CN107936498A - 一种汽车活塞安全键用pbt及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车活塞安全键用PBT，其特征在于，按重量份数计原料组份包括：60‑70份的PBT树脂、3‑10份的低密度聚乙烯、25‑37份的短切玻纤、3‑8份的增韧相容剂、0.5‑0.8份的PETS润滑剂和0.1‑1.0份的抗氧剂；其中，PBT树脂由A组分PBT树脂和B组分PBT树脂复配而成，A组分PBT树脂的特性粘度为1±0.015dl/g，B组分的特性粘度为0.8±0.015dl/g，PBT树脂中A组分PBT树脂的重量百分比为47～60％。本发明汽车活塞安全键用PBT合金低温韧性、耐磨性能和电性能指标均符合汽车活塞安全键性能要求，生产成本较低，可部分替代PBT501使用。

Description

一种汽车活塞安全键用PBT及其制备方法
技术领域
本发明高分子材料PBT生产技术领域，具体涉及一种汽车活塞安全键用PBT及其制备方法。
背景技术
现代先进的发动机，其活塞设计相当复杂，已发展成为集轻质高强度新材料，具备多项新技术与一体的高技术含量产品，活塞是汽车成本和技术最为集中的部分，活塞作为汽车发动机的重要零件，对发动机的整体性能有着重要的影响。活塞的加工精度要求很高，特别是对材料的耐候性、耐磨性要求也更高。以前一般主要以优质灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁等材料为主，而此种缺陷是工艺复杂，需要经过多次加工，成本很高。近年来，以美国杜邦的PBT501材料一直用于汽车活塞安全键，并处于行业垄断地位。PBT作为活塞安全键使用，除了需要满足耐磨性和加工精度外，还需要着重解决低温环境下材料变脆不能应用的难题。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种组分间相容性良好的汽车活塞安全键用PBT。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种汽车活塞安全键用PBT，其特征在于，按重量份数计原料组份包括：60-70份的PBT树脂、3-10份的低密度聚乙烯、25-37份的短切玻纤、3-8份的增韧相容剂、0.5-0.8份的PETS润滑剂和0.1-1.0份的抗氧剂；
其中，PBT树脂由A组分PBT树脂和B组分PBT树脂复配而成，A组分PBT树脂的特性粘度为1±0.015dl/g，B组分的特性粘度为0.8±0.015dl/gdl/g，PBT树脂中A组分PBT树脂的重量百分比为47～60％。进一步的，A组分PBT树脂的特性粘度为1.0dl/g，B组分PBT树脂的特性粘度0.8dl/g，复配的重量比是1:1。
纯的低粘度PBT结晶收缩率大，尺寸稳定性较差，采用中粘度PBT和低粘度PBT复配，所得共混PBT材料具有较高的模量强度，尺寸稳定性得到改善。低密度聚乙烯与增韧相容剂的共同作用，可改善共混体系的加工性能和低温韧性。
优选的技术方案为，低密度聚乙烯为平均分子量20000-35000道尔顿的支链型低密度聚乙烯。低密度聚乙烯在低温下具有良好的柔韧性，与进一步优选的窄分子量分布的低密度聚乙烯相比，分子量较高或者较低的低密度聚乙烯会使拉伸强度和挠曲弹性等力学性能有所下降。
为了使低密度聚乙烯和PBT更好的相容，优选的技术方案为，所述增韧相容剂为选自聚烯烃-丙烯酸酯类-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物(POE)、丙烯酸接枝乙烯-辛烯嵌段共聚物(OBC-G-AA)中的一种或者至少两种以上的组合。上述三种共聚物不仅作为增韧相容剂，还作为聚酯聚烯烃混合的相容剂，促使复合PBT与低密度聚乙烯相容结合，改善在低温状态下冲击强度低以及韧性差的问题。优选的聚烯烃-丙烯酸酯类-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物型号为EMA8900。
优选的技术方案为，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂复配而成，抗氧剂中受阻酚类抗氧剂的重量百分比为25-35％。两种抗氧剂组合使用，可提高材料的热稳定性和抗辐射性。
优选的技术方案为，短切玻纤的直径为7-10μm，短切玻纤的长度为3-6mm。微观结构中上述型号的短切玻纤在PBT材料中纤维磨损和强度损失小，易于加工。
优选的技术方案为，低密度聚乙烯为1F7B低密度聚乙烯或1C7A低密度聚乙烯。
优选的技术方案为，增韧相容剂由聚烯烃-丙烯酸酯类-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和丙烯酸接枝乙烯-辛烯嵌段共聚物组合而成，其中聚烯烃-丙烯酸酯类-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物的重量百分比为90～95％。丙烯酸接枝乙烯-辛烯嵌段共聚物OBC-G-AA与PBT直接共混的相容性较差，与低密度聚乙烯的相容性较好，与增韧相容剂聚烯烃-丙烯酸酯类-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物EMA同时加入PBT中，具有协同增韧的效果，组分相容性好，OBC-G-AA中辛烯的长侧链有助于降低材料的脆韧转变点，共混材料具有较高的冲击强度，OBC-G-AA含量过大而聚烯烃-丙烯酸酯类-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物含量减小，则会导致材料加工过程中相容性变差，影响共混合金的冲击强度。
丙烯酸接枝乙烯-辛烯嵌段共聚物的方法如CN102746468B中所述。
优选的技术方案为，丙烯酸接枝乙烯-辛烯嵌段共聚物由乙烯-辛烯嵌段共聚物、丙烯酸、过氧化二苯甲酰、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯熔融接枝得到，其中乙烯-辛烯嵌段共聚物的硬度为60-70，丙烯酸接枝乙烯-辛烯嵌段共聚物的抗拉强度为不小于5Mpa。进一步优选的丙烯酸接枝乙烯-辛烯嵌段共聚物可增强PBT的抗磨损性能，具体的可选型号为OBC陶氏INFUSE9500、9107、9000三种。
本发明的另一目的还在于提供一种汽车活塞安全键用PBT的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照上述的汽车活塞安全键用PBT组成配置原料；
S2：将采用两步加料法将原料置于双螺杆挤出机中挤出，经冷却、干燥、切粒得到汽车活塞安全键用PBT颗粒；
S2中短切玻纤通过双螺杆挤出机的侧向加料口进料，短切玻纤加入时双螺杆挤出机中熔融聚合物的温度为250～260℃。区别于CN105255149A中所述的270～320℃的共混高温，上述配方中玻纤的含量较小，共混温度过高会导致熔体粘度过低，摩擦力不够，螺杆与玻纤的接触几率增加，玻纤磨损加重。
为了进一步降低玻纤磨损几率，优选的技术方案为，螺杆转速为300～400r/min，螺杆长径比为44：1。
本发明的优点和有益效果在于：
本发明汽车活塞安全键用PBT原料中同时采用低密度聚乙烯和增韧相容剂改性PBT，同时加入短切玻纤增强，所得PBT合金低温韧性、耐磨性能和电性能指标均符合汽车活塞安全键性能要求，生产成本较低，可部分替代PBT501使用。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1-3(简称S1-3，下同)
实施例1的汽车活塞安全键用PBT原料组成按重量份数计见下表：
实施例1 实施例2 实施例3
PBT树脂(份) 60 70 65
低密度聚乙烯(份) 10 3 5
短切玻纤(份) 25 37 31
增韧相容剂(份) 3 8 5
PETS润滑剂(份) 0.8 0.5 0.65
抗氧剂(份) 0.1 1 0.6
实施例1-3中PBT树脂由A组分PBT树脂和B组分PBT树脂复配而成，A组分PBT树脂的特性粘度为0.99dl/g，B组分PBT树脂的特性粘度为0.79dl/g，PBT树脂中A组分PBT树脂的重量百分比为47％。
实施例4-6
实施例4-6中树脂的原料组成重量份数同实施例3，区别在于：
实施例4中A组分PBT树脂的特性粘度为1.01dl/g，B组分PBT树脂的特性粘度为0.81dl/g，PBT树脂中A组分PBT树脂的重量百分比为60％。
实施例5中A组分PBT树脂的特性粘度为1dl/g，B组分PBT树脂的特性粘度为0.8dl/g，A组分PBT树脂和B组分PBT树脂的重量比是1:1。
实施例1-5中采用的燕化的LD615，增韧相容剂采用PBT常用的乙烯–辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(POE-GMA)。抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂复配而成，抗氧剂中受阻酚类抗氧剂的重量百分比为25-35％。短切玻纤的直径为10μm，短切玻纤的长度为6-10mm。
实施例1-5的汽车活塞安全键用PBT的制备方法包括以下步骤：
S1：配置原料；
S2：将采用两步加料法将原料置于双螺杆挤出机中挤出，经冷却、干燥、切粒得到汽车活塞安全键用PBT颗粒；
S2中短切玻纤通过双螺杆挤出机的侧向加料口进料，短切玻纤加入时双螺杆挤出机中熔融聚合物的温度为250～260℃。
螺杆转速为300～400r/min，螺杆长径比为44：1。螺杆挤出机温度分布1区-2区210℃，3区-4区260℃，5区-11区215℃，机头245℃。
实施例6-7
实施例6和7与实施例5的区别在于低密度聚乙烯分别为低密度聚乙烯为1F7B低密度聚乙烯、1C7A低密度聚乙烯。
实施例8-12
实施例8与实施例7的区别在于增韧相容剂，实施例8采用马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物，实施例9采用聚烯烃-丙烯酸酯类-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物，实施例10-12采用聚烯烃-丙烯酸酯类-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和丙烯酸接枝乙烯-辛烯嵌段共聚物组合而成，其中聚烯烃-丙烯酸酯类-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物的重量百分比分别为90％、95％、92％。丙烯酸接枝乙烯-辛烯嵌段共聚物由乙烯-辛烯嵌段共聚物、丙烯酸、过氧化二苯甲酰、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯熔融接枝得到，其中实施例10采用OBC陶氏INFUSE9007，实施例11和12中乙烯-辛烯嵌段共聚物满足硬度为60-70，抗拉强度为不小于5Mpa的范围，分别采用OBC陶氏INFUSE9500和9107。
实施例12中丙烯酸接枝乙烯-辛烯嵌段共聚物的制备方法包括配料混匀，密炼介质反应和螺杆挤出切粒步骤。配料比例：乙烯-辛烯嵌段共聚物94重量份、丙烯酸5重量份、过氧化二苯甲酰0.3重量份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.3重量份；双螺杆挤出机料筒温度为Ⅰ区143-148℃，Ⅱ区150-155℃，Ⅲ区157-160℃，Ⅳ区160-163℃，Ⅴ区158-161℃，异向双螺杆挤出机模头温度为155-158℃，丙烯酸接枝率1.2-1.4％。
实施例13
实施例13的区别在于，短切玻纤的直径为7-10μm，短切玻纤的长度为3-6mm。
对比例(简称D，下同)
基于实施例1，对比例1未加入低密度聚乙烯作为增韧改性剂；
基于实施例1，对比例2和3均采用单组份的PBT，特性粘度为1dl/g、0.8dl/g。
对实施例和对比例所得PBT合金进行力学性能的检测：
拉伸强度按ASTM D-638标准进行检验。样条尺寸(mm)：165(长)×19(端部宽度)×3.05(厚度)，拉伸速度为50mm/min；
缺口冲击强度按ASTM D-256标准进行检验。试样尺寸(mm)：63.5×12.45×3.1；缺口剩余厚度为1.9mm，低温将试样于-40℃烘箱放置4小时后立即测试缺口冲击强度。
测试结果见下表：
从上表可以看出，随着体系中低密度聚乙烯含量的增大，低温下的缺口冲击强度得到改善，表明低密度聚乙烯能改善PBT材料的低温韧性，另一方面，增韧相容剂的选择对于PBT合金的组分相容性影响明显，最终获得的PBT合金材料具有优良的耐低温性能。
对实施例8-12所得试样进行与钢的相对摩擦系数测试，实施例8-10的动摩擦因素和静摩擦因素均大于0.29，实施例11和12的动摩擦因素在0.24～0.25之间。上述数据表明，丙烯酸接枝乙烯-辛烯嵌段共聚物的进一步选择有助于小幅提升PBT合金的耐磨性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种汽车活塞安全键用PBT，其特征在于，按重量份数计原料组份包括：60-70份的PBT树脂、3-10份的低密度聚乙烯、25-37份的短切玻纤、3-8份的增韧相容剂、0.5-0.8份的PETS润滑剂和0.1-1.0份的抗氧剂；
其中，PBT树脂由A组分PBT树脂和B组分PBT树脂复配而成，A组分PBT树脂的特性粘度为1±0.015dl/g，B组分的特性粘度为0.8±0.015dl/gdl/g，PBT树脂中A组分PBT树脂的重量百分比为47～60％。
2.根据权利要求1所述的汽车活塞安全键用PBT，其特征在于，低密度聚乙烯为平均分子量20000-35000道尔顿的支链型低密度聚乙烯。
3.根据权利要求1或2所述的汽车活塞安全键用PBT，其特征在于，所述增韧相容剂为选自聚烯烃-丙烯酸酯类-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物、丙烯酸接枝乙烯-辛烯嵌段共聚物中的一种或者至少两种以上的组合。
4.根据权利要求1或2所述的汽车活塞安全键用PBT，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂复配而成，抗氧剂中受阻酚类抗氧剂的重量百分比为25-35％。
5.根据权利要求1所述的汽车活塞安全键用PBT，其特征在于，短切玻纤的直径为7-10μm，短切玻纤的长度为3-6mm。
6.根据权利要求2所述的汽车活塞安全键用PBT，其特征在于，低密度聚乙烯为1F7B低密度聚乙烯或1C7A低密度聚乙烯。
7.根据权利要求3所述的汽车活塞安全键用PBT，其特征在于，增韧相容剂由聚烯烃-丙烯酸酯类-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和丙烯酸接枝乙烯-辛烯嵌段共聚物组合而成，其中聚烯烃-丙烯酸酯类-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物的重量百分比为90～95％。
8.根据权利要求7所述的汽车活塞安全键用PBT，其特征在于，丙烯酸接枝乙烯-辛烯嵌段共聚物由乙烯-辛烯嵌段共聚物、丙烯酸、过氧化二苯甲酰、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯熔融接枝得到，其中乙烯-辛烯嵌段共聚物的硬度为60-70，丙烯酸接枝乙烯-辛烯嵌段共聚物的抗拉强度为不小于5Mpa。
9.一种汽车活塞安全键用PBT的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照权利要求1-8中任意一项所述的汽车活塞安全键用PBT组成配置原料；
S2：将采用两步加料法将原料置于双螺杆挤出机中挤出，经冷却、干燥、切粒得到汽车活塞安全键用PBT颗粒；
S2中短切玻纤通过双螺杆挤出机的侧向加料口进料，短切玻纤加入时双螺杆挤出机中熔融聚合物的温度为250～260℃。
10.根据权利要求9所述的汽车活塞安全键用PBT的制备方法，其特征在于，螺杆转速为300～400r/min，螺杆长径比为44：1。
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