聚芳醚腈复合材料、聚芳醚腈棒材及其制备方法

摘要

本发明属于塑料制品及其型材领域，具体涉及聚芳醚腈复合材料、聚芳醚腈棒材及其制备方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于挤出成型的聚芳醚腈复合材料。所述聚芳醚腈复合材料由下述重量份的组份组成：聚芳醚腈63～100份、增塑剂3～5份、润滑剂2～4份、填料0.05～30份。本发明的聚芳醚腈复合材料能够进一步通过挤出成型的方式制备聚芳醚腈棒材或板材，用于制备航空航天、汽车、机械及化工等领域的各种零部件。

权利要求

1.聚芳醚腈棒材的制备方法，其特征在于，其步骤如下：(1)按照下列重量配比称取原料：聚芳醚腈∶增塑剂∶润滑剂∶填料＝63～

100∶3～5∶2～4∶0.05～30，原料混合均匀后熔融共混挤出造粒，制成聚芳醚腈粒料；所述的润滑剂为石墨、聚四氟乙烯、二硫化钼中的至少一种；所述的填料为玻璃纤维、碳纤维或碳化硅晶须中的至少一种；所述的增塑剂为邻苯二甲腈预聚物，结构如式I所示：式I

其中，n＝1～10；

(2)将聚芳醚腈粒料于330～350℃温度下熔融形成聚芳醚腈熔体后挤出于定径套，冷却定型形成聚芳醚腈棒材；

(3)聚芳醚腈棒材进行退火处理，退火温度为180℃。

2.根据权利要求1所述的聚芳醚腈棒材的制备方法，其特征在于：步骤(1)造粒用的是双螺杆挤出机。

3.根据权利要求1所述的聚芳醚腈棒材的制备方法，其特征在于：步骤(2)将聚芳醚腈粒料于330～350℃温度下熔融形成的聚芳醚腈熔体是通过挤出机挤出送入定径套。

4.根据权利要求3所述的聚芳醚腈棒材的制备方法，其特征在于：挤出机为单螺杆挤出机。

5.聚芳醚腈棒材的制备方法，其特征在于，其步骤如下：(a)按照下列重量配比称取原料：聚芳醚腈∶增塑剂∶润滑剂∶填料＝63～

100∶3～5∶2～4∶0.05～30，聚芳醚腈、润滑剂和填料先混合，增塑剂于挤出机剪切段加入，然后熔融共混挤出造粒制成聚芳醚腈粒料；所述的润滑剂为石墨、聚四氟乙烯、二硫化钼中的至少一种；所述的填料为玻璃纤维、碳纤维或碳化硅晶须中的至少一种；所述的增塑剂为邻苯二甲腈预聚物，结构如式I所示：式I

其中，n＝1～10；

(b)将聚芳醚腈粒料于330～350℃温度下熔融形成聚芳醚腈熔体后挤出于定径套，冷却定型形成聚芳醚腈棒材；

(c)聚芳醚腈棒材进行退火处理，退火温度为180℃。

6.根据权利要求5所述的聚芳醚腈棒材的制备方法，其特征在于：步骤(a)所述填料为玻璃纤维、碳纤维。

说明书

聚芳醚腈复合材料、聚芳醚腈棒材及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于塑料制品及其型材领域，具体涉及一种聚芳醚腈复合材料、聚芳醚腈棒材及其制备方法。

背景技术

[0002] 聚芳醚腈(Polyarylene ether nitriles，PEN)是一类侧链上具有腈基的半结晶聚合物，它是从二十世纪八十年代以来首先为国防军工和尖端技术的需求而发展起来的一类综合性能优异的结构型高分子材料，具有很高的耐热性、阻燃性、机械强度、防紫外线和抗蠕变性好等优良特性。自商品化以来，已经在航空航天、汽车、电子电气、化工、机械等领域获得了较广泛的应用。应用于上述领域的聚芳醚腈制品一般是通过注射成型的方法制造，但有些制品由于尺寸规格较多，导致注射成型的模具多和生产成本高。此外越来越多的用户需要利用聚芳醚腈棒材、板材等半成品通过机械加工的方法来制造所需的零部件。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种适用于挤出成型的聚芳醚腈复合材料。

[0004] 所述聚芳醚腈复合材料由下述重量份的组份组成：

[0005] 聚芳醚腈 63～100份

[0006] 增塑剂 3～5份

[0007] 润滑剂 2～4份

[0008] 填料 0.05～30份

[0009] 所述的增塑剂为邻苯二甲腈预聚物，结构如式I所示：

[0010]

[0011] 式I

[0012] 其中，n＝1～10。

[0013] 所述的润滑剂为石墨、聚四氟乙烯、二硫化钼中的至少一种。

[0014] 所述的填料为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅晶须或石墨中的至少一种。

[0015] 本发明的聚芳醚腈复合材料能够进一步通过挤出成型的方式制备聚芳醚腈棒材或板材。挤出设备优选为单螺杆挤出机。

[0016] 本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种聚芳醚腈棒材的制备方法，其步骤如下：

[0017] (1)按照下列重量配比称取原料：聚芳醚腈∶增塑剂∶润滑剂∶填料＝63～100∶3～5∶2～4∶0.05～30，原料混合均匀后制成聚芳醚腈复合材料，聚芳醚腈复合材料熔融共混挤出造粒，制成聚芳醚腈粒料；

[0018] (2)将聚芳醚腈粒料于330～350℃温度下熔融形成聚芳醚腈熔体后挤出于定径套，冷却定型形成聚芳醚腈棒材；

[0019] (3)聚芳醚腈棒材进行退火处理，退火温度为180～200℃，最后得到尺寸稳定而不发生弯曲的聚芳醚腈棒材。

[0020] 其中，步骤(1)所述的增塑剂为邻苯二甲腈预聚物，结构如式I所示：

[0021]

[0022] 式I

[0023] 其中，n＝1～10。

[0024] 所述的润滑剂为石墨、聚四氟乙烯、二硫化钼中的至少一种。

[0025] 所述的填料为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅晶须或石墨中的至少一种。

[0026] 造粒用的是双螺杆挤出机。

[0027] 步骤(2)聚芳醚腈熔体是通过挤出机挤出送入定径套，熔体挤出是用的单螺杆挤出机。

[0028] 步骤(2)定径套内有循环水冷却定型，所述冷却温度为50～80℃。

[0029] 或者，聚芳醚腈棒材的制备方法步骤如下：

[0030] (4)按照下列重量配比称取原料：聚芳醚腈∶增塑剂∶润滑剂∶填料＝63～100∶3～5∶2～4∶0.05～30，聚芳醚腈、润滑剂和填料先混合，增塑剂于挤出机剪切段加入，然后熔融共混挤出造粒制成聚芳醚腈粒料；所述的增塑剂为邻苯二甲腈预聚物，所述的润滑剂为石墨、聚四氟乙烯、二硫化钼中的至少一种；所述的填料为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅晶须或石墨中的至少一种；

[0031] (5)将聚芳醚腈粒料于330～350℃温度下熔融形成聚芳醚腈熔体后挤出于定径套，冷却定型形成聚芳醚腈棒材；

[0032] (6)聚芳醚腈棒材进行退火处理，退火温度为180～200℃。

[0033] 步骤(4)所述增塑剂为玻璃纤维、碳纤维。

[0034] 聚芳醚腈粒料放入挤出机喂料斗内，于330～350℃温度下，在挤出机料筒内熔融形成聚芳醚腈熔体，熔体经挤出机的机头和口模挤出，在具有恒定逆向压力的回压棒作用下进入棒材口模，进而进入与口模连接的定径套内。回压棒为高直线度的回压棒，其直径与制得的聚芳醚腈棒材直径相同。回压棒预先装入定径套和牵引装置中，初始位置时回压棒的前端面与挤出机口模末端相切；牵引装置通过回压棒对挤出的聚芳醚腈熔体施加恒定的逆向压力，能够使熔体高密度的充满口模，并且在定径套中挤压密实。

[0035] 牵引装置的结构为上部有六组左右对应的压紧橡胶轮，回压棒压于其间，通过调整固定于左压紧轮上的丝杠对回压棒施压；下部为安装有传动装置，挤出机内聚芳醚腈熔体不断挤出而施加给回压棒轴向推力时，带动压紧橡胶轮转动，进而带动下部传动装置动作，保持对由口模挤出的聚芳醚腈棒施加恒定的压力，从而保证棒材的密度均匀。

[0036] 定径套长度为120mm，材质为耐高温、耐磨的钢管，根据棒材尺寸的需要内径可调，内孔光洁度为D7，并涂覆聚四氟乙烯。

[0037] 当已冷却定型的聚芳醚腈棒材通过定径套进入牵引装置后，回压棒慢慢脱离牵引装置。聚芳醚腈棒材由牵引装置的压紧橡胶轮压紧，为继续由挤出机挤出的进入定径套的聚芳醚腈熔体提供同样的逆向压力，从而继续保证聚芳醚腈棒材的形状和密度均匀。

[0038] 步骤(3)聚芳醚腈棒材由于连续生产会很长，造成运输困难，可以根据需要裁切成一定长度，通常为1～3米。聚芳醚腈棒材经裁切后再进行退火处理，退火处理工具为箱式退火炉。

[0039] 采用本发明方法可以得到较大直径范围(直径为20～80mm)、表面光洁和截面均匀的圆形聚芳醚腈棒材，所制备的聚芳醚腈棒材具有较高的机械强度、耐热性和尺寸稳定性的特点，可广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、化工、机械等领域，用于加工这些领域所需的各种零部件和制品。

具体实施方式

[0040] 本发明所述邻苯二甲腈预聚物差式DSC热分析仪测得熔程为227～233℃，初始分解温度为420℃以上，粘度低于1000Pa.S。

[0041] 所述聚芳醚腈由四川飞亚新材料有限公司提供，制备方法参照中国专利200810305720.3。

[0042] 实施例1

[0043] 取聚芳醚腈5640克，邻苯二甲腈预聚物180克，石墨120克以及碳化硅晶须60克共混均匀后加入到单螺杆挤出机中，控制单螺杆挤出机的挤出温度为330～350℃，使它们在螺杆中塑化得到熔融物料。通过挤出机的机头将熔融物料经过滤板将熔体挤入口模，然后直接进入冷却定径套。定径套长度为120mm、口径为D42mm。在牵引装置回压棒和挤出机的共同作用下，聚芳醚腈熔体以恒定速度向前移动，经定径套冷却定型，从而得到直径为D41mm？mm的聚芳醚腈棒材。

[0044] 聚芳醚腈棒材经裁剪后放入箱式退火炉中进行退火处理，退火温度为180℃，退火时间4h，退火完成后自然冷却至室温，最后得到尺寸稳定而不发生弯曲的聚芳醚腈棒材。

[0045] 对本实施例制备的棒材圆度进行研究，为此在制备得到的棒材横截面上5个不同点处测量棒材的直径，得到结果如下：

[0046] 表1聚芳醚腈棒材直径数据

[0047]

[0048] 表2实施例1制备的聚芳醚腈棒材性能数据

[0049]

[0050] 由表1、2可以看出所制备的聚芳醚腈棒材截面均匀，并具有较高的机械强度、耐热性。

[0051] 实施例2

[0052] 如实施例1，只是将配方更换为聚芳醚腈3780克，邻苯二甲腈预聚物300克，石墨120克以及玻纤1800克共混均匀后加入到单螺杆挤出机中，同样的方法和工艺，得到聚芳醚腈棒材。

[0053] 对本实施例制备的棒材圆度进行研究，为此在制备得到的棒材横截面上5个不同点处测量棒材的直径，得到结果如下：

[0054] 表3实施例1制备的聚芳醚腈棒材直径数据

[0055]

[0056] 表4实施例1制备的聚芳醚腈棒材性能数据

[0057]

[0058] 由表3、4可以看出所制备的聚芳醚腈棒材截面均匀，并具有较高的机械强度、耐热性。

[0059] 实施例3

[0060] 如实施例1，只是将配方更换为聚芳醚腈4380克，邻苯二甲腈预聚物300克，聚四氟乙烯120克以及碳纤1200克共混均匀后加入到单螺杆挤出机中，同样的方法和工艺，得到聚芳醚腈棒材。

[0061] 对本实施例制备的棒材圆度进行研究，为此在制备得到的棒材横截面上5个不同点处测量棒材的直径，得到结果如下：

[0062] 表5聚芳醚腈棒材直径数据

[0063]

[0064] 表6聚芳醚腈棒材性能数据

[0065]

[0066] 由表5、6可以看出所制备的聚芳醚腈棒材截面均匀，并具有较高的机械强度、耐热性。

[0067] 实施例4

[0068] 如实施例1，只是将配方更换为聚芳醚腈4440克，邻苯二甲腈预聚物240克，二硫化钼120克以及玻纤1200克共混均匀后加入到单螺杆挤出机中，同样的方法和工艺，得到聚芳醚腈棒材。

[0069] 对本实施例制备的棒材圆度进行研究，为此在制备得到的棒材横截面上5个不同点处测量棒材的直径，得到结果如下：

[0070] 表7聚芳醚腈棒材直径数据

[0071]

[0072] 表8聚芳醚腈棒材性能数据