CN101230193B - 一种高强度玄武岩纤维增强尼龙组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度玄武岩纤维增强尼龙组合物,包括以下组分及含量(重量份):尼龙50-70%,玄武岩纤维20-40%,增韧剂3-12%,抗氧剂1-5%,偶联剂0.3-1%,其它助剂0-15%。与目前市场上常见的玻璃纤维增强尼龙组合物相比,本发明具有强度高、冲击强度高、耐温性优良等优点。

Description

一种高强度玄武岩纤维增强尼龙组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,尤其涉及一种高强度玄武岩纤维增强尼龙组合物及其制备方法。
背景技术
尼龙(PA)具有很高的机械强度,软化点高,耐热,磨擦系数低,耐磨损,自润滑性,吸震性和消音性突出,耐油,耐弱酸,耐碱和一般溶剂,电绝缘性好,有自熄性,无毒,无臭,耐候性好,容易染色等众多特点,广泛应用于社会的各个领域。但尼龙材料的明显缺点是吸水性强,影响制品的尺寸稳定性。为进一步提高尼龙材料的力学性能,降低制品的成型收缩率,目前厂商通常采用玻璃纤维对其进行增强改性并已取得良好的效果。但对于军工、航海、航空等特殊的应用环境,玻璃纤维增强尼龙材料并不能完全满足使用要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高强度玄武岩纤维增强尼龙组合物及其制备方法。
为解决上述技术问题,本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种高强度玄武岩纤维增强尼龙组合物,其组成按重量配比为:
尼龙           50-70%;
玄武岩纤维     20-40%;
增韧剂         3-12%;
抗氧剂         1-5%;
偶联剂         0.3-1%;
其他助剂       0-15%。
其中,所述的尼龙为尼龙6和尼龙66。
其中,所述的玄武岩纤维为连续玄武岩纤维,其公制号数为300-1000tex。
其中,所述的其他助剂为润滑剂或色粉。
其中,所述的增韧剂为聚烯烃接枝马来酸酐。
其中,所述的抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂245;所述的抗氧剂1010为四〔β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯,所述的抗氧剂245为三甘醇-双-〔3-(3-叔丁基-4-基-5-甲基苯)〕丙酸酸酯。
其中,所述的偶联剂为KH-550或KH-570,所述的KH-550为γ-氨丙基三乙氧基硅烷,所述的KH-570为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
以上技术方案可以看出,本发明具有以下有益效果:
本发明采用带有氨基或不饱和基团的硅烷偶联剂改善玄武岩纤维与基体树脂材料尼龙之间的界面作用力,提高玄武岩纤维与PA间的相容性,又利用连续玄武岩纤维本身极高的机械性能,使玄武岩纤维增强尼龙材料的各项力学性能和耐热性均有较大幅度的提高。
本发明还采用聚烯烃接枝马来酸酐材料对玄武岩纤维增强尼龙材料进行增韧改性,大大提高了尼龙组合物的冲击强度,尤其是缺口冲击强度,降低了材料的缺口敏感性。采用以上技术手段得到的玄武岩纤维增强尼龙组合物,拉伸强度、热变形温度、冲击强度比普通的玻璃纤维增强尼龙组合物有明显提高,
本发明还采用聚烯烃接枝马来酸酐材料对玄武岩纤维增强尼龙材料进行增韧改性,大大提高了尼龙组合物的冲击强度,尤其是缺口冲击强度,降低了材料的缺口敏感性。采用以上技术手段得到的玄武岩纤维增强尼龙组合物,拉伸强度、热变形温度、冲击强度比普通的玻璃纤维增强尼龙组合物有明显提高,扩大了尼龙增强材料的应用范围。
具体实施方式
本发明提供一种高强度玄武岩纤维增强尼龙组合物及其制备方法,a:按重量配比称取尼龙及其它助剂;b:将称好的原材料投入到高速混合器中干混3~5min;c:将b中混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗,经熔融挤出,造粒。加工工艺如下:双螺杆挤出机一区温度230-270℃,二区温度230-270℃,三区温度240-290℃,四区温度250-280℃,机头260-300℃,玄武岩连续纤维通过加纤口加入,停留时间2~3min,压力为12-18MPa。
为便于对本发明进一步理解,现结合具体实施例对本发明进行详细描述:
实施例1:
按重量百分比称取PA6 60%,LLDPE-g-MAH 10%,KH-550 3%,抗氧剂1010 1%,其他助剂1.5%。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中,玄武岩纤维通过加纤口加入,控制纤维含量24.5%,混合3-5分钟,经熔融共混,挤出造粒成复合材料。其中,螺杆各加温区温度设置分别为:一区温度:230℃;二区:230℃;三区:250℃;四区:250℃;机头:260℃;停留时间2~3min。压力为15MPa。
实施例2:
按重量百分比称取PA6 50%,LLDPE-g-MAH 10%,KH-570 3%,抗氧剂1010 1%,其他助剂1.5%。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中,玄武岩纤维通过加纤口加入,控制纤维含量34.5%,混合3-5分钟,经熔融共混,挤出造粒成复合材料。其中,螺杆各加温区温度设置分别为:一区温度:230℃;二区:230℃;三区:250℃;四区:250℃;机头:260℃;停留时间2~3min。压力为15MPa。
实施例3:
按重量百分比称取PA66 60%,LLDPE-g-MAH 10%,KH-550 3%,抗氧剂2451%,其他助剂1.5%。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中,玄武岩纤维通过加纤口加入,控制纤维含量为24.5%,混合3-5分钟,经熔融共混,挤出造粒成复合材料。其中,螺杆各加温区温度设置分别为:一区温度:260℃;二区:270℃;三区:270℃;四区:270℃;机头:280℃;停留时间2~3min。压力为15MPa。
实施例4:
按重量百分比称取PA66 50%,LLDPE-g-MAH 10%,KH-550 3%,抗氧剂1010 1%,其他助剂1.5%。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中,玄武岩纤维通过加纤口加入,控制纤维含量为34.5%,混合3-5分钟,经熔融共混,挤出造粒成复合材料。其中,螺杆各加温区温度设置分别为:一区温度:260℃;二区:270℃;三区:270℃;四区:270℃;机头:280℃;停留时间2~3min。压力为15MPa。
对比例1:
按重量百分比称取PA66 60%,LLDPE-g-MAH 10%,KH-550 3%,抗氧剂1010 1%,其他助剂1.5%。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中,玄武岩纤维通过加纤口加入,控制纤维含量24.5%,混合3-5分钟,经熔融共混,挤出造粒成复合材料。其中,螺杆各加温区温度设置分别为:一区温度:260℃;二区:270℃;三区:270℃;四区:270℃;机头:280℃;停留时间2~3min。压力为15MPa。
对比例2:
按重量百分比称取PA66 50%,LLDPE-g-MAH 10%,KH-550 3%,抗氧剂1010 1%,其他助剂1.5%。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中,玄武岩纤维通过加纤口加入,控制纤维含量为34.5%,混合3-5分钟,经熔融共混,挤出造粒成复合材料。其中,螺杆各加温区温度设置分别为:一区温度:260℃;二区:270℃;三区:270℃;四区:270℃;机头:280℃;停留时间2~3min。压力为15MPa。
性能测试:
拉伸强度按GB/T 1040标准进行检验。试样类型为I型,样条尺寸(mm):170(长)×(20±0.2)(端部宽度)×(4±0.2)(厚度),拉伸速度为50mm/min;
弯曲强度和弯曲模量按GB/T 9341标准进行检验。试样类型为试样尺寸(mm):(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2),弯曲速度为20mm/min;
缺口冲击强度按GB/T 1043标准进行检验。试样类型为I型,试样尺寸(mm):(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2);缺口类型为A类,缺口剩余厚度为3.2mm。
实施例1~4的配方及材料性能见表1:
表1
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4
   PA6     60     50
   PA66     60     50
   LLDPE-g-MAH     10     10     10     10
   玄武岩纤维     24.5     34.5     24.5     34.5
   KH-550     3     3     3
   KH-570     3
   1010     1     1     1
   245     1
   硬脂酸钙(MPa)     1.5     1.5     1.5     1.5
   拉伸强度(MPa)     201     231     245     280
 弯曲强度(MPa)     290     330     310     370
 弯曲模量(MPa)     10500     13600     14200     17100
 缺口冲击强度(KJ/m<sup>2</sup>)     13.5     14.6     15.1     16.0
 熔融指数(g/10min)     15     16.1     12     9.3
 热变形温度(0.45MPa)     230     261     258     290
 线性成型收缩率     0.0013     0.0007     0.0011     0.0005
对比例1~2的配方及材料性能见表2:
表2
    1#     2#
    PA6     60
    PA66     50
    LLDPE-g-MAH     10     10
    玻璃纤维     24.5     34.5
    KH-550     3     3
    KH-570
    1010     1     1
    硬脂酸钙     1.5     1.5
    拉伸强度(MPa)     176     245
    弯曲强度(MPa)     230     290
    弯曲模量(MPa)     8700     12500
    缺口冲击强度(KJ/m<sup>2</sup>)     10.3     13.6
    熔融指数(g/10min)     16     12.0
    热变形温度(0.45MPa)     190     231
    线性成型收缩率     0.0016     0.0008
从以上实施例和比较例性能可以看出,本发明的玄武岩纤维增强尼龙组合物体系是一种高强度、高耐热且制品尺寸稳定性优良的组合物体系。
以上对本发明所提供的一种高强度玄武岩纤维增强尼龙组合物及其制备方法进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种高强度玄武岩纤维增强尼龙组合物,其特征在于,其组成按重量配比为:
尼龙          50-70%;
玄武岩纤维    20-40%;
增韧剂        3-12%;
抗氧剂        1-5%;
偶联剂        0.3-1%;
其他助剂      0-15%;
所述的尼龙为尼龙6和尼龙66;
所述的玄武岩纤维为连续玄武岩纤维,其公制号数为300-1000tex;
所述的其他助剂为润滑剂或色粉。
2.如权利要求1所述的高强度玄武岩纤维增强尼龙组合物,其特征在于:所述的增韧剂为聚烯烃接枝马来酸酐。
3.如权利要求1所述的高强度玄武岩纤维增强尼龙组合物,其特征在于:所述的抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂245;所述的抗氧剂1010为四〔β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯,所述的抗氧剂245为三甘醇-双-〔3-(3-叔丁基-4-基-5-甲基苯)〕丙酸酸酯。
4.如权利要求1所述的高强度玄武岩纤维增强尼龙组合物,其特征在于:所述的偶联剂为KH-550或KH-570,所述的KH-550为γ-氨丙基三乙氧基硅烷,所述的KH-570为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
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