车用有机膨润土改性PBT树脂材料及制备工艺的制作方法

车用有机膨润土改性pbt树脂材料及制备工艺
技术领域
1.本发明属于pbt树脂技术领域，具体涉及一种车用有机膨润土改性pbt树脂材料及制备工艺。


背景技术：

2.随着汽车工业向轻量化趋势的发展，在汽车制造中，工程塑料零部件的应用越来越广泛。 pbt树脂作为一种结晶性饱和树脂，具有结晶快、易成型、耐化学腐蚀等优点，已广泛应用于汽车零部件制造中，包括门锁系统、保险丝盒、连接器、传动器齿轮盒、点火系统和保险杠等。但pbt本身存在阻燃性能不足、冲击强度低等缺陷也限制了pbt的应用。
3.专利cn102617995a中公开了一种纳米膨润土复合增强阻燃pbt工程塑料，原料配方为：聚对苯二甲酸丁二醇酯、环保复合阻燃剂、抗氧剂、润滑剂、增强剂、纳米膨润土。本发明以聚对苯二甲酸丁二醇酯为主料，采用复配阻燃技术、纳米复合-熔融插层技术经双螺杆挤出机塑化造粒而成。通过体系各组分的协同作用和独特的加工工艺，使产品具有优异的综合性能，阻燃性能达到ul94v-0标准要求。但是该pbt工程塑料中添加助剂种类较多，且添加量大，在产品的应用过程中助剂容易迁出，影响产品的寿命。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：提供一种车用有机膨润土改性pbt树脂材料，阻燃性能好，冲击强度高，达到满足汽车级部件性能需求；本发明还提供其制备工艺。
5.本发明所述的车用有机膨润土改性pbt树脂材料的制备工艺，包括以下步骤：
6.(1)制备钠基膨润土：
7.将提纯后的天然膨润土分散在水中，再加入na2co3溶液，在60～80℃下搅拌2～6h，然后离心、干燥，研磨过100～300目筛，得到钠基膨润土；
8.(2)制备有机膨润土：
9.将钠基膨润土分散在水中，形成钠基膨润土的水分散溶液，再加入十六烷基三甲基溴化铵，在60～75℃下搅拌2～5h，后离心、干燥，研磨过100～300目筛，得到有机膨润土；
10.(3)制备有机膨润土改性pbt树脂：
11.将有机膨润土加入偶联剂的乙醇溶液中，搅拌1～3h后干燥，然后与pbt树脂经混匀仪混匀后在双螺杆挤出机上熔融挤出，得到有机膨润土改性pbt树脂。
12.步骤(1)中，天然膨润土的提纯过程如下：
13.将150～250份天然膨润土加入2000～3000份水中，高速搅拌1～3h后静置，待悬浮体系稳定出现明显的分层后，除去最下层的粗砂分离出上层的浆体；然后在浆体中加入1～3份六偏磷酸钠和40～60份浓度3～5wt％的盐酸溶液，高速搅拌1～2h后静置分层，进一步分离粒度较细的碎屑矿物(长石、碳酸盐等)；按上述步骤反复操作2-3次，得到膨润土浆体或悬浮液，然后置于离心机中进行脱水，脱水后在70～90℃下干燥8～15h，取出后研磨过100～300目筛，得到提纯后的天然膨润土。
14.步骤(1)中，提纯后的天然膨润土与水的质量比为(1～3):(20～40)。
15.步骤(1)中，na2co3溶液的浓度优选为3～5wt％，以na2co3溶液中所含na2co3的质量计，na2co3加入量为提纯后的天然膨润土质量的5～10％。
16.步骤(1)中，干燥温度为70～90℃，干燥时间为8～15h。
17.步骤(2)中，钠基膨润土与水的质量比为(3～10):(40～150)。
18.步骤(2)中，将钠基膨润土分散在水中时，先将钠基膨润土加入水中，再在60～90℃下高速搅拌1～4h，最后静置5～10h，即得钠基膨润土的水分散溶液。
19.步骤(2)中，钠基膨润土与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为(3～10):(1～3)。
20.步骤(2)中，干燥温度为70～90℃，干燥时间为8～15h。
21.步骤(3)中，pbt树脂(聚对苯二甲酸丁二醇酯)的指标为：1100-211m，结晶温度(tc) 为184.3℃，熔点(tm)为225.6℃。
22.步骤(3)中，有机膨润土(ommt)和pbt树脂(聚对苯二甲酸丁二醇酯)在使用前，需要在100～200℃下干燥4～10h，使其含水量小于0.03wt％。其中，对pbt树脂进行干燥，既可以避免pbt在高温下水解，又可以使pbt表面软化，可使有机膨润土与pbt充分混合均匀，有利于插层复合。
23.步骤(3)中，偶联剂的乙醇溶液中，偶联剂浓度为1～5wt％；偶联剂优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)。偶联剂的质量为有机膨润土质量的0.1～1％。
24.步骤(3)中，干燥温度为60～80℃，干燥时间为2～5h。
25.步骤(3)中，有机膨润土的质量占有机膨润土和pbt树脂总质量的1-3wt％。
26.步骤(3)中，双螺杆挤出机的螺杆直径为35.2cm，长径比为40。
27.步骤(3)中，双螺杆挤出机参数如下：主机螺杆转速180～250r/min，喂料转速15～30r/min；一区温度200～220℃，二区温度220～240℃，三区温度220～245℃，四区温度225～245℃，五区温度210～230℃，六区温度210～230℃，机头温度210～230℃。
28.本发明所述的车用有机膨润土改性pbt树脂材料，由上述制备方法制备得到。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
30.本发明通过有机膨润土改性制得的pbt，在无其他助剂添加的情况下，提高了pbt树脂的抗冲击强度和阻燃性能，能够满足特殊车用部件的使用要求；且制备工艺简单，成本低廉。
具体实施方式
31.下面结合实施例对本发明作进一步说明，实施例中所使用的原料，如无特别说明，均为市售常规原料；实施例中所使用的工艺方法，如无特别说明，均为本领域常规方法；实施例中涉及的份数，如果特别说明，均为重量份数。
32.实施例中所用的pbt树脂指标为：1100-211m，结晶温度(tc)184.3℃，熔点(tm)225.6℃。
33.实施例中所用的提纯后的天然膨润土的提纯过程如下：
34.将200份天然膨润土加入2500份蒸馏水中，高速搅拌2h后静置，待悬浮体系稳定出现明显的分层后，除去最下层的粗砂分离出上层的浆体；然后在浆体中加入2份六偏磷酸钠和 50份浓度4wt％的盐酸溶液，高速搅拌3h后静置分层，进一步分离粒度较细的碎屑矿物
(长石、碳酸盐等)；按上述步骤反复操作2次，得到膨润土浆体或悬浮液，然后置于离心机中进行脱水，脱水后在80℃下干燥10h，取出后研磨过200目筛，得到提纯后的天然膨润土。
35.实施例1
36.采用本发明的制备工艺制备车用有机膨润土改性pbt树脂材料，步骤如下：
37.(1)制备钠基膨润土：
38.将50份提纯后的天然膨润土分散在1000份蒸馏水中，再加入50份浓度5wt％的na2co3溶液，在60℃下搅拌6h，然后离心，在70℃下干燥15h，研磨过100目筛，得到钠基膨润土；
39.(2)制备有机膨润土：
40.将30份钠基膨润土分散在400份水中，在60℃下高速搅拌4h后静置5h，形成钠基膨润土的水分散溶液，再加入10份十六烷基三甲基溴化铵，在60℃下搅拌5h，用agno3试剂检测溶液中无br-离子，然后离心、干燥，研磨过100目筛，得到有机膨润土(ommt)；
41.(3)制备有机膨润土改性pbt树脂：
42.先将有机膨润土和pbt颗粒分别在100℃下干燥10h，使其含水量小于0.03wt％；将1 份干燥后的有机膨润土加入0.1份浓度为1wt％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)的乙醇溶液中，搅拌1h后，在60℃下干燥5h，然后与99份pbt树脂经混匀仪混匀后在双螺杆挤出机上熔融挤出，得到有机膨润土改性pbt树脂；其中，双螺杆挤出机的螺杆直径35.2cm，长径比40，主机螺杆转速180r/min，喂料转速15r/min；一区温度200℃，二区温度220℃，三区温度220℃，四区温度225℃，五区温度210℃，六区温度210℃，机头温度210℃。
43.实施例2
44.采用本发明的制备工艺制备车用有机膨润土改性pbt树脂材料，步骤如下：
45.(1)制备钠基膨润土：
46.将100份提纯后的天然膨润土分散在1500份蒸馏水中，再加入200份浓度4wt％的 na2co3溶液，在70℃下搅拌4h，然后离心，在80℃下干燥12h，研磨过200目筛，得到钠基膨润土；
47.(2)制备有机膨润土：
48.将60份钠基膨润土分散在1000份水中，在70℃下高速搅拌2h后静置8h，形成钠基膨润土的水分散溶液，再加入20份十六烷基三甲基溴化铵，在70℃下搅拌3h，用agno3试剂检测溶液中无br-离子，然后离心、干燥，研磨过200目筛，得到有机膨润土(ommt)；
49.(3)制备有机膨润土改性pbt树脂：
50.先将有机膨润土和pbt颗粒分别在150℃下干燥7h，使其含水量小于0.03wt％；将2份干燥后的有机膨润土加入0.5份浓度为2wt％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)的乙醇溶液中，搅拌2h后，在70℃下干燥3h，然后与98份pbt树脂经混匀仪混匀后在双螺杆挤出机上熔融挤出，得到有机膨润土改性pbt树脂；其中，双螺杆挤出机的螺杆直径35.2cm，长径比40，主机螺杆转速220r/min，喂料转速25r/min；一区温度210℃，二区温度230℃，三区温度235℃，四区温度235℃，五区温度220℃，六区温度220℃，机头温度220℃。
51.实施例3
52.采用本发明的制备工艺制备车用有机膨润土改性pbt树脂材料，步骤如下：
53.(1)制备钠基膨润土：
54.将150份提纯后的天然膨润土分散在2000份蒸馏水中，再加入500份浓度3wt％的 na2co3溶液，在80℃下搅拌2h，然后离心，在90℃下干燥8h，研磨过300目筛，得到钠基膨润土；
55.(2)制备有机膨润土：
56.将100份钠基膨润土分散在1500份水中，在90℃下高速搅拌1h后静置10h，形成钠基膨润土的水分散溶液，再加入30份十六烷基三甲基溴化铵，在75℃下搅拌2h，用agno3试剂检测溶液中无br-离子，然后离心、干燥，研磨过300目筛，得到有机膨润土(ommt)；
57.(3)制备有机膨润土改性pbt树脂：
58.先将有机膨润土和pbt颗粒分别在200℃下干燥4h，使其含水量小于0.03wt％；将3份干燥后的有机膨润土加入0.6份浓度为5wt％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)的乙醇溶液中，搅拌3h后，在80℃下干燥2h，然后与97份pbt树脂经混匀仪混匀后在双螺杆挤出机上熔融挤出，得到有机膨润土改性pbt树脂；其中，双螺杆挤出机的螺杆直径35.2cm，长径比40，主机螺杆转速250r/min，喂料转速30r/min；一区温度220℃，二区温度240℃，三区温度245℃，四区温度245℃，五区温度230℃，六区温度230℃，机头温度230℃。
59.对比例1
60.未经改性的pbt树脂。
61.对比例2
62.本对比例与实施例3的不同之处仅在于，步骤(3)制备有机膨润土改性pbt树脂时，有机膨润土的重量份数为5份，pbt树脂的重量份数为95份。
63.对比例3
64.本对比例与实施例3的不同之处仅在于，不对提纯后的天然膨润土进行有机改性，步骤 (3)制备有机膨润土改性pbt树脂时，将有机改性膨润土替换为未经任何改性的提纯后的天然膨润土。
65.将实施例1-3和对比例1-3的产品进行性能测试，其中拉伸强度参照标准gb/t1040.2-2006进行测试，缺口冲击强度参照标准gb/t 1043.1-2008进行测试，弯曲强度参照标准gb/t 9341-2008进行测试，阻燃等级参照标准gb/t 2408-2008进行测试，氧指数参照标准gb/t2406.2-2009进行测试。
66.测试结果如表1所示。
67.表1
68.69.从表1可以看出，本发明通过有机膨润土改性制得的pbt在抗冲击强度和阻燃性能等有明显提升，能够满足特殊车用部件的使用要求。