CN102311633A - Ppo/pa66合金材料、其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于塑料技术领域，提供了一种PPO/PA66合金材料、其制备方法和应用。该PPO/PA66合金材料，包括如下质量百分含量的组分：聚苯醚15-45％；尼龙66 15-45％；碳纤维10-30％；炭黑5-15％；相容剂5-10％；增韧剂5-10％；抗氧剂0.2-0.4％；润滑剂和热稳定剂0.5-1％。本发明PPO/PA66合金材料，以聚苯醚和尼龙66为基本树脂，通过掺杂碳纤维和炭黑，使得PPO/PA66合金材料的强度得到大大提高，同时实现了合金材料的抗静电性能的显著提升。本发明PPO/PA66合金材料制备方法，操作简单、成本低廉、生产效益高，非常适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于塑料技术领域，尤其涉及一种PPO/PA66合金材料、其制备方法和应用。
背景技术
PPO(聚苯醚)树脂和PA66(尼龙66)树脂都是应用广泛的工程塑料之一，PPO属于非结晶性材料，高耐热，尺寸稳定，电气绝缘性优异，但是其加工流动性差，不耐有机溶剂。PA66属于结晶性材料，流动性好，耐有机溶剂，但是其易吸水，尺寸稳定性差。
PPO/PA66合金综合了PPO和PA66的性能，以其优异的耐热性，良好的加工性，可喷涂性等，广泛应用于汽车门板，阻流板，车轮盖，电子外壳，电子电子元件等，这些制件要求材料具有高强度，高耐热性，质轻，尺寸稳定性好，在某些应用场合还要求材料具有良好的抗静电效果。
目前，绝大多数增强型PPO/PA66合金采用玻璃纤维进行增强，制得的材料密度较大，强度提升不够，不具备抗静电效果。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种PPO/PA66合金材料，解决现有PPO/PA66合金材料强度、抗静电性能不强的技术问题，以及其制备方法和应用。
本发明是这样实现的，
一种PPO/PA66合金材料，包括如下质量百分含量的组分：
以及，
一种PPO/PA66合金材料制备方法，包括如下步骤：
将质量百分含量为15-45％的聚苯醚、质量百分含量为15-45％的尼龙66、质量百分含量为5-15％的炭黑、质量百分含量为5-10％的相容剂、总质量百分含量为0.5-1％的润滑剂和热稳定剂、质量百分含量为5-10％的增韧剂及质量百分含量为0.2-0.4％的抗氧剂混合，得到混合物；
将该混合物在温度为220-260℃条件下挤出处理，得到PPO/PA66合金材料，在该挤出处理步骤中，加入质量百分含量为10-30％的碳纤维。
本发明实施例进一步提供上述PPO/PA66合金材料在电子产品、汽车产品中的应用。
本发明实施例PPO/PA66合金材料，以聚苯醚和尼龙66为基本树脂，通过掺杂碳纤维和炭黑，使得PPO/PA66合金材料的强度得到大大提高，同时实现了合金材料的抗静电性能的显著提升。本发明实施例PPO/PA66合金材料制备方法，操作简单、成本低廉、生产效益高，非常适于工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例PPO/PA66合金材料制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种PPO/PA66合金材料，包括如下质量百分含量的组分：
本发明实施例PPO/PA66合金材料，以聚苯醚和尼龙66为基本树脂，通过掺杂碳纤维和炭黑，使得PPO/PA66合金材料的强度得到大大提高，同时实现了合金材料的抗静电性能的显著提升。
具体地，该聚苯醚化学名称为聚2，6-二甲基-1，4-苯醚，简称PPO。本发明实施例PPO/PA66合金材料中聚苯醚的质量百分含量为15-45％，优选为20-40％。
具体地，该尼龙66化学名称为聚己二酰己二胺，简称PA66。本发明实施例PPO/PA66合金材料中，尼龙66的质量百分含量为15-45％，优选为20-40％。
具体地，该相容剂选自接枝率为0.8-1.5％的PPO-g-MAH，(聚苯醚接枝马来酸酐)本发明实施例PPO/PA66合金材料中相容剂的质量百分含量为5-10％。通过加入相容剂，增加PPO和PA66的界面相容性，使得碳纤维、炭黑、PPO及PA66之间界面更加相容，实现了PPO/PA66合金材料中的聚苯醚、尼龙66、碳纤维、炭黑及其他成分能够更加均匀的混合。
具体地，该增韧剂选自接枝率为0.8-1.5％的SEBS-g-MAH(SEBS接枝马来酸酐)。本发明实施例PPO/PA66合金材料中增韧剂的质量百分含量为5-10％。通过在合金材料中掺杂增韧剂，提高了合金材料的韧性和综合性能。
具体地，该碳纤维的长度没有限制，优选为短切碳纤维，长度为5-12mm，本发明实施例PPO/PA66合金材料中碳纤维的质量百分含量为10-30％，优选为15-25％。通过在本发明实施例PPO/PA66合金材料中掺杂碳纤维，使得合金材料的机械性能得到显著改善，具有较高的机械强度，同时，实现了合金材料的抗静电性能的显著提升。通过使用上述长度的碳纤维，使得碳纤维在合金材料中分散均匀；通过使用上述质量百分含量的碳纤维，既保证了合金材料的机械性能，也使得合金材料的韧性不会受到影响。
具体地，该导电炭黑的制备方法没有限制，优选为导电炉法炭黑，该炭黑呈颗粒状，粒径为1000-2500目，本发明实施例PPO/PA66合金材料中，炭黑的质量百分含量为5-15％，优选7-12％。通过在合金材料中掺杂炭黑，该炭黑均匀分散在合金材料之中，将碳纤维之间的电路连通，实现了合金材料的抗静电性能的显著提升。
具体地，该抗氧剂选自三甘醇双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙烯晴、四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基酚)亚磷酸酯中的一种或以上(市售1010、168、626等)，该抗氧剂的质量百分含量为0.2-0.4％。
具体地，该润滑剂和热稳定剂的质量百分含量为0.5-1％，润滑剂和热稳定剂的重量比例没有限制，该润滑剂选自季戊四醇硬脂酸脂或者乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种，该热稳定剂选自ZnO或者ZnS中的一种或多种。
请参阅图1，图1显示本发明实施例PPO/PA66合金材料制备方法流程图，包括如下步骤：
步骤S01，混合
将质量百分含量为15-45％的聚苯醚、质量百分含量为15-45％的尼龙66、质量百分含量为5-15％的炭黑、质量百分含量为5-10％的相容剂、总质量百分含量为0.5-1％的润滑剂和热稳定剂、质量百分含量为5-10％的增韧剂及质量百分含量为0.2-0.4％的抗氧剂混合，得到混合物；
步骤S02，挤出处理
将该混合物在温度为220-260℃条件下挤出处理，得到PPO/PA66合金材料，在该挤出处理步骤中，加入质量百分含量为10-30％的碳纤维。
具体地，步骤S01中，
本发明实施例中使用的聚苯醚的粘度为0.35-0.5dl/g，其他没有限制，该聚苯醚化学名称为聚2，6-二甲基-1，4-苯醚，简称PPO。本发明实施例PPO/PA66合金材料制备方法中聚苯醚的质量百分含量为15-45％，优选为20-40％。通过使用上述粘度的聚苯醚，使得合金材料的流动性能得到明显改善。
本发明实施例中使用的尼龙66的相对粘度为2.4-3.0，其他没有限制。该尼龙66化学名称为聚己二酰己二胺，简称PA66。本发明实施例PPO/PA66合金材料制备方法中，尼龙66的质量百分含量为15-45％，优选为20-40％。
具体地，该相容剂选自接枝率为0.8-1.5％的PPO-g-MAH(聚苯醚接枝马来酸酐)本发明实施例PPO/PA66合金材料中相容剂的质量百分含量为5-10％。通过加入相容剂，使得上述聚苯醚、尼龙66、碳纤维、炭黑等在挤出处理中界面相容性得到显著的提高，提高材料整体的物理性能。
具体地，碳纤维、炭黑及增韧剂和前述相同，在此不重复阐述。
具体地，该抗氧剂选自三甘醇双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙烯晴、四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基酚)亚磷酸酯中的一种或以上(市售1010、168、626等)，该抗氧剂的质量百分含量为0.2-0.4％。通过在合金材料中掺杂抗氧剂，防止制备方法中经过螺杆挤出机处理时氧化变色；同时使得合金材料的使用期限大大提高。
具体地，该润滑剂和热稳定剂的质量百分含量为0.5-1％，润滑剂和热稳定剂的重量比例没有限制，该润滑剂选自季戊四醇硬脂酸脂，该热稳定剂选自ZnO。通过加入润滑剂和热稳定剂，润滑剂降低复合材料与螺杆之间的摩擦，使得材料能够顺利挤出，热稳定剂提高材料的耐热性。
进一步，步骤S01中，将上述组分混合的步骤具体包括：
按照上述质量百分含量将聚苯醚、尼龙66、相容剂及增韧剂混合、搅拌均匀；
再按照上述质量百分含量加入炭黑、抗氧剂、润滑剂及热稳定剂，搅拌、混合均匀。
步骤S01中使用的搅拌设备没有限制，只要能够实现搅拌功能即可。
具体地，步骤S02中，挤出处理步骤具体为：
将步骤S01中得到的混合物加入至螺杆挤出机(双螺杆或单螺杆)的加料斗，通过侧喂料将碳纤维加入到螺杆挤出机中，经熔融挤出，造粒；挤出处理的条件如下：螺杆挤出机一区温度220-240℃，二区温度230-240℃，三区温度250-260℃，四区温度240-260℃，机头250-260℃，停留时间2～3min，压力为12-18MPa。
本发明实施例制备方法，操作简单、成本低廉、生产效益高，适于工业化生产。
本发明实施例进一步提供上述PPO/PA66合金材料在电子产品、汽车门板，阻流板、车轮盖、打印机支架中的应用。
以下结合具体实施例对上述制备方法进行详细阐述。
实施例一
本发明实施例PPO/PA66合金材料制备方法，包括如下步骤：
将质量百分含量为40％的PPO、质量百分含量为20％的PA66、质量百分含量为7％的PPO-g-MAH及质量百分含量为7％的SEBS-g-MAH混合，搅拌均匀；
再加入质量百分含量为5％的炭黑，质量百分含量为0.2％1010和质量百分含量为0.2％的168，质量百分含量为0.5％的润滑剂和质量百分含量为0.1％的热稳定剂，搅拌均匀，得到混合物；
将该混合物加入到双螺杆挤出机的料斗中，通过侧喂料斗将质量百分含量为20％碳纤维加入到挤出机中，经熔融共混，挤出造粒，形成PPO/PA66合金材料，其中，螺杆挤出机各加温区温度分别为：一区温度：230℃；二区：240℃；三区：260℃；四区：250℃；机头：260℃；停留时间2～3min。压力为15MPa。
实施例二
本发明实施例PPO/PA66合金材料制备方法，包括如下步骤：
将质量百分含量为20％的PPO、质量百分含量为40％的PA66、质量百分含量为7％的PPO-g-MAH及质量百分含量为7％的SEBS-g-MAH混合，搅拌均匀；
再加入质量百分含量为5％的炭黑，质量百分含量为0.2％的1010和质量百分含量为0.2％的168，质量百分含量为0.1％的润滑剂和质量百分含量为0.9％的热稳定剂，搅拌均匀，得到混合物；
将该混合物加入到双螺杆挤出机的料斗中，通过侧喂料斗将质量百分含量为20％碳纤维加入到挤出机中，经熔融共混，挤出造粒，形成PPO/PA66合金材料，其中，螺杆挤出机各加温区温度分别为：一区温度：230℃；二区：240℃；三区：260℃；四区：250℃；机头：260℃；停留时间2～3min。压力为15MPa。
实施例三
本发明实施例PPO/PA66合金材料制备方法，包括如下步骤：
将质量百分含量为30％的PPO、质量百分含量为30％的PA66、质量百分含量为7％的PPO-g-MAH及质量百分含量为7％的SEBS-g-MAH混合，搅拌均匀；
再加入质量百分含量为5％的炭黑，质量百分含量为0.2％1010和质量百分含量为0.2％的168，质量百分含量为0.3％的润滑剂和质量百分含量为0.3％的热稳定剂，搅拌均匀，得到混合物；
将该混合物加入到双螺杆挤出机的料斗中，通过侧喂料斗将质量百分含量为20％碳纤维加入到挤出机中，经熔融共混，挤出造粒，形成PPO/PA66合金材料，其中，螺杆挤出机各加温区温度分别为：一区温度：230℃；二区：240℃；三区：260℃；四区：250℃；机头：260℃；停留时间2～3min。压力为15MPa。
实施例四
本发明实施例PPO/PA66合金材料制备方法，包括如下步骤：
将质量百分含量为24％的PPO、质量百分含量为15％的PA66、质量百分含量为5％的PPO-g-MAH及质量百分含量为10％的SEBS-g-MAH混合，搅拌均匀；
再加入质量百分含量为15％的炭黑，质量百分含量为0.1％1010和质量百分含量为0.2％的168，质量百分含量为0.6％的润滑剂和质量百分含量为0.1％的热稳定剂，搅拌均匀，得到混合物；
将该混合物加入到双螺杆挤出机的料斗中，通过侧喂料斗将质量百分含量为30％碳纤维加入到挤出机中，经熔融共混，挤出造粒，形成PPO/PA66合金材料，其中，螺杆挤出机各加温区温度分别为：一区温度：220℃；二区：240℃；三区：250℃；四区：250℃；机头：250℃；停留时间2～3min。压力为12MPa。
实施例五
本发明实施例PPO/PA66合金材料制备方法，包括如下步骤：
将质量百分含量为15％的PPO、质量百分含量为45％的PA66、质量百分含量为10％的PPO-g-MAH及质量百分含量为5％的SEBS-g-MAH混合，搅拌均匀；
再加入质量百分含量为14％的炭黑，质量百分含量为0.2％1010和质量百分含量为0.1％的168，质量百分含量为0.4％的润滑剂和质量百分含量为0.3％的热稳定剂，搅拌均匀，得到混合物；
将该混合物加入到双螺杆挤出机的料斗中，通过侧喂料斗将质量百分含量为10％碳纤维加入到挤出机中，经熔融共混，挤出造粒，形成PPO/PA66合金材料，其中，螺杆挤出机各加温区温度分别为：一区温度：240℃；二区：230℃；三区：260℃；四区：240℃；机头：260℃；停留时间2～3min。压力为18MPa。
对比例一
本对比例PPO/PA66合金材料制备方法，包括如下步骤：
将质量百分含量为40％的PPO、质量百分含量为20％的PA66、质量百分含量为7％的PPO-g-MAH及质量百分含量为7％的SEBS-g-MAH混合，搅拌均匀；
再加入质量百分含量为0.2％1010和质量百分含量为0.2％的168，质量百分含量为0.4％的润滑剂和质量百分含量为0.2％的热稳定剂，搅拌均匀，得到混合物；
将该混合物加入到双螺杆挤出机的料斗中，通过侧喂料斗将质量百分含量为25％碳纤维加入到挤出机中，经熔融共混，挤出造粒，形成PPO/PA66合金材料，其中，螺杆挤出机各加温区温度分别为：一区温度：230℃；二区：240℃；三区：260℃；四区：250℃；机头：260℃；停留时间2～3min。压力为15MPa。
对比例二
本对比例PPO/PA66合金材料制备方法，包括如下步骤：
将质量百分含量为20％的PPO、质量百分含量为40％的PA66、质量百分含量为7％的PPO-g-MAH及质量百分含量为7％的SEBS-g-MAH混合，搅拌均匀；
再加入质量百分含量为0.2％1010和质量百分含量为0.2％的168，质量百分含量为0.4％的润滑剂和质量百分含量为0.2％的热稳定剂，搅拌均匀，得到混合物；
将该混合物加入到双螺杆挤出机的料斗中，通过侧喂料斗将质量百分含量为25％碳纤维加入到挤出机中，经熔融共混，挤出造粒，形成PPO/PA66合金材料，其中，螺杆挤出机各加温区温度分别为：一区温度：230℃；二区：240℃；三区：260℃；四区：250℃；机头：260℃；停留时间2～3min。压力为15MPa。
对比例三
本对比例PPO/PA66合金材料制备方法，包括如下步骤：
将质量百分含量为30％的PPO、质量百分含量为30％的PA66、质量百分含量为7％的PPO-g-MAH及质量百分含量为7％的SEBS-g-MAH混合，搅拌均匀；
再加入质量百分含量为0.2％1010和质量百分含量为0.2％的168，质量百分含量为0.4％的润滑剂和质量百分含量为0.2％的热稳定剂，搅拌均匀，得到混合物；
将该混合物加入到双螺杆挤出机的料斗中，通过侧喂料斗将质量百分含量为25％碳纤维加入到挤出机中，经熔融共混，挤出造粒，形成PPO/PA66合金材料，其中，螺杆挤出机各加温区温度分别为：一区温度：230℃；二区：240℃；三区：260℃；四区：250℃；机头：260℃；停留时间2～3min。压力为15MPa。
对比例四
本对比例PPO/PA66合金材料制备方法，包括如下步骤：
将质量百分含量为40％的PPO、质量百分含量为20％的PA66、质量百分含量为7％的PPO-g-MAH及质量百分含量为7％的SEBS-g-MAH混合，搅拌均匀；
再加入质量百分含量为0.2％1010和质量百分含量为0.2％的168，质量百分含量为0.4％的润滑剂和质量百分含量为0.2％的热稳定剂，搅拌均匀，得到混合物；
将该混合物加入到双螺杆挤出机的料斗中，通过侧喂料斗将质量百分含量为25％玻璃纤维加入到挤出机中，经熔融共混，挤出造粒，形成PPO/PA66合金材料，其中，螺杆挤出机各加温区温度分别为：一区温度：230℃；二区：240℃；三区：260℃；四区：250℃；机头：260℃；停留时间2～3min。压力为15MPa。
对比例五
本对比例PPO/PA66合金材料制备方法，包括如下步骤：
将质量百分含量为20％的PPO、质量百分含量为40％的PA66、质量百分含量为7％的PPO-g-MAH及质量百分含量为7％的SEBS-g-MAH混合，搅拌均匀；
再加入质量百分含量为0.2％1010和质量百分含量为0.2％的168，质量百分含量为0.4％的润滑剂和质量百分含量为0.2％的热稳定剂，搅拌均匀，得到混合物；
将该混合物加入到双螺杆挤出机的料斗中，通过侧喂料斗将质量百分含量为25％玻璃纤维加入到挤出机中，经熔融共混，挤出造粒，形成PPO/PA66合金材料，其中，螺杆挤出机各加温区温度分别为：一区温度：230℃；二区：240℃；三区：260℃；四区：250℃；机头：260℃；停留时间2～3min。压力为15MPa。
对比例六
本对比例PPO/PA66合金材料制备方法，包括如下步骤：
将质量百分含量为30％的PPO、质量百分含量为30％的PA66、质量百分含量为7％的PPO-g-MAH及质量百分含量为7％的SEBS-g-MAH混合，搅拌均匀；
再加入质量百分含量为0.2％1010和质量百分含量为0.2％的168，质量百分含量为0.4％的润滑剂和质量百分含量为0.2％的热稳定剂，搅拌均匀，得到混合物；
将该混合物加入到双螺杆挤出机的料斗中，通过侧喂料斗将质量百分含量为25％玻璃纤维加入到挤出机中，经熔融共混，挤出造粒，形成PPO/PA66合金材料，其中，螺杆挤出机各加温区温度分别为：一区温度：230℃；二区：240℃；三区：260℃；四区：250℃；机头：260℃；停留时间2～3min。压力为15MPa。
性能测试
拉伸强度按ASTM D638标准进行测试，试样类型为II型试样，样条尺寸(mm)：115(长)×(6±0.04)(中间平行部分宽度)×2(厚度)，拉伸速度为50mm/min；
弯曲强度按ASTM D790标准进行检验。试样类型为试样尺寸(mm)：(80±0.4)×(10±0.1)×(4±0.02)，弯曲速度为20mm/min；
表面电阻率测试按照ASTM D257标准进行测试，测试温度为23℃，相对湿度50±5％。
密度测试按照ASTM D792标准进行测试，试样类型为试样尺寸(mm)：(50±0.2)×(5±0.02)×(5±0.02).测试温度为23℃。
请参阅表1，表1显示本发明实施例一-三和对比例一-六的PPO/PA66合金材料的组成及性能测试结果：
表1
从表1中可以看出，由实施例一-三和对比例一-六可以看出，碳纤维相比玻璃纤维对PPO/PA66合金具有更好的增强作用，对材料机械性能提升更为明显，同时密度更小，成型相同的制件，碳纤维增强材料质量更轻；
对比材料电阻率，对比例四-六的电阻率为1015数量级，为绝缘材料，而实施例一-五和对比例一-三的电阻率小于105数量级，具有防静电效果；实施例一-五和对比例例一-三对比可以看出，单一碳纤维增强PPO/PA66合金，其电阻率为104，且材料容易出现局部绝缘的情况，这是由于碳纤维分布不均，在材料内部造成断路引起的，而实施例一-三的PPO/PA66合金材料电阻率为102，材料内部未出现局部绝缘的情况，导电炭黑在材料内部分散在基体树脂和碳纤维之间，连接分散在树脂中的碳纤维，使材料的导电更为通畅，不会造成断路现象。
综上所述，碳纤维复合导电炭黑增强PPO/PA66合金，综合性能优异，适合制作机械强度高，质量轻，要求具有防静电效果的产品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种PPO/PA66合金材料，包括如下质量百分含量的组分：
2.如权利要求1所述的PPO/PA66合金材料，其特征在于，所述聚苯醚的质量百分含量为20-40％；所述尼龙66的质量百分含量为20-40％。
3.如权利要求1所述的PPO/PA66合金材料，其特征在于，所述碳纤维的长度为5-12毫米。
4.如权利要求1所述的PPO/PA66合金材料，其特征在于，所述碳纤维的质量百分含量为15-25％。
5.如权利要求1所述的PPO/PA66合金材料，其特征在于，所述炭黑的粒径为1000-2500目。
6.如权利要求1所述的PPO/PA66合金材料，其特征在于，所述炭黑的质量百分含量为7-12％。
7.一种PPO/PA66合金材料制备方法，包括如下步骤：
将质量百分含量为15-45％的聚苯醚、质量百分含量为15-45％的尼龙66、质量百分含量为5-15％的炭黑、质量百分含量为5-10％的相容剂、总质量百分含量为0.5-1％的润滑剂和热稳定剂、质量百分含量为5-10％的增韧剂及质量百分含量为0.2-0.4％的抗氧剂混合，得到混合物；
将所述混合物在温度为220-260℃条件下挤出处理，得到PPO/PA66合金材料，所述挤出处理步骤中，加入质量百分含量为10-30％的碳纤维。
8.如权利要求7所述的PPO/PA66合金材料制备方法，其特征在于，所述碳纤维的长度为5-12毫米；所述炭黑的粒径为1000-2500目。
9.如权利要求7所述的PPO/PA66合金材料制备方法，其特征在于，所述碳纤维的质量百分含量为15-25％；所述炭黑的质量百分含量为7-12％。
10.如权利要求1-6任一项所述的PPO/PA66合金材料在电子产品、汽车产品中的应用。
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