一种耐低温冲击、高耐磨的PPS/mPE合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及了一种耐低温冲击、高耐磨的PPS/mPE合金材料及其制备方法，具体由以下重量份的原料组成：PPS树脂50‑80份、mPE树脂5‑25份、纳米功能母粒5‑15份、外润滑剂1‑3份、抗氧剂1‑3份，所述纳米功能母粒是指通过单层重堆积法得到的单层二硫化钼插层复合丙烯酸酯弹性体的纳米功能母粒。本发明专利技术通过制备单层二硫化钼与丙烯酸酯弹性体的插层复合功能母粒，搭配常用的PTFE外润滑剂，成功解决了mPE树脂在PPS基体中的相间相容性，这对改善合金材料的缺口冲击韧性，尤其是在低温环境中的缺口敏感性尤为重要，其低温缺口冲击强度从6‑8kJ/m

PPS / MPE alloy with low temperature impact resistance and high wear resistance and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种耐低温冲击、高耐磨的PPS/mPE合金材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种耐低温冲击、高耐磨PPS/mPE合金材料及其制备方法。
技术介绍
聚苯硫醚(简称PPS)是当前新兴的一类高性能工程塑料，其综合性能及材料成本介于常规的工程塑料如聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)以及特种工程塑料如聚酰亚胺(PI)、聚醚醚酮(PEEK)之间，是一类高性价比、特性突出的新型工程塑料。PPS的大分子链结构由芳基和硫构成，分子链结构规则、易结晶，而主链上的芳香基团也赋予了PPS优良的刚性、耐热性、高表面硬度及耐化学性，但也导致了PPS材料的力学特性呈现出“刚且脆”的整体表现，而PPS的当前典型应用也常常围绕这上述的性能特征来展开，尤其是较高的表面硬度带来的高耐磨性表现，是其能应用于机械工业领域零部件如泵、轴承及支架、齿轮、法兰盘以及汽车工业中动力系统零部件如离合器、变速箱、齿轮箱、排气循环系统、轴承支架、水泵叶轮等的关键性能指标。虽然PPS材料自身具有较高的表面硬度，但仍需要外加特定的改性助剂来进一步提高其表面的耐磨特性，而最常用的方法就是添加高刚性的无机填料如玻璃纤维、碳纤维、滑石粉、高岭土等。CN104212170A就是通过添加高性能的纳米碳管(CNTs)复配碳纤维(CF)来实现PPS复合材料力学性能及表面耐磨特性的改善；CN106084778A中则是使用了外润滑剂如石墨烯、二硫化钼来搭配碳纤维改善PPS复合材料的耐磨性，这在一定程度上弥补了纳米碳管(CNTs)的价格昂贵、易团聚、难分散的劣势；除此之外，其他一些的无机纤维填料如晶须、玄武岩纤维也有见报道，如CN107892812A中就是外加碳酸钾晶须复配玻璃纤维来改善材料的表面刚性，CN109370222中的耐磨助剂就是偶联剂表面处理后的玄武岩纤维。纵观上述的PPS耐磨特性改善案例，其大多侧重于PPS材料刚性的进一步加强、提升，这实际上大大加剧了PPS材料的固有脆性，尤其是在低温环境中的抗冲击韧性、耐应力疲劳特性等，而这正是当前其应用于水泵、叶轮、齿轮、轴承及支架、风扇叶片等受力状况复杂、应用环境多变的领域所不可或缺的关键特性，也是当前PPS复合材料研究中较为空白的改性研究领域之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于填补现有技术方案的空白之处，提供耐低温冲击、高耐磨PPS/mPE合金材料，针对现有的改性技术手段偏重于材料刚性、忽视材料韧性及耐疲劳特性的现状，凭借超声磁力法制备了丙烯酸酯弹性体插层复合的单层二硫化钼母粒(MoS2-IC)，这种纳米级片层复合的有机-无机杂化体一方面可作为PPS/mPE的相间相容性，使得mPE优异的低温抗冲特性得以完美发挥，另一方面，母粒中的单层二硫化钼(MoS2-1F)具有远优于常规耐磨剂如玻纤、碳纤的改性效果，可协同改善PPS/mPE合金材料的表面耐磨特性及低温抗冲击特性。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种耐低温冲击、高耐磨的PPS/MPE合金材料，包括以下重量份的原料：所述纳米功能母粒是指通过单层重堆积法得到的单层二硫化钼插层复合丙烯酸酯弹性体的纳米功能母粒。上述PPS/MPE合金材料中：所述的PPS树脂为高结晶性芳基硫聚合物-聚苯硫醚，在343℃、5Kg的测试条件下，其熔融指数为5～35g/10min。所述的mPE树脂为茂金属聚乙烯，在190℃、2.16Kg的测试条件下，其熔融指数为5～25g/10min，缺口冲击强度≥50kJ/m2。所述的外润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚合物蜡、季戊四醇硬脂酸酯PETS、聚四氟乙烯等有机类外润滑剂的一种或几种。所述的抗氧剂为能捕捉聚合物受热降解产生自由基的特定结构有机助剂如亚磷酸酯、受阻酚、硫代酯类化合物等的一种或几种。所述纳米功能母粒的制备方法为：称取5～15份的纳米二氧化钼微粒MoS2，在氮气保护下，将MoS2微粒浸入到200ml、浓度为1mol.L-1的正丁基锂的正环己烷溶液中，磁力搅拌反应24h后将反应产物沉淀、洗涤、干燥，然后在超声分散作用下，将其投入到固含量44-46％的水性丙烯酸酯乳液中，超声功率为38w，超声时间为15min，频率为45Hz，得到单层二硫化钼插层复合丙烯酸酯弹性体的稳定悬浮液，停止超声后形成絮凝，将其过滤、洗涤、干燥，得到所述的纳米功能母粒。所述的纳米二硫化钼为多片层状无机粉体，外观为灰黑色，平均粒径为50-300nm，比表面积为10-120m2/g，有效含量≥99.9％。本专利技术的第二目的在于提供一种耐低温冲击、高耐磨的PPS/mPE合金材料及其制备方法，所述的方法包括以下步骤：(1)按所述的重量份称取PPS树脂、mPE树脂、外润滑剂、抗氧剂，混合均匀，得到混合原料：(2)将干燥后的混合原料放置于一台紧密啮合同向旋转的双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内；按比例称取一定量的纳米功能母粒，经侧向喂料螺杆加入到挤出机的机筒内。所用螺杆挤出机的直径为36mm，长径比L/D为44，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：190℃、280℃、290℃、305℃、305℃、295℃、290℃，主机转速为150转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到所述的耐低温冲击、高耐磨的PPS/mPE合金材料。本专利技术具有如下有益效果：1、通过磁力搅拌联合超声分散的化学反应法，以纳米状的多层二硫化钼粉体为基材，制备了单层的二硫化钼(MoS2-1F)，之后再外加丙烯酸酯的固态乳液，获得了纳米级、片层复合的丙烯酸酯弹性体插层二硫化钼母粒，与常规方法中所用的耐磨剂如无机纤维(碳纤、玻纤)、无机粉体如(碳酸钙、滑石粉、硅灰石)等相比，该母粒一方面具有纳米、高分散、高比表面积的二硫化钼片层结构，可改善材料的表面硬度及耐磨特性，而插层的丙烯酸酯弹性体为其在PPS/mPE合金中的相容性改善提供了有利的基础。2、通过本专利技术技术方案得到PPS/mPE合金材料，具有极其优异的抗冲击、耐应力疲劳及高表面耐磨性的综合特性表现，而关键的改性助剂MoS2-IC仅需要较少的添加量(≤8％)。材料的常温、低温冲击强度对比测试表明，本方案中所得的高性能PPS/mPE合金材料在(-30℃)的低温环境中缺口冲击强度从此前的6-8kJ/m2大幅度提升至20-25kJ/m2，对比材料的常温缺口冲击强度，其性能保持率在75％以上，多轴冲击测试中能量吸收在35J以上，缺口断裂方式符合韧性断裂要求；而PPS/mPE的低温环境(-30℃)中的弯曲疲劳测试表明，改性后合金材料的高负载疲劳极限周次可达107以上。而对于同样关键的表面耐磨耗性能，改性助剂MoS2-IC的加入可将PPS/mPE合金材料的耐摩擦等级(10000次、表面粗帆布、静载荷15N)从2级(可见的表面磨损)提升至4级(隐约可见的表面磨损)，与常规的PPS-GF复合材料基本相近。PPS/mPE合金材料的摩擦系数(对铁)从0.30左右大幅度降至最低0.05左右的水平，磨损本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐低温冲击、高耐磨的PPS/MPE合金材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：/n

【技术特征摘要】
1.一种耐低温冲击、高耐磨的PPS/MPE合金材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：



所述纳米功能母粒是指通过单层重堆积法得到的单层二硫化钼插层复合丙烯酸酯弹性体的纳米功能母粒。


2.根据权利要求1所述的一种耐低温冲击、高耐磨的PPS/MPE合金材料，其特征在于：所述的PPS树脂为高结晶性芳基硫聚合物-聚苯硫醚，在343℃、5Kg的测试条件下，其熔融指数为5～35g/10min。


3.根据权利要求1所述的一种耐低温冲击、高耐磨的PPS/MPE合金材料，其特征在于：所述的mPE树脂为茂金属聚乙烯，在190℃、2.16Kg的测试条件下，其熔融指数为5～25g/10min，缺口冲击强度≥50kJ/m2。


4.根据权利要求1所述的一种耐低温冲击、高耐磨的PPS/MPE合金材料，其特征在于：所述的外润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚合物蜡、季戊四醇硬脂酸酯PETS、聚四氟乙烯等有机类外润滑剂中的一种或几种。


5.根据权利要求1所述的一种耐低温冲击、高耐磨的PPS/MPE合金材料，其特征在于：所述的抗氧剂为能捕捉聚合物受热降解产生自由基的特定结构有机助剂如亚磷酸酯、受阻酚、硫代酯类化合物中的一种或几种。


6.根据权利要求1所述的一种耐低温冲击、高耐磨的PPS/MPE合金材料，其特征在于：所述纳米功能母粒的制备方法为：称取5～15份的纳米二氧化钼微粒MoS2，在氮气保护下，将M...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯华，
申请(专利权)人：上海华合复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31