專利名稱：一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分子復(fù)合材料及其制備方法，尤其是指一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚酰胺也稱為尼龍，具有良好的綜合性能，包括力學(xué)性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品性和自潤滑性，且摩擦系數(shù)低，還有一定的阻燃性，被廣泛應(yīng)用于于汽車工業(yè)，電氣電子工業(yè)，交通運(yùn)輸業(yè)，機(jī)械制造工業(yè)，電線電纜通訊業(yè)，薄膜及日常用品等。但是由于其易吸水，影響了產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性和電性能，降低塑料的機(jī)械強(qiáng)度，所以有大量尼龍改性方面的研究，其中填充玻纖是其中重要一項(xiàng)，填充后可降低尼龍吸水率，提高材料的熱變形溫度，使其能在高溫、高濕下工作，同時(shí)也能增加塑料的拉伸強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度。然而，現(xiàn)有技術(shù)中玻纖增強(qiáng)聚酰胺存在以下問題:一、填充的玻纖含量一般都不高于60% ;二、玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料在造粒和注塑成型時(shí)，熔體在螺桿高剪切作用下，玻纖容易產(chǎn)生取向并聚集在表面，產(chǎn)生“浮纖”現(xiàn)象，影響外觀；三、未經(jīng)過有效處理的玻纖與聚酰胺材料的界面粘接性較差，容易存在相分離現(xiàn)象，導(dǎo)致復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能、耐熱性等性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種玻纖填充比例較高且解決“浮纖”問題的高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案為:
一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，由以下組份按質(zhì)量配比制成:聚酰胺20 30% ；無堿玻纖65 75% ；偶聯(lián)劑0.1 3% ；己內(nèi)酰胺鈉0.5 5% ；己內(nèi)酰胺異氰酸酯0.5 5% ;潤滑劑0.3 2% ;抗氧劑0.2 0.5%。進(jìn)一步,聚酰胺為尼龍6或尼龍6與尼龍66、尼龍1010、尼龍11、尼龍12、尼龍610、
尼龍8、尼龍9、尼龍612及尼龍46中一種并用。尼龍具有良好的親水性,與玻纖具有良好的相容性。進(jìn)一步，無堿玻纖選自直徑為6 20微米的短切玻璃纖維。該玻纖與基材有較好的相容性。進(jìn)一步，偶聯(lián)劑為娃燒偶聯(lián)劑，選自N_2 (氛乙基)3_氛丙基二甲氧基娃燒、N_2 (氛乙基)3_氛丙基二乙氧基娃燒、3_氛丙基二甲氧基娃燒、3_氛丙基二乙氧基娃燒、3_服基丙基二乙氧基娃燒、3_縮水甘油丙基二甲氧基娃燒中的一種。進(jìn)一步，己內(nèi)酰胺異氰酸酯由己內(nèi)酰胺與異氰酸酯反應(yīng)制得，其反應(yīng)式如下:
(CH2)5OOHH+R-NOD- (CH2)sCON-COMH-R
I_I__I
制備條件如下:己內(nèi)酰胺與異氰酸酯的物質(zhì)的量比為廣4:1，反應(yīng)溫度:9(Γ150攝氏度，反應(yīng)時(shí)間:0.2 2小時(shí)，脫水溫度12(Γ150攝氏度，脫水時(shí)間0.2^4小時(shí)，脫水真空度控制在-0.1兆帕左右。因脫水溫度高、時(shí)間長，制得無堿玻纖表面處理劑粘度高，對無堿玻纖的粘結(jié)效果好，但溫度過高、時(shí)間過長，粘度過高，對無堿玻纖的包覆較差，且物料損耗較大。進(jìn)一步，異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)和1，6-己二異氰酸酯(HDI)中的一種。進(jìn)一步，潤滑劑選自乙撐雙硬酯酰胺、乙撐雙月桂酰胺、乙撐雙油酸酰胺、乙撐雙硬酯酰胺接枝改性物、含氟彈性體、聚四氟乙烯粉末中的至少一種。進(jìn)一步，抗氧劑選自四[β_(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯或抗氧劑1010與三[2.4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯的組合物。因造粒和注塑溫度都較高，尼龍易發(fā)生熱氧降解，抗氧劑的加入有利于抑制其降解，減少材料性能的下降。一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料制備方法，包括以下步驟:
步驟一，將聚酰胺、潤滑劑和抗氧劑在攪拌器中攪拌混合，得到分散均勻的混合物；步驟二，將無堿玻纖投入可加熱攪拌器內(nèi)，邊攪拌邊緩慢加入偶聯(lián)劑、己內(nèi)酰胺鈉和己內(nèi)酰胺異氰酸酯；
步驟三，將步驟一所得均勻混合物投置于雙螺桿擠出機(jī)主喂料斗中，將步驟二所得處理后無堿玻纖投置于雙螺桿擠出機(jī)側(cè)喂料斗中，經(jīng)熔融擠出，造粒；
步驟四，將步驟三得到的高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料粒料投入到注塑機(jī)中注塑成型，得到高填充玻纖增強(qiáng)聚 酰胺制品。進(jìn)一步，步驟一中，攪拌時(shí)間為10 40分鐘，轉(zhuǎn)速為800 1200轉(zhuǎn)/分。進(jìn)一步，步驟二中，攪拌器溫度設(shè)置為4(Γ80攝氏度，攪拌時(shí)間為5 20分鐘，轉(zhuǎn)速為6(Γ100轉(zhuǎn)/分。該攪拌溫度既能使得玻纖處理劑較好的干燥混合，又不會使其分解；轉(zhuǎn)速不宜過快，以免玻纖攪拌過程中成團(tuán)。進(jìn)一步，步驟三中，利用主喂料系統(tǒng)加入混合原料，喂料速度為60 120轉(zhuǎn)/分；利用側(cè)向喂料系統(tǒng)加入處理后無堿玻纖，喂料速度為40 110轉(zhuǎn)/分；主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為250 350轉(zhuǎn)/分，加工溫度為220 320攝氏度，模頭壓力為1.0 6.0兆帕，切粒機(jī)切粒速度為200 400轉(zhuǎn)/分。加工溫度過低可能導(dǎo)致聚酰胺無法熔融，而溫度過高又會導(dǎo)致聚酰胺和表面處理劑分解。進(jìn)一步，步驟四中，注塑機(jī)為雙合金螺桿注塑機(jī)，注塑成型的工藝參數(shù)為注塑成型溫度為240 350攝氏度，模具溫度為100 150攝氏度。采用上述方案后，有上述方法制備的高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其無堿玻纖含量達(dá)到65%以上，無堿玻纖原材料廣且價(jià)格便宜，節(jié)省產(chǎn)品成本；本發(fā)明高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度可達(dá)到180 250兆帕，懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度可達(dá)到140 200焦/米，彎曲強(qiáng)度310 380兆帕；制品表面光澤，對現(xiàn)有技術(shù)玻纖增強(qiáng)聚酰胺存在的燒焦、露纖和表面有料花的現(xiàn)象有較大改善。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例一一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，由以下組份按質(zhì)量配比制成:PA6 (尼龍6)26%，無堿玻纖67%，N-2 (氨乙基)3-氨丙基三乙氧基硅烷1%，已內(nèi)酰胺鈉2%，己內(nèi)酰胺異氰酸酯3%，乙撐雙油酸酰胺0.5%，抗氧劑1010 0.3%，三[2.4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯0.2%。按照上述配方制得的制品，密度為1.792克/立方厘米，拉伸強(qiáng)度為235.5兆帕；懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度160.8焦/米，彎曲強(qiáng)度為345.2兆帕；制品表面光澤，無“浮纖”現(xiàn)象。實(shí)施例二
一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，由以下組份按質(zhì)量配比制成:PA6 (尼龍6)23%，無堿玻纖70%，N-2 (氨乙基)3-氨丙基三甲氧基硅烷1%，已內(nèi)酰胺鈉2%，己內(nèi)酰胺異氰酸酯3%，乙撐雙油酸酰胺0.5%，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯
0.5%。按照上述配方制得的制品，密度為1.806克/立方厘米，拉伸強(qiáng)度為242.5兆帕；懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度167.5焦/米，彎曲強(qiáng)度為355.4兆帕；制品表面良好，無“浮纖”現(xiàn)象。實(shí)施例三
一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，由以下組份按質(zhì)量配比制成:ΡΑ6 (尼龍6)21%，無堿玻纖72%，Ν-2 (氨乙基)3-氨丙基三甲氧基硅烷1%，已內(nèi)酰胺鈉2%，己內(nèi)酰胺異氰酸酯3%，乙撐雙硬酯酰胺接枝改性物0.5%，抗氧劑1010 0.3%，三[2.4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯0.2%。按照上述配方制得的制品，密度為1.812克/立方厘米，拉伸強(qiáng)度為245.3兆帕；懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度 176.3焦/米，彎曲強(qiáng)度為358.2兆帕；制品表面良好，無“浮纖”現(xiàn)象。實(shí)施例四
一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，由以下組份按質(zhì)量配比制成:PA6 (尼龍6)18%，無堿玻纖75%，3-氨丙基三乙氧基硅烷1%，已內(nèi)酰胺鈉2%，己內(nèi)酰胺異氰酸酯3%，乙撐雙油酸酰胺0.5%，抗氧劑1010 0.3%，三[2.4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯0.2%。按照上述配方制得的制品，密度為1.823克/立方厘米，拉伸強(qiáng)度為234.3兆帕；懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度166.3焦/米，彎曲強(qiáng)度為346.2兆帕；制品表面良好，稍有“浮纖”現(xiàn)象。實(shí)施例五
一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，由以下組份按質(zhì)量配比制成:PA6 (尼龍6)15%，PA66 (尼龍66) 6%，無堿玻纖72%，N-2 (氨乙基)3-氨丙基三甲氧基硅烷1%，已內(nèi)酰胺鈉2%，己內(nèi)酰胺異氰酸酯3%，乙撐雙油酸酰胺0.5%，四[β - (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.5%。按照上述配方制得的制品，密度為1.816克/立方厘米，拉伸強(qiáng)度為236.3兆帕；懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度181.3焦/米，彎曲強(qiáng)度為361.2兆帕；制品表面良好，無“浮纖”現(xiàn)象。實(shí)施例六
一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，由以下組份按質(zhì)量配比制成:ΡΑ6 (尼龍6)20%，ΡΑ66 (尼龍1010)5%，無堿玻纖68%，Ν-2 (氨乙基)3-氨丙基三甲氧基硅烷1%，已內(nèi)酰胺鈉2%，己內(nèi)酰胺異氰酸酯3%，聚四氟乙烯粉末0.5%，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.5%。按照上述配方制得的制品，密度為1.800克/立方厘米，拉伸強(qiáng)度為229.6兆帕；懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度187.5焦/米，彎曲強(qiáng)度為363.3兆帕；制品表面良好，無“浮纖”現(xiàn)象。所述高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
步驟一，按照質(zhì)量份稱取聚酰胺、潤滑劑和抗氧劑在攪拌器內(nèi)攪拌10 40分鐘，轉(zhuǎn)速為80(Γ1200轉(zhuǎn)/分，得到分散均勻的混合物。步驟二，將偶聯(lián)劑噴灑在無堿玻纖上攪拌，再加入等物質(zhì)量比的已內(nèi)酰胺鈉和己內(nèi)酰胺異氰酸酯在攪拌器中攪拌30 60分鐘，轉(zhuǎn)速為80(Γ1200轉(zhuǎn)/分，得到處理后玻纖。步驟三，將步驟一所得均勻混合物投置于雙螺桿擠出機(jī)主喂料斗中，喂料速度為60 120轉(zhuǎn)/分；將步驟二所得處理后玻纖投置于雙螺桿擠出機(jī)側(cè)喂料斗中，喂料速度為40 110轉(zhuǎn)/分；經(jīng)熔融擠出，主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為250 350轉(zhuǎn)/分、加工溫度為160 320攝氏度、模頭壓力為1.0 6.兆帕，切粒，切粒速度為200 400轉(zhuǎn)/分。步驟四，將高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺合材料粒料投入到注塑機(jī)中，按以下工藝注塑成制品:一段溫度250攝氏度，二段溫度260攝氏度，三段溫度270攝氏度，四段溫度280攝氏度，射嘴溫度275攝氏度，模具溫度130攝氏度。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本案設(shè)計(jì)的限制，凡依本案的設(shè)計(jì)關(guān)鍵所做的等同變化，均落入 本案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于:由以下組份按質(zhì)量配比制成:聚酰胺20 30% ;無堿玻纖65 75% ；偶聯(lián)劑0.1 3% ；己內(nèi)酰胺鈉0.5 5% ;己內(nèi)酰胺異氰酸酯0.5 5% ;潤滑劑0.3 2% ;抗氧劑0.2 0.5%。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于:聚酰胺為尼龍6或尼龍6與尼龍66、尼龍1010、尼龍11、尼龍12、尼龍610、尼龍8、尼龍9、尼龍612及尼龍46中一種并用。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于:無堿玻纖選自直徑為6 20微米的短切玻璃纖維。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于:偶聯(lián)劑為娃燒偶聯(lián)劑，選自N_2 (氛乙基)3_氛丙基二甲氧基娃燒、N_2 (氛乙基)3_氛丙基二乙氧基娃燒、3_氛丙基二甲氧基娃燒、3_氛丙基二乙氧基娃燒、3_服基丙基二乙氧基娃燒、3_縮水甘油丙基二甲氧基娃燒中的一種。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于:己內(nèi)酰胺異氰酸酯由己內(nèi)酰胺與異氰酸酯反應(yīng)制得，其反應(yīng)式如下:
6.如權(quán)利要求5所述的一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于:異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)和1，6_己二異氰酸酯(HDI)中的一種。
7.如權(quán)利要求1所述的一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于:潤滑劑選自乙撐雙硬酯酰胺、乙撐雙月桂酰胺、乙撐雙油酸酰胺、乙撐雙硬酯酰胺接枝改性物、含氟彈性體、聚四氟乙烯粉末中的至少一種。
8.如權(quán)利要求1所述的一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于:抗氧劑選自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯或抗氧劑1010與三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯的組合物。
9.如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一，將聚酰胺、潤滑劑和抗氧劑在攪拌器中攪拌混合，得到分散均勻的混合物； 步驟二，將無堿玻纖投入可加熱攪拌器內(nèi)，邊攪拌邊緩慢加入偶聯(lián)劑、己內(nèi)酰胺鈉和己內(nèi)酰胺異氰酸酯； 步驟三，將步驟一所得均勻混合物投置于雙螺桿擠出機(jī)主喂料斗中，將步驟二所得處理后無堿玻纖投置于雙螺桿擠出機(jī)側(cè)喂料斗中，經(jīng)熔融擠出，造粒； 步驟四，將步驟三得到的高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料粒料投入到注塑機(jī)中注塑成型，得到高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺制品。
10.如權(quán)利要求9所述的一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料制備方法，其特征在于:步驟一中，攪拌時(shí)間為10 40分鐘，轉(zhuǎn)速為800 1200轉(zhuǎn)/分。
11.如權(quán)利要求9所述的一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料制備方法，其特征在于步驟二中，攪拌器溫度設(shè)置為4(Γ80攝氏度，攪拌時(shí)間為5 20分鐘，轉(zhuǎn)速為6(Γ100轉(zhuǎn)/分。
12.如權(quán)利要求9所述的一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料制備方法，其特征在于步驟三中，利用主喂料系統(tǒng)加入混合原料，喂料速度為60 120轉(zhuǎn)/分；利用側(cè)向喂料系統(tǒng)加入處理后無堿玻纖，喂料速度為40 110轉(zhuǎn)/分；主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為250 350轉(zhuǎn)/分，加工溫度為220 320攝氏度，模頭壓力為I. O 6. O兆帕，切粒機(jī)切粒速度為200 400轉(zhuǎn)/分。
13.如權(quán)利要求9所述的一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料制備方法，其特征在于步驟四中，注塑機(jī)為雙合金螺桿注塑機(jī)，注塑成型的工藝參數(shù)為注塑成型溫度為240 350攝氏度，模具溫度為100 150攝氏度。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，由以下組份按質(zhì)量配比制成聚酰胺20～30%；無堿玻纖65～75%； 偶聯(lián)劑0.1～3%；己內(nèi)酰胺鈉0.5～5%；己內(nèi)酰胺異氰酸酯0.5～5%；潤滑劑0.3～2%；抗氧劑0.2～0.5%。本發(fā)明還公開所述高填充玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料制備方法。本發(fā)明無堿玻纖含量達(dá)到65%以上，無堿玻纖原材料廣且價(jià)格便宜，節(jié)省產(chǎn)品成本；拉伸強(qiáng)度可達(dá)到180～250兆帕，懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度可達(dá)到140～200焦/米，彎曲強(qiáng)度310～380兆帕；制品表面光澤，對現(xiàn)有技術(shù)玻纖增強(qiáng)聚酰胺存在的燒焦、露纖和表面有料花的現(xiàn)象有較大改善。
文檔編號C08K5/5435GK103254638SQ201310176879
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月14日
發(fā)明者吳耀輝, 周東波, 黃賢明, 李明仁 申請人:廈門建霖工業(yè)有限公司