CN101875781B - 一种高韧低收缩聚酰胺材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高韧低收缩的聚酰胺材料及其制备方法。高韧低收缩聚酰胺材料,按重量百分比由以下组分组成:聚己二酸己二胺树脂50-68%、云母粉20-30%、增韧剂10-20%、润滑剂0.3-0.6%、抗氧化剂0.3-0.6%、分散剂1-2%。本发明融合了增强与增韧的技术,通过选取材料将产品的整体性能做出调整,在强度、耐热以及低温特性上找到综合平衡点,使材料在低温和常温下都能保证良好的机械性能,强度及韧性互补,材料收缩率小,表面质量好,材料成本低,是一种经济实惠、耐用的改性复合材料。

Description

一种高韧低收缩聚酰胺材料及其制备方法
[技术领域]
本发明涉及高分子材料技术领域,尤其涉及一种高韧低收缩的聚酰胺材料及其制备方法。
[背景技术]
现在塑胶材料的应用越来越广泛,很多工业领域上大量使用塑料来替代其他金属材料,工程塑料行业取得了突飞猛进的发展。目前国内生产的PA66增强材料大都采用玻璃纤维增强或者矿物填充增强,这类材料机械强度、耐热性能都比较好,在很多工业领域得到广泛的应用。这类材料主要制作大型运动器件如转动轴、齿轮,机械传动件或者强度要求较高的结构件如外壳、底座等。但是,这类材料注塑成型较为困难,对模温、注塑工艺、模具结构、排气系统等要求也很高,产品的表面也比较粗糙,制品流痕比较明显。另一类是耐低温的超韧材料,这类材料的韧性、表面光泽度都非常好,耐低温效果好,但材料的强度不高,收缩率比较大,很容易变形、缩水,在高温条件下使用也很容易软化。一些特殊环境下如时而低温,时而高温,韧性好则强度低,耐热性能差;强度好耐热好则低温韧性很差。可能导致一个部件在不同温度条件下需要选取不同的材料,更换频繁,成本高,操作也不方便。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种在低温和常温下都能保证较好机械性能,强度及韧性互补,综合性能高的高韧低收缩聚酰胺材料。
本发明另一个要解决的技术问题是提供一种在低温和常温下都能保证较好机械性能,强度及韧性互补,综合性能高的高韧低收缩聚酰胺材料制备方法。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是,一种高韧低收缩聚酰胺材料,按重量百分比由以下组分组成:
聚己二酸己二胺树脂        50-68%
云母粉                    20-30%
增韧剂                    10-20%
润滑剂                    0.3-0.6%
抗氧化剂                  0.3-0.6%
分散剂                    1-2%。
以上所述的高韧低收缩聚酰胺材料,所述的聚己二酸己二胺树脂的乌氏粘度在2.6-3.0之间。所述的云母粉为通用型非金属矿物,细度为1500-3000目。所述的增韧剂为POE弹性体及PE马来酸酐接支物的混合物。,所述的润滑剂为硬脂酸或脂肪酸类的白色粉末。所述的抗氧化剂为三甘醇双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2,4-二叔丁基酚)亚磷酸酯中的一种。所述的分散剂为硅氧烷系列粉状物。
以上所述的高韧低收缩聚酰胺材料,按重量百分比由以下组分组成:
聚己二酸己二胺树脂        53-57%
云母粉                    20-24%
增韧剂                    18-2%
润滑剂                    0.3-0.6%
抗氧化剂                  0.3-0.6%
分散剂                    1-2%。
一种上述高韧低收缩聚酰胺材料的制备方法的技术方案是,包括以下步骤:
按上述配比称量原材料;
将聚己二酸己二胺树脂、润滑剂、云母粉、抗氧化剂、增韧剂、分散剂按顺序加入搅拌桶中混合6-10分钟;转速在500-1200转/分钟;
将步骤(2)中混好的原料置于挤出机的下料桶中,经双螺杆挤出机熔融挤出,造粒;双螺杆挤出机工艺条件为:双螺杆挤出机一区温度为240~260℃,二区温度为250~270℃,三区温度为250~280℃,四区温度为260~280℃,五区250~265℃,混合料在螺杆中输送时间为1-2分钟,压力为10-20MPa。
本发明组分云母的功能是提高材料的强度以及耐温性能,同时提高材料的表面光泽度,并保证材料达到低收缩率的目的。
组分增韧剂的功能是提高材料的低温韧性,使用互配的增韧剂是保持材料有很好的韧性,同时保持材料的强度及延展率。
组分分散剂的功能是提高材料的自润滑性以及耐磨性。
本发明高韧低收缩聚酰胺材料融合了增强与增韧的技术,通过选取材料将产品的整体性能做出调整,在强度、耐热以及低温特性上找到综合平衡点,使材料在低温和常温下都能保证良好的机械性能,强度及韧性互补,材料收缩率小,表面质量好,材料成本低,是一种经济实惠、耐用的改性复合材料。
[具体实施方式]
以下结合实施例对本发明作详细的说明:
在下面各实施例中,聚己二酸己二胺为神马EPR-27、华洋HYS27B、首诺50BWFS等中的一种,乌氏粘度在2.6-3.0之间;增韧剂为柏晨PC-28、海尔科化KHEP680C3中的一种;润滑剂为邵阳天堂的硬脂酸或者硬脂酸锌等硬脂酸系列的一种;分散剂为为浙江佳华SG-100的硅氧烷;抗氧化剂为汽巴、雅宝、罗门哈斯等的1010,1076;云母粉为锦龙辉CJ-JLH4。
实施例1:
组分(按重量百分比)PA6668.4%、润滑剂0.3%云母15%、增韧剂15%、耐磨剂1%、抗氧化剂0.3%。
制备方法:称取上述原料,将原料按顺序加入搅拌桶中混合6-10分钟,搅拌桶的转速为500-1200转/分钟;将混好的原料置于挤出机的下料桶中,经双螺杆挤出机熔融挤出,造粒;工艺条件为:双螺杆挤出机一区温度为240~260℃,二区温度为250~270℃,三区温度为250~280℃,四区温度为260~280℃,五区250~265℃,混合料在螺杆中输送时间为1分钟,压力为10-20MPa。采用高温低转数的加工工艺,使材料各组分充分分散与相容.
实施例2:
组分(按重量百分比)PA6662.4%、润滑剂0.3%、云母15%、增韧剂20%、耐磨剂2%、抗氧化剂0.3%。
制备方法:称取上述原料,将原料按顺序加入搅拌桶中混合6-10分钟,搅拌桶的转速为500-1200转/分钟;将混好的原料置于挤出机的下料桶中,经双螺杆挤出机熔融挤出,造粒;双螺杆挤出机工艺条件为:双螺杆挤出机一区温度为240~260℃,二区温度为250~270℃,三区温度为250~280℃,四区温度为260~280℃,五区250~265℃,混合料在螺杆中输送时间为1分钟,压力为10-20MPa。采用高温低转数的加工工艺,使材料各组分充分分散与相容.
实施例3:
组分(按重量百分比)PA6661.4%、润滑剂0.3%、云母22%、增韧剂15%、耐磨剂1%、抗氧化剂0.3%。
制备方法:称取上述原料,将原料按顺序加入搅拌桶中混合6-10分钟,搅拌桶的转速为500-1200转/分钟;将混好的原料置于挤出机的下料桶中,经双螺杆挤出机熔融挤出,造粒;双螺杆挤出机工艺条件为:双螺杆挤出机一区温度为240~260℃,二区温度为250~270℃,三区温度为250~280℃,四区温度为260~280℃,五区250~265℃,混合料在螺杆中输送时间为1分钟,压力为10-20MPa。采用高温低转数的加工工艺,使材料各组分充分分散与相容.
实施例4:
组分(按重量百分比)PA6655%、润滑剂0.5%、云母22%、增韧剂20%、耐磨剂2%、抗氧化剂0.5%。
制备方法:称取上述原料,将原料按顺序加入搅拌桶中混合6-10分钟,搅拌桶的转速为500-1200转/分钟;将混好的原料置于挤出机的下料桶中,经双螺杆挤出机熔融挤出,造粒;双螺杆挤出机工艺条件为:双螺杆挤出机一区温度为240~260℃,二区温度为250~270℃,三区温度为250~280℃,四区温度为260~280℃,五区250~265℃,混合料在螺杆中输送时间为1分钟,压力为10-20MPa。采用高温低转数的加工工艺,使材料各组分充分分散与相容.
实施例5:
组分(按重量百分比)PA6647.4%、润滑剂0.3%、云母30%、增韧剂20%、耐磨剂2%、抗氧化剂0.3%。
制备方法:称取上述原料,将原料按顺序加入搅拌桶中混合6-10分钟,搅拌桶的转速为500-1200转/分钟;将混好的原料置于挤出机的下料桶中,经双螺杆挤出机熔融挤出,造粒;双螺杆挤出机工艺条件为:双螺杆挤出机一区温度为240~260℃,二区温度为250~270℃,三区温度为250~280℃,四区温度为260~280℃,五区250~265℃,混合料在螺杆中输送时间为1分钟,压力为10-20MPa。采用高温低转数的加工工艺,使材料各组分充分分散与相容.
对比例1:
组分(按重量百分比)PA6683.4%、增韧剂15%、耐磨剂1%、润滑剂0.3%、抗氧化剂0.3%。
制备方法:称取上述原料,将混好的原料置于挤出机的下料桶中,经双螺杆挤出机熔融挤出,造粒;双螺杆挤出机工艺条件为:双螺杆挤出机一区温度为240~260℃,二区温度为250~270℃,三区温度为250~280℃,四区温度为260~280℃,五区250~265℃,混合料在螺杆中输送时间为1分钟,压力为10-20MPa。采用高温低转数的加工工艺,使材料各组分充分分散与相容.
对比例2:
组分(按重量百分比)PA6668.4%、玻璃纤维30%、耐磨剂1%、润滑剂0.3%、抗氧化剂0.3%。
制备方法:称取上述原料,将混好的原料置于挤出机的下料桶中,经双螺杆挤出机熔融挤出,造粒;双螺杆挤出机工艺条件为:双螺杆挤出机一区温度为240~260℃,二区温度为250~270℃,三区温度为250~280℃,四区温度为260~280℃,五区250~265℃,混合料在螺杆中输送时间为1分钟,压力为10-20MPa。采用高温低转数的加工工艺,使材料各组分充分分散与相容.
对比例3:
组分(按重量百分比)PA6653.4%、玻璃纤维30%、增韧剂15%、耐磨剂1%、润滑剂0.3%、抗氧化剂0.3%。
制备方法:称取上述原料,将混好的原料置于挤出机的下料桶中,经双螺杆挤出机熔融挤出,造粒;双螺杆挤出机工艺条件为:双螺杆挤出机一区温度为240~260℃,二区温度为250~270℃,三区温度为250~280℃,四区温度为260~280℃,五区250~265℃,混合料在螺杆中输送时间为1分钟,压力为10-20MPa。采用高温低转数的加工工艺,使材料各组分充分分散与相容。
性能评价方式及实行标准:
将上述完成造粒的粒子在100-120℃的鼓风干燥箱中烘干3-4小时,然后在注射成型机上进行测试样件的制作成型。
将上述完成造粒的粒子在130--150℃的鼓风烘箱中干燥4~6小时,再将干燥的粒子在80T注塑机上注塑制样,制样过程中保持模温在70~100℃之间。
拉伸强度按ASTM/D-638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ASTM/D-790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;冲击强度按ASTM/D-256标准进行检验,试样类型为V型,试样尺寸(mm):(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2);耐低温测试是在-30℃的低温箱中放置4小时,再按GB/T 1043标准进行检验;热变形温度按ASTM/D-648标准进行检验,负载为1.82MPa.跨距为100mm。流动性能按照ISO 1133进行测试,为统一衡量材料的流动性能,采用同样的测试条件为温度275℃,砝码为5KG。
实施例与对比例的原料重量份数及制成的复合材料性能表
组成(重量百分比)   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   对比例1   对比例2   对比例3
  PA66   68.4   62.4   61.4   55   47.4   83.4   68.4   53.4
  云母   15   15   22   22   30   0   0   15
  增韧剂   15   20   15   20   20   15   0   0
  润滑剂   0.3   0.3   0.3   0.5   0.3   0.3   0.3   0.3
  抗氧化剂   0.3   0.3   0.3   0.5   0.3   0.3   0.3   0.3
  分散剂   1   2   1   2   2   1   1   1
  玻璃纤维   0   0   0   0   0   0   30   30
  比重   1.20   1.19   1.22   1.21   1.26   1.09   1.38   1.35
  拉伸强度   60   55   67   64   85   45   180   120
  伸展率   130   180   110   140   80   300   2.5   25
  弯曲强度   90   83   94   89   112   72   240   185
  弯曲模量   2500   2100   2700   2300   3150   1800   7500   5000
  常温冲击强度(25℃)   190   210   170   150   180   350   135   240
  低温冲击强度(-30℃)   105   120   100   90   75   145   65   95
  熔融指数(g/10min)   90   75   85   80   65   110   60   45
  热变形温度(℃)   90   75   118   112   140   50   240   180
  收缩率(%)   0.6   0.6   0.5   0.5   0.5   1.2   0.3   0.5
从表中可以看出:实施例1-5与对比例1相比,由于添加了云母粉,材料的强度有明显的提高,材料的收缩率也有明显的下降,但是材料的伸展率以及常温、低温冲击强度略有下降,材料的整体性能发生变化,既保持了良好的常、低温韧性,也明显提高了材料的强度、耐低温性能。实施例1-5与对比例2相比,材料的总体强度没有对比例2高,但常温及低温冲击性能却高出很多,在低温条件下有明显的优势.实施例1-5与对比例3相比,材料的伸展率与流动性有明显的优势。综上所述,添加一定含量的云母材料,产品的强度、耐热性能、高低温冲击强度都有一定程度的提高,材料的收缩率下降明显。整体的物理性能维持在超韧尼龙及玻璃纤维增强超韧尼龙之间。
由实施例1-5来看,增韧剂含量一定时,材料添加云母含量越高,材料的强度及耐热也得到明显的提高,材料的收缩率也明显下降,但是材料的伸展率以及常低温冲击强度也会下降,材料的低温韧性越差;当云母含量一定时,添加的增韧剂越多,常低温冲击强度明显提高,材料的伸展率也越高,材料低温韧性越好,但是材料的强度下降明显,机械性能在常温或者略高温度下就难以得到保证。综合考虑材料的整体性能,实施例4效果最好,将材料的机械强度、常低温冲击强度、伸展率以及材料的收缩率都得到综合平衡。
以上实施例融合了增强与增韧的技术,对材料的整体性能做出调整,在强度、耐热以及低温特性上找到综合平衡点,使材料在低温和常温下都能得到良好的机械性能,强度及韧性互补,材料收缩率小,表面质量好,成本低,是经济实惠、耐用的改性复合材料。

Claims (8)

1.一种高韧低收缩聚酰胺材料,其特征在于,按重量百分比由以下组分组成:
Figure FSB00000800634100011
所述各组分的重量百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的高韧低收缩聚酰胺材料,其特征在于,所述的聚己二酸己二胺树脂的乌氏粘度在2.6-3.0之间。
3.根据权利要求1所述的高韧低收缩聚酰胺材料,其特征在于,所述的云母粉为通用型非金属矿物,细度为1500-3000目。
4.根据权利要求1所述的高韧低收缩聚酰胺材料,其特征在于,所述的增韧剂为POE弹性体及PE马来酸酐接枝物的混合物。
5.根据权利要求1所述的高韧低收缩聚酰胺材料,其特征在于,所述的润滑剂为脂肪酸类的白色粉末。
6.根据权利要求1所述的高韧低收缩聚酰胺材料,其特征在于,所述的抗氧化剂为三甘醇双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2,4-二叔丁基酚)亚磷酸酯中的一种。
7.根据权利要求1所述的高韧低收缩聚酰胺材料,其特征在于,所述的分散剂为硅氧烷系列粉状物。
8.一种权利要求1所述的高韧低收缩聚酰胺材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)按权利要求1的配比称量原材料;
(2)将聚己二酸己二胺树脂、润滑剂、云母粉、抗氧化剂、增韧剂、分散剂按顺序加入搅拌桶中混合6-10分钟;转速在500-1200转/分钟;
(3)将步骤(2)中混好的原料置于挤出机的下料桶中,经双螺杆挤出机熔融挤出,造粒;双螺杆挤出机工艺条件为:双螺杆挤出机一区温度为240~260℃,二区温度为250~270℃,三区温度为250~280℃,四区温度为260~280℃,五区250~265℃,混合料在螺杆中输送时间为1-2分钟,压力为10-20MPa。
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