CN101580636A - 用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料及其制备方法。该复合材料由尼龙6切片、玻璃纤维、玻璃微珠、相容剂、抗氧剂、偶联剂和润滑剂组成。制备方法包括以下步骤：(1)将尼龙6切片、相容剂、抗氧剂、偶联剂和润滑剂均匀混合后在第一节螺筒处加入到双螺杆挤出机，在第四节螺筒处用侧喂料机加入玻璃微珠，在第六节螺筒处用侧喂料机加入玻璃纤维；(2)挤出造粒后干燥、冷却，得到汽车空调风门抗翘曲尼龙6复合材料。本发明制备的抗翘曲尼龙6复合材料具有极高弯曲模量、高流动性及良好的尺寸稳定性，解决了大制件由于材料收缩产生的翘曲问题，保证制件的装配。

Description

用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属高分子材料技术领域，具体涉及一种可用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料及其制备方法。
背景技术
尼龙6具有良好的物理、机械性能，例如拉伸强度高，耐磨性优异，抗冲击性能好，耐化学药品和耐油性突出，是五大通用工程塑料中应用最广的品种。由于汽车空调风门使用的特殊环境，因此对所用的材料要求具有很高的综合性能。用于汽车空调风门的尼龙材料大多为玻璃纤维增强的改性尼龙，现有增强尼龙存在制品易翘曲、流动性较差等缺点，导致其注射制品尺寸不稳定易变形，对制品后组装产生不良影响，严重影响其使用功能。在配方方面由于单纯选用玻璃纤维来增强，造成易翘曲、流动性差等现象，即使添加矿物来改善翘曲及流动性，但对力学性能造成很大负面影响。在工艺方面，现主要采用体积式喂料同时喂尼龙、矿粉以及其他添加剂，侧喂料用长玻纤，此种生产工艺经常使产品质量不稳定。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的首要目的在于提供一种用于汽车空调风门具有极高弯曲模量、高流动性及良好的尺寸稳定性的抗翘曲尼龙6复合材料，通过添加玻璃微珠提高材料的弯曲模量从而降低材料的收缩率并且可以提高流动性、并适当添加相容剂和润滑剂，使得到该尼龙6复合材料具有优异的力学性能、抗翘曲性、弯曲模量和流动性。
本发明的另一目的在于提供一种上述用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料的制备方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料，所述尼龙6复合材料由尼龙6切片、玻璃纤维、玻璃微珠、相容剂、抗氧剂、偶联剂和润滑剂组成，所述尼龙6复合材料的组分按重量份计为：
尼龙6切片    58.7～70.7份
玻璃纤维     20～26份
玻璃微珠     4～10份
相容剂       4～6份
抗氧剂       0.3～0.5份
偶联剂       0.3～0.6份
润滑剂       0.3～0.6份。
所述尼龙6切片为中低粘度尼龙，粘度为2.4～2.7Pa·S。
所述玻璃纤维为单丝直径9～11μm，短切长度3～10mm的无碱短切玻璃纤维(属铝硼硅酸盐玻璃)，优选玻璃纤维ECS301CL或玻璃纤维560。
所述玻璃微珠是目数为2500～3000目的硅硼酸盐类粉末状化合物。优选玻璃微珠3000CP0203或玻璃微珠050-20-215。
所述的相容剂为乙烯-辛稀共聚物接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐或三元乙丙橡胶接枝马来酸酐。
所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂复配而成，优选为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂以1∶2的质量比复配，更优选为N，N′-1，6-亚己基-双[3-(3，5-二叔丁基-4-4羟基苯基)丙酰胺](抗氧剂1098)和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)以1∶2的质量比复配。
所述的偶联剂为硅烷偶联剂，优选γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲基氧基硅烷(KH560)。
所述的润滑剂为乙烯-丙烯酸共聚物、乙撑双脂肪酸酰胺(TAF)和硅硐粉中的一种或一种以上混合物。
上述用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料的制备方法，采用尼龙6切片为基体树脂，以玻璃纤维、玻璃微珠作为填充物，辅以相容剂、抗氧剂、润滑剂等，在双螺杆挤出机中共混熔融后挤出成产品，包括如下步骤：
(1)将尼龙6切片、相容剂、抗氧剂、偶联剂和润滑剂均匀混合后在第一节螺筒处加入到双螺杆挤出机，在第四节螺筒处用侧喂料机加入玻璃微珠，在第六节螺筒处用侧喂料机加入玻璃纤维；所述加入的量均采用失重称控制进行；
双螺杆挤出机共有螺筒10节，第十节螺筒处接有机头，对应的加热区有10区，螺筒及机头对应的加热区如下：第一节螺筒为进料口，无加热装置，第二节螺筒为第一加热区，第三节螺筒为第二加热区，第四节螺筒为第三加热区，第五节螺筒为第四加热区，第六节螺筒为第五加热区，第七节螺筒为第六加热区，第八节螺筒为第七加热区，第九节螺筒为第八加热区，，第十节螺筒为第九加热区，机头为第十加热区；
所述双螺杆挤出机的加工工艺条件如下：
温度为第二节螺筒220℃～230℃；第三节螺筒220℃～240℃；第四节螺筒220℃～240℃；第五节螺筒220℃～250℃；第六节螺筒230℃～260℃；第七节螺筒230℃～260℃；第八节螺筒230℃～250℃；第九节螺筒220℃～250℃；第十节螺筒220℃～240℃；机头220℃～240℃；
转速为：主机250～400转/分钟；侧喂料机250～400转/分钟；
(2)挤出造粒后干燥、冷却，得到成品汽车空调风门抗翘曲尼龙6复合材料。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)玻璃微珠的硅氧键中氧原子与尼龙6的端氨基的氢原子能够形成氢键，从而使尼龙6与玻璃微珠的界面作用增强，因此使材料的力学性能提高。当玻璃微珠含量少时，它可能在界面上通过空化作用和对材料中裂纹扩展起阻碍作用而提高冲击强度。当玻璃微珠含量增大到一定程度，玻璃微珠粒子间形成堆积，形成粒子附聚体，而粒子附聚体在材料中是薄弱环节，受力后易造成应力集中，引起材料破坏，因而强度降低。玻璃微珠与玻纤有较好的协同效应，这是因为不同增强剂之间的作用力可相对削弱同种增强剂的自聚力或集束力，复合过程中易于进行力和能量的传递而形成良好的分散，充分发挥了不同增强剂的各自优势，体现了良好的堆砌作用，使宏观力学性能得到提高。同时由于玻璃微珠与玻纤阻碍了尼龙6分子链热运动，在其中起到骨架支撑作用，因而耐热性能也有改进，并对成型时由于流动取向引起的收缩亦有改善。
(2)在配方方面，本发明摒弃了以往加入玻璃纤维或玻璃纤维与矿粉混合填充的配方，同时加入玻璃纤维与玻璃微珠到配方体系中；相比单纯加入玻璃纤维的配方体系，玻璃纤维与玻璃微珠同时加入到配方体系中时，可以在不降低拉伸、弯曲、冲击强度的情况下，提高产品的流动性及尺寸稳定性，还可以改善产品的外观；相比玻璃纤维与矿粉混合填充的配方，本发明采用的配方只需加入少量玻璃微珠就可显著提高产品的拉伸强度、冲击强度、流动性以及尺寸稳定性。
(3)在工艺方面，本发明改变了以往粒料与粉料共混后投料、长玻纤生产以及侧喂料体积式喂料的方式，把尼龙6、玻璃微珠、玻璃纤维分段同时喂料，并采用失重称严格控制各组分重量比。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
尼龙6切片(相对粘度2.7Pa·S)                            61.5重量份
玻璃纤维(ECS301CL，购自重庆国际复合材料有限公司)       24重量份
玻璃微珠(3000CP，购自美国波特公司)                     8重量份
相容剂(聚丙烯接枝马来酸酐)                             5重量份
抗氧剂(抗氧剂1098∶抗氧剂168＝1∶2)                    0.5重量份
偶联剂(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲基氧基硅烷)              0.4重量份
润滑剂(硅酮粉)                                         0.6重量份
将上述比例的尼龙6切片、相容剂、抗氧剂、偶联剂和润滑剂在高速混料机以1000r/min速度搅拌1分钟，将混合好的上述物料通过失重称从第一节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃微珠通过失重称及侧喂料机从第四节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃纤维通过失重称及侧喂料机从第六节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，侧喂料机的转速为250转/分；经长径比为40∶1、螺杆直径为75mm的双螺杆挤出机熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的主机转速是300转/分，挤出机各节螺筒的温度依次为220℃、220℃、220℃、220℃、230℃、230℃、230℃、220℃、220℃，机头的温度为220℃，挤出造粒后干燥、冷却，得到成品即为用于汽车空调风门抗翘曲尼龙6复合材料。其性能指标如表1所示。
实施例2
尼龙6切片(相对粘度2.5Pa·S)                    64.9重量份
玻璃纤维(560，购自浙江巨石集团)                20重量份
玻璃微珠(050-20-215，购自法国菲蒂克公司)       10重量份
相容剂(三元乙丙橡胶接枝马来酸酐)               4重量份
抗氧剂(抗氧剂1098∶抗氧剂168＝1∶2)            0.5重量份
偶联剂(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲基氧基硅烷)      0.3重量份
润滑剂(乙烯-丙烯酸共聚物)                      0.3重量份
将上述比例的尼龙6切片、相容剂、抗氧剂、偶联剂和润滑剂在高速混料机以1000r/min速度搅拌1分钟，将混合好的上述物料通过失重称从第一节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃微珠通过失重称及侧喂料机从第四节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃纤维通过失重称及侧喂料机从第六节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，侧喂料机的转速为300转/分；经长径比为40∶1、螺杆直径为75mm的双螺杆挤出机熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的主机转速是400转/分，挤出机各节螺筒的温度依次为230℃、240℃、240℃、250℃、260℃、260℃、250℃、250℃、240℃，机头的温度为240℃，挤出造粒后干燥、冷却，得到成品即为用于汽车空调风门抗翘曲尼龙6复合材料。其性能指标如表1所示。
实施例3
尼龙6切片(相对粘度2.6Pa·S)                    62.65重量份
玻璃纤维(560，购自浙江巨石集团)                24重量份
玻璃微珠(3000CP，购自美国波特公司)             6重量份
相容剂(乙烯-辛稀共聚物接枝马来酸酐)            6重量份
抗氧剂(抗氧剂1098∶抗氧剂168＝1∶2)            0.4重量份
偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)                  0.5重量份
润滑剂(TAF)                                    0.45重量份
将上述比例的尼龙6切片、相容剂、抗氧剂、偶联剂和润滑剂在高速混料机以1000r/min速度搅拌1分钟，将混合好的上述物料通过失重称从第一节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃微珠通过失重称及侧喂料机从第四节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃纤维通过失重称及侧喂料机从第六节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，侧喂料机的转速为400转/分；经长径比为40∶1、螺杆直径为75mm的双螺杆挤出机熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的主机转速是350转/分，挤出机各节螺筒的温度依次为225℃、230℃、230℃、235℃、245℃、245℃、240℃、235℃、230℃，机头的温度为230℃，挤出造粒后干燥、冷却，得到成品即为用于汽车空调风门抗翘曲尼龙6复合材料。其性能指标如表1所示。
实施例4
尼龙6切片(相对粘度2.4Pa·S)                         58.65重量份
玻璃纤维(ECS301CL，购自重庆国际复合材料有限公司)    26重量份
玻璃微珠(3000CP，购自美国波特公司)                  10重量份
相容剂(乙烯-辛稀共聚物接枝马来酸酐)                 4重量份
抗氧剂(抗氧剂1098∶抗氧剂168＝1∶2)                 0.3重量份
偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)                       0.45重量份
润滑剂(TAF)                                         0.6重量份
将上述比例的尼龙6切片、相容剂、抗氧剂、偶联剂和润滑剂在高速混料机以1000r/min速度搅拌1分钟，将混合好的上述物料通过失重称从第一节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃微珠通过失重称及侧喂料机从第四节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃纤维通过失重称及侧喂料机从第六节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，侧喂料机的转速为350转/分；经长径比为40∶1、螺杆直径为75mm的双螺杆挤出机熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的主机转速是400转/分，挤出机各节螺筒的温度依次为220℃、220℃、240℃、250℃、260℃、235℃、235℃、220℃、220℃，机头的温度为220℃，挤出造粒后干燥、冷却，得到成品即为用于汽车空调风门抗翘曲尼龙6复合材料。其性能指标如表1所示。
实施例5
尼龙6切片(相对粘度2.4Pa·S)                            63.8重量份
玻璃纤维(ECS301CL，购自重庆国际复合材料有限公司)       23重量份
玻璃微珠(050-20-215，购自法国菲蒂克公司)               7重量份
相容剂(乙烯-辛稀共聚物接枝马来酸酐)                    5重量份
抗氧剂(抗氧剂1098∶抗氧剂168＝1∶2)                    0.3重量份
偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)                          0.4重量份
润滑剂(乙烯-丙烯酸共聚物)                              0.5重量份
将上述比例的尼龙6切片、相容剂、抗氧剂、偶联剂和润滑剂在高速混料机以1000r/min速度搅拌1分钟，将混合好的上述物料通过失重称从第一节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃微珠通过失重称及侧喂料机从第四节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃纤维通过失重称及侧喂料机从第六节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，经长径比为40∶1、螺杆直径为75mm的双螺杆挤出机熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的主机转速是250转/分，挤出机各节螺筒的温度依次为225℃、230℃、240℃、245℃、250℃、230℃、235℃、220℃、220℃，机头的温度为230℃，挤出造粒后干燥、冷却，得到成品即为用于汽车空调风门抗翘曲尼龙6复合材料。其性能指标如表2所示。
实施例6
尼龙6切片(相对粘度2.5Pa·S)                            62.75重量份
玻璃纤维(ECS301CL，购自重庆国际复合材料有限公司)       25重量份
玻璃微珠(3000CP，购自美国波特公司)                     5重量份
相容剂(三元乙丙橡胶接枝马来酸酐)                       6重量份
抗氧剂(抗氧剂1098∶抗氧剂168＝1∶2)                    0.4重量份
偶联剂(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲基氧基硅烷)              0.45重量份
润滑剂(TAF)                                            0.4重量份
将上述比例的尼龙6切片、相容剂、抗氧剂、偶联剂和润滑剂在高速混料机以1000r/min速度搅拌1分钟，将混合好的上述物料通过失重称从第一节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃微珠通过失重称及侧喂料机从第四节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃纤维通过失重称及侧喂料机从第六节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，侧喂料机的转速为300转/分；经长径比为40∶1、螺杆直径为75mm的双螺杆挤出机熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的主机转速是450转/分，挤出机各节螺筒的温度依次为220℃、220℃、220℃、220℃、230℃、245℃、240℃、235℃、230℃，机头的温度为230℃，挤出造粒后干燥、冷却，得到成品即为用于汽车空调风门抗翘曲尼龙6复合材料。其性能指标如表2所示。
实施例7
尼龙6切片(相对粘度2.6Pa·S)                    70.65重量份
玻璃纤维(560，购自浙江巨石集团)                20重量份
玻璃微珠(050-20-215，购自法国菲蒂克公司)       4重量份
相容剂(聚丙烯接枝马来酸酐)                     4重量份
抗氧剂(抗氧剂1098∶抗氧剂168＝1∶2)            0.3重量份
偶联剂(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲基氧基硅烷)      0.6重量份
润滑剂(硅酮粉)                                 0.45重量份
将上述比例的尼龙6切片、相容剂、抗氧剂、偶联剂和润滑剂在高速混料机以1000r/min速度搅拌1分钟，将混合好的上述物料通过失重称从第一节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃微珠通过失重称及侧喂料机从第四节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃纤维通过失重称及侧喂料机从第六节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，侧喂料机的转速为400转/分；经长径比为40∶1、螺杆直径为75mm的双螺杆挤出机熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的主机转速是300转/分，挤出机各节螺筒的温度依次为225℃、225℃、230℃、220℃、240℃、230℃、250℃、220℃、220℃，机头的温度为220℃，挤出造粒后干燥、冷却，得到成品即为用于汽车空调风门抗翘曲尼龙6复合材料。其性能指标如表2所示。
实施例8
尼龙6切片(相对粘度2.7Pa·S)                    62.6重量份
玻璃纤维(560，购自浙江巨石集团)                22重量份
玻璃微珠(050-20-215，购自法国菲蒂克公司)        8重量份
相容剂(乙烯-辛稀共聚物接枝马来酸酐)             6重量份
抗氧剂(抗氧剂1098∶抗氧剂168＝1∶2)             0.5重量份
偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)                   0.6重量份
润滑剂(硅酮粉)                                  0.3重量份
将上述比例的尼龙6切片、相容剂、抗氧剂、偶联剂和润滑剂在高速混料机以1000r/min速度搅拌1分钟，将混合好的上述物料通过失重称从第一节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃微珠通过失重称及侧喂料机从第四节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，将玻璃纤维通过失重称及侧喂料机从第六节螺筒处加入到双螺杆挤出机中，侧喂料机的转速为250转/分；经长径比为40∶1、螺杆直径为75mm的双螺杆挤出机熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的主机转速是330转/分，挤出机各节螺筒的温度依次为230℃、240℃、240℃、250℃、250℃、240℃、240℃、235℃、235℃，机头的温度为220℃，挤出造粒后干燥、冷却，得到成品即为用于汽车空调风门抗翘曲尼龙6复合材料。其性能指标如表2所示。
表1 实施例1～4的尼龙6复合材料的性能检测结果
Figure A20091004042100121
表2 实施例5～8的尼龙6复合材料的性能检测结果
Figure A20091004042100131
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料，其特征在于：所述尼龙6复合材料由尼龙6切片、玻璃纤维、玻璃微珠、相容剂、抗氧剂、偶联剂和润滑剂组成，所述尼龙6复合材料的组分按重量份计为：
尼龙6切片        58.7～70.7份
玻璃纤维         20～26份
玻璃微珠         4～10份
相容剂           4～6份
抗氧剂           0.3～0.5份
偶联剂           0.3～0.6份
润滑剂           0.3～0.6份。
2、根据权利要求1所述的一种用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料，其特征在于：所述尼龙6切片的粘度为2.4～2.7Pa·S。
3、根据权利要求1所述的一种用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维为无碱短玻璃纤维；所述玻璃微珠为硅硼酸盐类化合物。
4、根据权利要求3所述的一种用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料，其特征在于：所述无碱短玻璃纤维是单丝直径9～11μm，短切长度3～10mm的无碱短玻璃纤维；所述玻璃微珠的目数为2500～3000目。
5、根据权利要求1或3所述的一种用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维为玻璃纤维ECS301CL或玻璃纤维560；所述玻璃微珠是玻璃微珠3000CP0203或玻璃微珠050-20-215。
6、根据权利要求1所述的一种用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料，其特征在于：所述相容剂为乙烯-辛稀共聚物接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐或三元乙丙橡胶接枝马来酸酐；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；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述润滑剂为乙烯-丙烯酸共聚物、乙撑双脂肪酸酰胺和硅硐粉中的一种或一种以上混合物。
7、根据权利要求1或6所述的一种用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料，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以1∶2的质量比复配而成；所述偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲基氧基硅烷。
8、根据权利要求7所述的一种用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料，其特征在于：所述抗氧剂是N，N′-1，6-亚己基-双[3-(3，5-二叔丁基-4-4羟基苯基)丙酰胺]和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯以1∶2质量比复配。
9、根据权利要求1所述的用于汽车空调风门的抗翘曲尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将尼龙6切片、相容剂、抗氧剂、偶联剂和润滑剂均匀混合后在第一节螺筒处加入到双螺杆挤出机，在第四节螺筒处用侧喂料机加入玻璃微珠，在第六节螺筒处用侧喂料机加入玻璃纤维；所述加入的量均采用失重称控制进行；
所述双螺杆挤出机的加工工艺条件如下：
温度为第一节螺筒220℃～230℃；第二节螺筒220℃～240℃；第三节螺筒220℃～240℃；第四节螺筒220℃～250℃；第五节螺筒230℃～260℃；第六节螺筒230℃～260℃；第七节螺筒230℃～250℃；第八节螺筒220℃～250℃；第九节螺筒220℃～240℃；机头220℃～240℃；
转速为：主机250～400转/分钟；侧喂料机250～400转/分钟；
(2)挤出造粒后干燥、冷却，得到成品汽车空调风门抗翘曲尼龙6复合材料。
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