牌號為NOVALLOY-S3230，抗張強度為109MPa，彎曲強度為146MPa，缺口懸臂梁沖擊強度為0.686J/cm。由于體系中含有玻璃纖維因而熔融流動性較差，對設(shè)備造成磨損，而且磨蝕下來的金屬粉末會對制品造成污染。更不利的是，高含量的增強纖維使得纖維與纖維之間、纖維與設(shè)備之間的摩擦增加，使得增強纖維發(fā)生劇烈折斷，降低了增強纖維的增強效果。1991年P(guān)olym.Eng.Sci Vol.31 P459報道了用熱致液晶聚合物(TLCP)增強PC樹脂制備原位復(fù)合材料，當TLCP含量為10％時，復(fù)合材料的抗拉強度為74MPa，抗拉模量為3.3GPa?？梢妰H用TLCP來增強工程塑料是得不到高強度高模量的復(fù)合材料的。
1996年公開的中國專利申請(申請?zhí)?6 104860.3)提出了一種含碳纖維和液晶聚合物的復(fù)合材料。但該項技術(shù)未注意液晶聚合物的存在對材料中短纖維的取向程度和長徑比的改變，以及由此對材料彎曲強度和彎曲模量產(chǎn)生的影響。
本發(fā)明目的是克服玻璃纖維增強的PC體系熔融流動性差、對設(shè)備的磨損、玻璃纖維大量折斷，以及TLCP增強PC體系拉伸性能差的缺點，而提供一種含有熱致液晶聚合物微纖和玻璃纖維混雜增強的聚碳酸酯復(fù)合材料，該材料加工性能好而且力學性能高。
本發(fā)明的聚碳酸酯復(fù)合材料的原料為聚碳酸酯、宏觀纖維和熱致液晶聚合物，各原料的組成和含量如下
組分含量(重量份)聚碳酸酯40-90熱致液晶聚合物 1-40短纖維 1-60上述的短纖維為經(jīng)表面處理過的玻璃纖維(GF)、碳纖維(CF)、石棉纖維、鈦酸鉀晶須或Kevlar纖維。玻璃纖維、石棉纖維、鈦酸鉀晶須或Kevlar纖維表面可以用偶聯(lián)劑、接枝高聚物進行處理。碳纖維可以用表面電化學氧化法，或電沉積的方法在纖維表面沉積上乙酸乙烯酯-馬來酸酐交替高聚物或苯乙烯-馬來酸酐交替高聚物。上述的熱致液晶聚合物(TLCP)為主鏈型芳香共聚酯，熔融范圍為190℃-350℃，在偏光顯微鏡下呈織態(tài)結(jié)構(gòu)。例如對羥基苯甲酸和對苯二甲酸乙二酯的無規(guī)共聚酯，熔點范圍為250℃-350℃，結(jié)構(gòu)式如下
TLCP還可以是對羥基苯甲酸和5-羥基萘甲酸的無規(guī)全芳香共聚酯，在外力的作用下，熔點范圍為270℃-350℃，結(jié)構(gòu)式如下
本發(fā)明的聚碳酸酯復(fù)合材料的制法按以下步驟進行將熱致液晶聚合物(TLCP)1-40份，與基體聚碳酸酯40-90份，以及短纖維1-60份，通過單螺桿或雙螺桿擠出機在250℃-310℃內(nèi)共混擠出造粒，然后注塑成型。
本發(fā)明的含熱致液晶聚合物微纖和玻璃纖維的聚碳酸酯復(fù)合材料在熔融加工時，TLCP與聚碳酸酯均為熔體，由于TLCP具有很強的剪切變稀的流變性能，從而減少了物料對擠出機和注塑機的磨損，同時降低了短纖維在加工時的折斷率，提高了短纖維在復(fù)合材料中的平均長徑比，提高了短纖維在加工方向上的取向度fp＝2＜cos2θ＞-1(見表I)，提高了聚碳酸酯復(fù)合材料的力學性能(見表II)。
表I為不同重量比的熱致液晶聚合物、玻璃纖維和聚碳酸酯復(fù)合材料在注塑制品中玻璃纖維的平均長徑比和玻璃纖維在加工方向上的取向。
表II為不同重量比的熱致液晶聚合物、玻璃纖維和聚碳酸酯復(fù)合材料的力學性能。表I樣品 玻璃纖維的數(shù)均長徑比 玻璃纖維在加工方向上的取向度GF/PC 15/85 18.3 0.26TLCP/GF/PC 10/15/75 23.1 0.49GF/PC 30/70 15.8 0.34TLCP/GF/PC 10/30/60 19.4 0.50從表I可以看出，相對于玻璃纖維/聚碳酸酯體系，TLCP的加入，提高了注塑樣條中玻璃纖維的數(shù)均長徑比和在加工方向上的取向度。表II樣品抗拉強度 彎曲強度 彎曲模量 Izod缺口沖擊強度(MPa) (MPa) (GPa) (J/M)GF/PC 15/85 78.0 124.4 3.38 41.8TLCP/GF/PC 10/15/75 83.4 130.6 3.78 46.6GF/PC 30/70 106.5 147.0 5.16 60.0TLCP/GF/PC 10/30/60 111.8 159.5 5.44 56.1從表II可以看出，相對于玻璃纖維/聚碳酸酯體系，TLCP的加入，提高了體系的力學性能。
實施例1用10份PHB/PET(75/25)熱致液晶聚合物(TLCP)，15份經(jīng)KH-550偶聯(lián)劑表面處理的玻璃纖維(GF)與75份聚碳酸酯(PC)(數(shù)均分子量Mn＝26,000±1,000)在HAAKE雙螺桿擠出機上熔融共混，從加料口到出口各段的溫度設(shè)定為240-270-300-290℃。擠出條冷卻后造粒，所得粒料在注射成型機上注射成標準拉伸、彎曲、沖擊樣條，料筒溫度為280℃，注射壓力為14MPa。上述樣條的抗拉強度為83.4MPa，彎曲強度為130.6MPa，彎曲模量為3.78GPa，Izod缺口沖擊強度為46.6J/M，所得注射樣條中玻璃纖維的數(shù)均長徑比為23.1，在流動方向上的取向度為0.49。實施例2用10份PHB/PET(75/25)熱致液晶聚合物(TLCP)，30份經(jīng)KH-550偶聯(lián)劑表面處理的玻璃纖維(GF)與60份聚碳酸酯(PC)(數(shù)均分子量Mn＝26,000±1,000)，其它條件同實施例1。制得的樣條的抗拉強度為111.8MPa，彎曲強度為159.5MPa，彎曲模量為5.44GPa，Izod缺口沖擊強度為56.1J/M所得注射樣條中玻璃纖維的平均長徑比為19.4，在流動方向上的取向度為0.50。對比例1用15份玻璃纖維增強85份聚碳酸酯，其它條件同實施例1。制得的樣條的抗拉強度為78.0MPa，彎曲強度為124.4MPa，彎曲模量為3.4GPa，Izod缺口沖擊強度為41.8J/M。所得注射樣條中玻璃纖維的平均長徑比為18.3，在流動方向上的取向度為0.26。對比例2用30份玻璃纖維增強70份聚碳酸酯，其它條件同實施例1。制得的樣條的抗拉強度為106.5MPa，彎曲強度為147.0MPa.，彎曲模量為5.2GPa，Izod缺口沖擊強度為60.0J/M，所得注射樣條中玻璃纖維的平均長徑比為15.8，在流動方向上的取向度為0.34。對比例3用10份TLCP增強90份聚碳酸酯，其它條件同實施例1。制得的樣條的抗拉強度為76.8MPa，彎曲強度為99.6MPa，彎曲模量為2.2GPa，Izod缺口沖擊強度為44.3J/M。
權(quán)利要求
1.一種聚碳酸酯復(fù)合材料包括聚碳酸酯、表面處理過的短纖維，其特征在于所述的復(fù)合材料還包括熱致液晶聚合物，其組分和含量如下(重量比)組 分 含量聚碳酸酯40-90熱致液晶聚合物 1-40短纖維 1-60
2.根據(jù)權(quán)利1要求所述的一種聚碳酸酯復(fù)合材料，其特征在于所述的熱致液晶聚合物為芳香共聚酯。
3.根據(jù)權(quán)利1要求所述的一種聚碳酸酯復(fù)合材料，其特征在于所述的表面處理過的短纖維是表面用偶聯(lián)劑或接枝共聚物進行處理過的玻璃纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚碳酸酯復(fù)合材料，其特征在于所述的表面處理過的短纖維是表面用電化學氧化法，或用電沉積方法處理過的碳纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚碳酸酯復(fù)合材料，其特征在于所述的表面處理過的短纖維是表面用偶聯(lián)劑或接枝共聚物進行處理過的Kevlar纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要1求所述的一種聚碳酸酯復(fù)合材料，其特征在于所述的表面處理過的短纖維是表面用偶聯(lián)劑或接枝共聚物進行處理過的鈦酸酯晶須。
7.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4、5、6中任意一種聚碳酸酯復(fù)合材料其特征在于所述的芳香共聚酯為對羥基苯甲酸和對苯二甲酸乙二酯的無規(guī)共聚酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4、5、6中任意一種聚碳酸酯復(fù)合材料其特征在于所述的芳香共聚酯為主鏈型對羥基苯甲酸和5-羥基萘甲酸的無規(guī)共聚酯。
全文摘要
本發(fā)明一種含玻璃纖維和熱致液晶聚合物微纖的混雜復(fù)合材料是含有熱致液晶聚合物(TLCP)微纖和玻璃纖維混雜增強聚碳酸酯復(fù)合材料,其中熱致液晶聚合物為主鏈型對羥基苯甲酸和對苯二甲酸乙二酯的無規(guī)共聚酯,或者為主鏈型對羥基苯甲酸和5－羥基萘甲酸的無規(guī)全芳香共聚酯。TLCP的加入,提高了本發(fā)明的混雜復(fù)合材料的力學性能。
文檔編號C08J5/08GK1189517SQ9710052
公開日1998年8月5日 申請日期1997年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月28日
發(fā)明者何嘉松, 王育立 申請人:中國科學院化學研究所