CN102146206A

CN102146206A - 一种矿物填充聚酰胺复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102146206A
Application number: CN2011100801538A
Authority: CN
Inventors: 孙雅杰
Original assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd; Shanghai Kingfa Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd; Shanghai Kingfa Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2011-08-10

Abstract

本发明公开了一种矿物填充聚酰胺复合材料及其制备方法，由如下重量百分数的组分组成：聚酰胺树脂59～90%；矿物填料10～40％；表面活性剂0.1～1％；其中，所述聚酰胺树脂，其熔点在140℃～280℃，相对粘度为2.0～3.0；其制备方法为：从主喂料口加入聚酰胺树脂、部分或全部矿物填料、硅烷偶联剂，经过熔融共混；然后从侧喂料口加入剩下的矿物填料；待共混均匀后，经冷却、风干和造粒。其优点在于，1.采用具有一定长厚比的矿物填料，通过硅烷偶联剂的处理，矿物填料和聚酰胺树脂基体之间的结合能力大幅度提高，保证矿物填料在树脂基体中可以均匀分布；2.矿物填料通过主喂料口或侧喂料口分别加入，可以解决高填充含量时粉体下料问题，改善粉体的分散，保证材料具有良好的韧性和刚性。

Description

一种矿物填充聚酰胺复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚酰胺材料，特别是一种矿物填充聚酰胺复合材料，本发明还提供了一种聚酰胺复合材料的制备方法。

背景技术

聚酰胺材料具有优良的力学性能和成型加工性，可广泛应用于汽车、建筑、电子电器和家电等行业。经过矿物粉体或玻璃纤维改性的聚酰胺，能显著提高其强度、刚性和韧性，其中，矿物填充聚酰胺具有良好的表面、综合力学性能良好、低翘曲等特点，可以用来做汽车发动机罩盖、车轮罩盖以及后视镜支架等外观制件。

然而矿物填充聚酰胺复合材料一般较脆，为了提高矿物填充聚酰胺复合材料的韧性，往往是通过添加弹性体增韧剂来改善材料的韧性。比如，专利US5013786在矿物填充聚酰胺复合材料中加入0.5％～3%的增韧剂后，具有良好的韧性及表面，US5034450在矿物填充或增强聚酰胺材料中加入0.5～15% 聚酯弹性体，所制备的材料具有优异的缺口冲击强度，但是添加增韧剂后，损失了材料的强度以及刚性，材料的热变形温度下降明显，应用领域受到限制。因此为了保证材料的刚性和强度，需要通过特殊的配方体现进行增韧，US5500473在配方中通过芳香族聚酰胺和PA66或PA6复配，其填充材料具有较高的热变形温度和光泽度。US5683817通过在填充聚酰胺中添加脂肪酸类物质，所制备材料的悬臂梁缺口冲击强度达到11kJ/m²左右。中国专利CN 101418120A中通过加入处理后的超细碳酸钙，使其均匀分散在聚酰胺基体中，从而达到增韧的效果。中国专利ZL99801252.1公开了一种聚酰胺树脂组合物，由聚酰胺树脂和无机填料组成，其优点在于，高刚性、高韧性、阻燃性好。

但以上填料的不足之处在于，刚性和强度提高的同时，柔韧性和耐老化性能有所降低，且加工性能和材料表面受到影响。不能长期在恶劣环境下工作，不仅降低了使用寿命，也增加了使用成本。

发明内容

本发明在聚酰胺树脂中添加具有一定长厚比的填料以及硅烷表面处理，提供一种简单易行，成本低廉，适用于大规模量产的高光泽、高韧性、刚性好的矿物填充聚酰胺复合材料，同时具有较高的刚性和高光泽度，可以应用于汽车车轮罩盖、发动机罩盖以及后视镜等要求韧性好、刚性高、表面光滑的领域。

本发明所述聚酰胺树脂，由如下重量百分数的组分组成：

聚酰胺树脂 59～90%；

矿物填料 10～40％；

表面活性剂 0.1～1％；

其中，所述聚酰胺树脂，其熔点在140℃～280℃，相对粘度为2.0～3.0。

在上述矿物填充聚酰胺复合材料中，所述矿物填料是一种具有长厚比的填料，其中矿物填料优选高岭土，矿物填料的长厚比范围是4～100，平均粒径在100微米以下，其中优选长厚比4～20，平均粒径在20微米以下。

所述表面活性剂是包括硅烷、钛酸酯、锆酸酯、脂肪酸、磷酸酯或无机氧化物中的一种或几种；有机官能团包括氨基、环氧基、苯基、异氰酸酯、甲基丙烯酸酯或乙烯基，其中优选氨基硅烷偶联剂。

一种矿物填充聚酰胺复合材料的制备方法，其制备步骤如下：从主喂料口加入聚酰胺树脂、部分或全部矿物填料、硅烷偶联剂，经过熔融共混；然后从侧喂料口加入剩下的矿物填料；待共混均匀后，经冷却、风干和造粒。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.采用具有一定长厚比的矿物填料，通过硅烷偶联剂的处理，矿物填料和聚酰胺树脂基体之间的结合能力大幅度提高，保证矿物填料在树脂基体中可以均匀分布；

2.矿物填料通过主喂料口或侧喂料口分别加入，可以解决高填充含量时粉体下料问题，改善粉体的分散，保证材料具有良好的韧性和刚性。

具体实施方式

以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。

下述百分比为重量百分比。

实施例1

从主喂料口加入69.8％粘度为2.7的聚酰胺6树脂、15％的高岭土、0.5%氨基硅烷偶联剂，从侧喂料口加入15％高岭土。在双螺杆挤出机中熔融共混后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成标准力学测试样条和色板进行测试。

实施例2

从主喂料口加入69.8％粘度为2.7的聚酰胺66树脂、15％的高岭土、0.5%氨基硅烷偶联剂，从侧喂料口加入15％高岭土。在双螺杆挤出机中熔融共混后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成标准力学测试样条和色板进行测试。

实施例3

从主喂料口加入69.8％粘度为2.4的聚酰胺6树脂、15％的高岭土、0.5%氨基硅烷偶联剂，从侧喂料口加入15％高岭土。在双螺杆挤出机中熔融共混后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成标准力学测试样条和色板进行测试。

实施例4

从主喂料口加入69.8％粘度为2.7的聚酰胺6树脂、15％的高岭土、0.2%氨基硅烷偶联剂，从侧喂料口加入15％高岭土。在双螺杆挤出机中熔融共混后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成标准力学测试样条和色板进行测试。

实施例5

从主喂料口加入69.8％粘度为2.7的聚酰胺6树脂、15％的高岭土、0.8%氨基硅烷偶联剂，从侧喂料口加入15％高岭土。在双螺杆挤出机中熔融共混后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成标准力学测试样条和色板进行测试。

实施例6

从主喂料口加入69.8％粘度为2.7的聚酰胺6树脂、15％的高岭土、0.5%氨基硅烷偶联剂。在双螺杆挤出机中熔融共混后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成标准力学测试样条和色板进行测试。

实施例7

从主喂料口加入69.8％粘度为2.7的聚酰胺6树脂、15％的高岭土、0.5%钛酸酯偶联剂，从侧喂料口加入15％高岭土。在双螺杆挤出机中熔融共混后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成标准力学测试样条和色板进行测试。

实施例8

从主喂料口加入69.8％粘度为2.7的聚酰胺6树脂、30％的高岭土、0.5%氨基硅烷偶联剂。在双螺杆挤出机中熔融共混后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成标准力学测试样条和色板进行测试。

比较例1

将实施例1中的高岭土等量替换成滑石粉，在其它不变的前提下采用相同工艺方法制备增强增韧聚酰胺6颗粒料，然后注塑成标准力学测试样条和色板进行测试。

比较例2

将实施例1中的高岭土等量替换成玻璃微珠。在其它不变的前提下采用相同工艺方法制备增强增韧聚酰胺6颗粒料，然后注塑成标准力学测试样条和色板进行测试。

比较例3

将实施例1中的高岭土等量替换成云母粉。在其它不变的前提下采用相同工艺方法制备增强增韧聚酰胺6颗粒料，然后注塑成标准力学测试样条和色板进行测试。

比较例4

将实施例1中的氨基硅烷偶联剂去掉。在其它不变的前提下采用相同工艺方法制备增强增韧聚酰胺6颗粒料，然后注塑成标准力学测试样条和色板进行测试。

性能评价标准和指标

拉伸性能按ISO 527-2进行测试，拉伸速率为10mm/min。弯曲性能按ISO 178进行测试，弯曲速度为2mm/min。悬臂梁冲击性能按照ISO 179进行测试。表面光滑情况根据同等注塑条件制成的色板，按照GB 8807测定60°角的镜面光泽度，具体如表1所示。

从实施例1与比较例1和比较例3对比，加入滑石粉玻璃微珠以及云母粉后，虽然弯曲模量和热变形温度提高，但材料的无缺口冲击强度下降明显。主要原因是滑石粉和云母粉的长厚比较大，与硅烷偶联剂的结合能力差，因此在聚酰胺基体中的分散不好，表面较差，不仅没有增韧效果，填充聚酰胺后成为开裂的引发点，影响了材料的韧性。实施例1与比较例2比较，加入玻璃微珠后，也没有达到良好的增韧效果，模量也相对较低。

本发明在聚酰胺树脂中添加具有一定长厚比的填料以及表面活性剂表面处理，其冲击性能大幅度提高，可以达到100kJ/m²以上，同时达到高刚性和高光泽度的特性。

以上实施例，并非对本发明的组合物的含量作任何限制，如脂肪族聚酰胺可选用PA6、PA66中的一种或者多种组分的混合物；表面活性剂可选用硅烷、钛酸酯、锆酸酯、脂肪酸、磷酸酯及无机氧化物等表面活性剂中的一种或者多种组分的混合物，其中有机官能团包括氨基、环氧基、苯基、异氰酸酯、甲基丙烯酸酯或乙烯基中的一种或者多种组分的混合物。其具体配比亦可根据需要选定，如其比例按重量百分比可为：1.聚酰胺树脂59%、矿物填料40%、表面活性剂1%；或2.聚酰胺树脂62%、矿物填料37%、表面活性剂1%；或3.聚酰胺树脂65%、矿物填料34.5%、表面活性剂0.5%；或4.聚酰胺树脂67%、矿物填料32.2%、表面活性剂0.8%；或5.聚酰胺树脂70%、矿物填料29.5%、表面活性剂0.5%；或6.聚酰胺树脂74%、矿物填料25.2%、表面活性剂0.8%，或7.聚酰胺树脂78%、矿物填料21%、表面活性剂1%；或8.聚酰胺树脂82%、矿物填料17.4%、表面活性剂0.6%；或9.聚酰胺树脂86%、矿物填料13.2%、表面活性剂0.8%；或10.聚酰胺树脂89.9%、矿物填料10%、表面活性剂0.1%。其具体如表2所述，凡是根据本发明的技术实质或组合物成分或含量对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

表1 实施例与对比例的测试结果

	拉伸强度	缺口冲击强度	无缺口冲击强度	弯曲强度	弯曲模量	60°光泽度
							单位	MPa	KJ/m²	KJ/m²	MPa	MPa
实施例1	75.4	6.4	230	124.4	4246	89.7
							实施例2	88.9	4.8	150	138.4	4756	87.9
实施例3	77.1	6.1	200	120.4	4312	91.8
							实施例4	76.4	5.4	120	118.9	4123	86.4
实施例5	74.9	6.7	240	117.5	4068	85.6
							实施例6	65.3	5.2	235	91.4	3025	92.3
实施例7	74.7	6.2	210	118.9	4278	86.9
							实施例8	78.4	6.6	235	124.5	4321	90.1
对比例1	71.2	4.8	35	119.1	5215	82.4
							对比例2	75.4	5.2	40	108.3	3502	85.4
对比例3	87.7	5.2	40	145.9	5502	81.8
							对比例4	70.1	5.1	55	112.6	4023	81.2

表2 实施例的成分（%）

	聚酰胺树脂	矿物填料	表面活性剂
				1	59	40	1
2	62	37	1
				3	65	34.5	0.5
4	67	32.2	0.8
				5	70	29.5	0.5
6	74	25.2	0.8
				7	78	21	1
8	82	17.4	0.6
				9	86	13.2	0.8
10	89.9	10	0.1

Claims

1.一种矿物填充聚酰胺复合材料，由如下重量百分数的组分组成：

聚酰胺树脂 59～90%；

矿物填料 10～40％；

表面活性剂 0.1～1％；

2.根据权利要求1所述的矿物填充聚酰胺复合材料，其特征在于，所述聚酰胺树脂是一种脂肪族聚酰胺树脂。

3.根据权利要求1所述的矿物填充聚酰胺复合材料，其特征在于，所述矿物填料是一种具有长厚比的填料，其中优选高岭土。

4.根据权利要求3所述的矿物填充聚酰胺复合材料，其特征在于，所述矿物填料的长厚比范围是4～100，平均粒径在100微米以下。

5.根据权利要求4所述的矿物填充聚酰胺复合材料，其特征在于，所述矿物填料优选长厚比4～20，平均粒径在20微米以下。

6.根据权利要求1所述的矿物填充聚酰胺复合材料，其特征在于，所述表面活性剂是为硅烷、钛酸酯、锆酸酯、脂肪酸、磷酸酯或无机氧化物的一种或几种，其中优选硅烷偶联剂。

7.根据权利要求5所述的表面活性剂，其特征在于，表面活性剂上的有机官能团包括氨基、环氧基、苯基、异氰酸酯、甲基丙烯酸酯或乙烯基，其中优选氨基官能团。

8.制备权利要求1-6所述的矿物填充聚酰胺复合材料的方法，其制备步骤如下：从主喂料口加入聚酰胺树脂、部分或全部矿物填料、硅烷偶联剂，经过熔融共混；然后从侧喂料口加入剩下的矿物填料；待共混均匀后，经冷却、风干和造粒。