CN101195708B - 一种增强耐热尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种增强耐热尼龙复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增强耐热尼龙复合材料及其制备方法。该材料由尼龙66切片，热致液晶聚合物，针状矿物，偶联剂，抗氧剂组成。尼龙66切片、热致液晶聚合物、针状矿物、偶联剂和抗氧剂按重量比为60～70∶15～20∶15～25∶4.5∶0.5。其制备方法是将重量比为60～70∶15～20∶15～25∶4.5∶0.5的尼龙66切片、热致液晶聚合物、针状矿物纤维、玻璃、偶联剂和抗氧剂在搅拌条件下混合均匀，然后在280℃或295℃下挤出、牵引、造粒，并注塑制成样品得到尼龙复合材料。本发明的尼龙复合材料在一定的热致液晶聚合物和针状矿物用量下，达到较好的增强和提高制品耐热性能的效果。

Description

一种增强耐热尼龙复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种尼龙复合材料，特别是涉及一种含热致液晶聚合物和针状矿物填料的尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术
热致液晶聚合物是一种新型的高性能高分子材料，其特点是模量高、强度高，在液晶态下呈现出特有的易流动性，优良的热稳定性、耐化学药品性和耐候性，出色的耐溶剂性，较低的线膨胀系数和密度等优良的综合性能。利用热致液晶聚合物在加工的熔融态下能形成介晶结构的特点，将其与热塑性工程塑料共混改性，可改善热塑性工程塑料的性能。在热致液晶聚合物/热塑性工程塑料共混改性体系中，热致液晶聚合物主要有三种明显作用：①增强的作用，在熔融加工过程中原位形成介晶的微纤化结构，从而增强；②改善工程塑料的加工流动性能，可以降低共混物熔体的粘度，改进难加工的热塑性塑料的流动性和成型加工性能；③节约成型加工能耗。
热致液晶聚合物可以明显提高尼龙66的综合力学性能，但是由于热致液晶聚合物在与基体树脂熔融共混过程中，并没有充分形成纤维状排列，而使热致液晶聚合物的增强效果受到限制。因此，如果能够有效地增强热致液晶聚合物在尼龙树脂中的成纤作用，提高增强效率，不但可以进一步增强尼龙材料的性能，还可以减少热致液晶的用量，降低成本。这对于热致液晶聚合物增强尼龙产品的广泛应用，是很有意义的。
针状矿物是一类具有较大长径比的天然矿物或者人造矿物短纤维，长径比在20∶1以上，可以作为填料来改性热塑性工程塑料。其改性热塑性工程塑料主要有以下优点：可以大幅度增强基体树脂的力学性能；热稳定性好，热变形低，制品尺寸稳定性好；制品表面光泽度优于玻纤填充；加工中对加工机械的磨损较小；可以减轻制品的翘曲性；减少尼龙制品吸湿性等。将针状矿物填料与热致液晶聚合物共同使用来提高热致液晶聚合物在尼龙树脂中的成纤效果，制备尼龙复合材料性能的报道尚未有见。这种针状矿物填料与热致液晶聚合物相互作用，产生协同效应，提高热致液晶聚合物的成纤效果，并可大幅提高复合材料的综合性能。
中国专利03126409.3公开了一种含颗粒填料和热致液晶聚合物的复合材料，其制备方法是将空心玻璃微球等颗粒填料和主链全芳液晶聚合物共混改性、在260～280℃下挤出造粒；从而获得具有良好尺寸稳定性的复合材料，该复合材料可用于制作结构精细的塑料制件。
中国专利CN1912003A公开了一种含热致液晶聚合物的耐热尼龙材料，该耐热尼龙材料有尼龙6切片、热致液晶聚合物、偶联剂、抗氧剂组成，所得到的耐热尼龙材料的维卡耐热温度达230℃，且熔体流动速率提高达13％～15％，可用于制造耐热尼龙塑料部件。
中国专利CN1454934公开了聚酰胺66经蒙脱土和硅灰石协同填充的复合材料及其制备方法。这种复合材料模量高，耐温性能好，同时又降低了成本。但是加工难度较大，对加工机器的磨损较严重。
但是以上三个专利都不是用于制备含热致液晶聚合物和针状矿物的尼龙复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用热致液晶聚合物和针状矿物填料与尼龙66共混制备具有良好的增强性能、耐热性能、加工性能，且成本经济的尼龙复合材料。
本发明的目的可通过如下技术方案来实现。
本发明的含热致液晶聚合物和针状矿物的尼龙复合材料是由尼龙66切片，热致液晶聚合物，针状矿物，偶联剂，抗氧剂组成。重量比为60～70∶15～20∶15～25∶4.5∶0.5
所述尼龙66切片为工程塑料级尼龙66切片。
所述热致液晶聚合物是美国Goodfellow公司生产的Vectra A型、美国Goodfellow公司生产的Vectra B型、美国Dupont公司生产的Zenite型。
所述的针状矿物是碳纤维、针状埃洛石、针状硅灰石、晶须。
所述的偶联剂硅烷型偶联剂、钛酸酯偶联剂、环氧型偶联剂、乙烯-丙烯酸共聚物、或者是马来酸酐-苯乙烯共聚物。
所述的抗氧剂是美国大湖公司生产的Lunchemao-R型受阻酚抗氧剂。
本发明的含热致液晶聚合物和针状矿物的尼龙复合材料的制备方法主要有以下几个步骤：
(1)将重量份比为60～70∶15～20∶15～25∶4.5∶0.5的尼龙66切片，热致液晶聚合物，针状矿物，偶联剂，抗氧剂在搅拌条件下混合均匀；
(2)在280～295℃下挤出、牵引、造粒，并注塑制成样品得到尼龙复合材料。
本发明和现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的尼龙复合材料组成中，热致液晶聚合物在与尼龙66切片挤出过程中，在尼龙66树脂基体中能很好地形成微纤结构，从而显著提高尼龙复合材料的力学性能，降低尼龙66树脂的熔体粘度，提高熔体流动速率，进而改善加工性能；
(2)针状矿物填料的加入起到了多重的改善作用，和常用的填料玻璃纤维相比，其有以下优点：①针状矿物填料的流动性较好。②热稳定性好，热变形低，尺寸稳定性比玻纤好。③制品表面光泽度好，没有玻纤复合时造成的表面浮纤问题。④制品尺寸稳定性好，不易出现玻纤复合尼龙制品容易翘曲的问题。⑤针状矿物填料在加工条件下易形成局部微毛细管排列，有利于促进热致液晶聚合物的成纤。
(3)偶联剂的加入不仅改善了热致液晶聚合物和尼龙66基体树脂之间的相容性，还改善了针状矿物纤维和基体树脂，以及针状矿物纤维和热致液晶聚合物之间的相容性。这些都有利于形成均匀分散的相态结构，使复合材料达到优良的综合性能。
(4)抗氧剂的加入可避免材料在加工过程中出现氧化降解及由此产生的性能下降。本发明制备的尼龙66复合材料可用于制造多种塑料部件。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术特点，下面通过实施例对本发明作进一步地说明，需要说明的是，实施例并不是对本发明保护范围的限制。
实施例1
按重量份计，称取60份中国神马集团有限公司生产的工程塑料级尼龙66切片、10份美国Goodfellow公司VectraA型热致液晶聚合物、25份江西新余市南方硅灰石实业公司生产的针状硅灰石、4.5份美国Aldrich公司生产的环氧型偶联剂、0.5份美国大湖公司生产的Lunchemao-R型受阻酚抗氧剂；在搅拌条件下，将上述组分混合均匀，然后将所得的混合物在挤出机中于290℃下进行挤出、牵引、造粒，并注塑制成样品，进行性能测试。样品的力学性能按照以下标准测试，结果如表1所示。相比纯的尼龙66，复合尼龙材料的拉伸强度提高30％，弯曲强度提高22％，弯曲模量提高83％，缺口冲击强度提高10％，热变形温度提高120℃。
表1
实施例2
按重量份计，称取60份中国神马集团有限公司生产的工程塑料级尼龙66切片、20份美国Goodfellow公司VectraA型热致液晶聚合物、15份江西新余市南方硅灰石实业公司生产的针状硅灰石、4.5份上海事必达公司生产的马来酸酐与苯乙烯共聚物型偶联剂、0.5份美国大湖公司生产的Lunchemao-R型受阻酚抗氧剂；在搅拌条件下，将上述组分混合均匀，然后将所得的混合物在挤出机中于290℃下进行挤出、牵引、造粒，并注塑制成样品，进行性能测试。样品的力学性能按照以下标准测试，结果如表2所示。相比纯的尼龙66，复合尼龙材料的拉伸强度提高45％，弯曲强度提高36％，弯曲模量提高93％，缺口冲击强度提高22％，热变形温度提高98℃。
表2
Figure S200710032709XD00051
实施例3
按重量份计，称取60份中国神马集团有限公司生产的工程塑料级尼龙66切片、20份美国Dupont公司生产的Zenite型热致液晶聚合物、15份自制埃洛石、4.5份上海事必达公司生产的马来酸酐与苯乙烯共聚物型偶联剂、0.5份美国大湖公司生产的Lunchemao-R型受阻酚抗氧剂；在搅拌条件下，将上述组分混合均匀，然后将所得的混合物在挤出机中于290℃下进行挤出、牵引、造粒，并注塑制成样品，进行性能测试。样品的力学性能按照以下标准测试，结果如表3所示。相比纯的尼龙66，复合尼龙材料的拉伸强度提高43％，弯曲强度提高35％，弯曲模量提高90％，缺口冲击强度提高13％，热变形温度提高111℃。
表3
Figure S200710032709XD00061
实施例子4
按重量份计，称取70份中国神马集团有限公司生产的工程塑料级尼龙66切片、10份美国Goodfellow公司Vectra A型热致液晶聚合物、15份自制埃洛石、4.5份上海事必达公司生产的马来酸酐与苯乙烯共聚物型偶联剂、0.5份美国大湖公司生产的Lunchemao-R型受阻酚抗氧剂；在搅拌条件下，将上述组分混合均匀，然后将所得的混合物在挤出机中于280℃下进行挤出、牵引、造粒，并注塑制成样品，进行性能测试。样品的力学性能按照以下标准测试，结果如表4所示。相比纯的尼龙66，复合尼龙材料的拉伸强度提高25％，弯曲强度提高31％，弯曲模量提高80％，缺口冲击强度提高12％，热变形温度提高84℃。
表4
Figure S200710032709XD00062
实施例5
按重量份计，称取60份中国神马集团有限公司生产的工程塑料级尼龙66切片、20份美国Goodfellow公司Vectra A型热致液晶聚合物、15份自制埃洛石、4.5份上海事必达公司生产的马来酸酐与苯乙烯共聚物型偶联剂、0.5份美国大湖公司生产的Lunchemao-R型受阻酚抗氧剂；在搅拌条件下，将上述组分混合均匀，然后将所得的混合物在挤出机中于295℃下进行挤出、牵引、造粒，并注塑制成样品，进行性能测试。样品的力学性能按照以下标准测试，结果如表5所示。相比纯的尼龙66，复合尼龙材料的拉伸强度提高49％，弯曲强度提高42％，弯曲模量提高100％，缺口冲击强度提高27％，热变形温度提高100℃。
表5
Figure S200710032709XD00071

Claims (7)

1.一种增强耐热尼龙复合材料，其特征在于尼龙复合材料由尼龙66切片、热致液晶聚合物、针状矿物，偶联剂和抗氧剂组成；尼龙66切片、热致液晶聚合物、针状矿物纤维、偶联剂和抗氧剂的重量比为60～70∶15～20∶15～25∶4.5∶0.5；所述热致液晶聚合物是Vectra型热致液晶聚合物或Zenite型热致液晶聚合物。
2.根据权利要求1所述的增强耐热尼龙复合材料，其特征在于所述尼龙66切片为工程塑料级尼龙66切片。
3.根据权利要求1所述的增强耐热尼龙复合材料，其特征在于所述的针状矿物是碳纤维、针状埃洛石、针状硅灰石或/和晶须。
4.根据权利要求1所述的增强耐热尼龙复合材料，其特征在于所述的偶联剂是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或环氧型偶联剂。
5.根据权利要求1所述的增强耐热尼龙复合材料，其特征在于所述的偶联剂是乙烯-丙烯酸共聚物或马来酸酐-苯乙烯共聚物。
6.根据权利要求1所述的增强耐热尼龙复合材料，其特征在于所述的抗氧剂是受阻酚型抗氧剂。
7.制备权利要求1所述的增强耐热尼龙复合材料的方法，其特征在于步骤如下：
(1)将重量份比为60～7∶15～20∶15～25∶4.5∶0.5的尼龙66切片、热致液晶聚合物、针状矿物、偶联剂和抗氧剂在搅拌条件下混合均匀；
(2)在280℃或295℃下进行挤出、牵引、造粒，并注塑制成样品得到尼龙复合材料。
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Assignee: Qide Engineering Plastics Technology Co., Ltd.

Assignor: South China University of Technology

Contract record no.: 2011440000828

Denomination of invention: Reinforcing heat-resisting nylon composite material and method for producing the same

Granted publication date: 20100811

License type: Exclusive License

Open date: 20080611

Record date: 20110805

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Granted publication date: 20100811

Termination date: 20161219

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