CN102690512A - 一种玻纤增强增韧尼龙6复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻纤增强增韧尼龙6复合材料及其制备方法与应用，包括以下组分，以质量份数计：PA6树脂50~75份，无碱玻璃纤维20~40份，接枝弹性体1~8份，接枝聚烯烃1~3份，玻纤分散剂0.1~1.2份，抗氧剂0.1~0.6份。其通过双螺杆挤出机进行制备，并可用于汽车冷却风扇等。本发明的优点是具有优异的力学性能、耐高、低温性能，而且保证材料组成均匀分布，尤其是玻纤在基体树脂（PA6）中的均匀分散，解决了玻纤分散不均匀与外露的问题，使所制造的风扇具有优良的动平衡性能，表面光亮无玻纤流纹与外露现象。

Description

一种玻纤增强增韧尼龙6复合材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于材料化学领域，具体是指一种玻纤增强增韧尼龙6复合材料及其制备方法与应用。 

背景技术

近十年来我国汽车工业蓬勃发展，2009年总产销量突破1800万辆，居全球首位，成为全球汽车产销大国，随着石油资源紧张，油价不断上涨，汽车轻量化成为汽车行业发展的重大课题，而工程塑料的应用是汽车轻量化的必然选择。汽车塑料化程度显示行业制造水平。国外汽车内外饰件全部使用塑料件。汽车用塑料超过160千克/辆。近年来大力推进非金属结构部件的开发与应用，与金属相比，工程塑料具有比重轻、耐腐蚀、易成型，尤其适合制造机构复杂部件，生产效率高等诸多优点。     作为汽车结构件用工程塑料，大部分是玻纤或碳纤增强改性尼龙（如PA6、PA66、PA46等）。玻纤增强尼龙具有强度高、耐温性能好、价格适中等特点。 

冷却风扇是保证汽车安全运行的关键部件之一。采用金属制造冷却风扇除工艺过程复杂，成产效率低，金属风扇易生锈、重量大。用玻纤增强PA6制造冷却风扇可实现一次成型，且耐腐蚀、耐高温、抗冲击强度、抗弯曲强度等性能好，满足汽车使用要求。 

作为汽车冷却风扇，其力学性能与耐温性能要求较高外，保证风扇的动平衡是十分重要的指标。因为，动平衡差则会产生两大问题；一是运行的噪音大，二是轴承易磨损，从而缩短其使用寿命。因此保证风扇运行平稳的关键是风扇多部位尤其是风叶的重量均一性。然而传统的PA6复合材料无法满足此性能要求，使得制造出来的风扇动平衡差。 

发明内容

本发明的第一个目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种玻纤增强增韧尼龙6复合材料，该玻纤增强增韧尼龙6复合材料不仅提供材料优异的力学性能、耐高、低温性能，而且保证材料组成均匀分布，尤其是玻纤在基体树脂（PA6）中的均匀分散，解决了玻纤分散不均匀与外露的问题，使所制造的风扇具有优良的动平衡性能，表面光亮无玻纤流纹与外露现象。 

本发明的第二个目的是提供一种玻纤增强增韧尼龙6复合材料的制备方法。 

本发明的第三个目的是提供一种玻纤增强增韧尼龙6复合材料的应用方法。 

    为实现本发明的第一个目的，本发明的技术方案是包括以下组分，以质量份数计： 

            PA6树脂                50~75份

           无碱玻璃纤维        20~40份

           接枝弹性体          1~8份

           接枝聚烯烃          1~3份

           玻纤分散剂          0.1~1.2份

           抗氧剂              0.1~0.6份。

所述的PA6树脂的相对粘度为2.0~2.8；所述的接枝弹性体为马来酸酐接枝乙烯/辛烯共聚物，其熔融指数为2~5g/10min；所述的接枝聚烯烃为马来酸酐接枝聚丙烯和/或马来酸酐接枝聚乙烯；所述的玻纤分散剂为改性硬脂酸与接枝硅酮的复合物，其配比在4~8:6~2，以质量份数计。 

为实现本发明的第二个发明目的，其技术方案是包括以下工序：按照权利要求1的组分比例，将各组分分别进入双螺杆挤出机，共混熔融挤出，经冷却切粒，其挤出温度分别为：熔融段230~250摄氏度，混炼段260~280摄氏度，混合均化段250~280摄氏度。 

为实现发明的第三个发明目的，其技术方案是将如权利要求1所述的玻纤增强增韧尼龙6复合材料，通过注塑成型方法制备汽车冷却风扇。当然本发明的第三个发明目的，也可以是将如权利要求1所述的玻纤增强增韧尼龙6复合材料，通过注塑成型方法制备电机冷却风扇。 

本发明所用PA6的特性粘度为2.0~2.8。特性粘度表征PA6的分子量大小，粘度低则分子量小，反之亦然。低粘PA6虽流动性好但强度太低，不能满足风扇使用要求，粘度太高本身强度高，但其加工流动性差，对玻纤的包覆差，不利于制造高质量的复合材料。 

本发明所用玻璃纤维是无碱纤维，其使用量通过各组分的作用关系的分析和思考，并根据所制备的风扇大小选定在20~40份选择，而确定为用量太少则材料的强度较低，用量太大时材料强度较高，但是玻纤分散困难，导致风扇动平衡性能降低。 

本发明用接枝弹性体作为增韧剂，在玻纤增强PA6中加入适量的增韧剂，提高材料的低温脆性，以保证冷却风扇在低温环境中或在沙石冲击中不断裂。保证正常运转。所用接枝弹性体为马来酸酐接枝乙烯/辛烯共聚物（POE-g-MAH）。接枝弹性体除具有较好的增韧作用外，由于其极性特征，使树脂对玻纤具有良好的包覆性和分散作用。 

POE-g-MAH的用量可在1~8份之间选择，最好是4~6份。用量太低增韧效果差，用量太高材料的韧性好但弯曲强度等力学性能下降较大，所制造的风扇的风叶刚性太低使其冷却效果下降运行噪音大，因此选择合适的用量十分重要。 

本发明用马来酸酐接枝PP或PE作为协同增韧与玻纤分散包覆剂。马来酸酐接枝PP或PE对PA6有一定的增韧作用。与弹性体相比对增强PA6的弯曲强度影响较小。更重要的是由于接枝PP或PE的熔体流动性好，熔点低于PA6。在PA6熔融温度下粘度很低，因此玻纤在与熔体共混挤出过程中很容易被低粘度的马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）或马来酸酐接枝聚乙烯（PE-g-MAH）所浸润与包覆。同时由于PP-g-MAH或PE-g-MAH大分子链含有极性基团，促使PP或PE对玻纤的相互作用增强，有效提高了对玻纤的分散包覆作用。其用量在1~3份。 

本发明所用玻纤分散剂是改性长碳链硬脂酸（TAF）与接枝硅酮的复合物。TAF中的极性基团与玻纤表面有较好的吸附或化学结合作用。其碳链部分与PA6有较好的相容性。在玻纤和PA6之间起到一种“桥梁”作用。这种“桥梁”作用有效的提高了玻纤在PA6基体中的分散性。硅酮是一种高分子润滑剂，具有极好的润滑作用。常用作高填充无机材料的分散润滑剂，能提高材料的加工流动性。采用极性化(接枝)硅酮作为玻纤分散剂，其极性基团能与玻纤表面发生作用，增强两者的结合力。同时由于接枝硅酮的高润滑性，在挤出过程中，硅酮分子很容易进入玻纤束之中，起到滑动分离作用。从而提高玻纤在PA6基体中的分散性。 

两者配比在4~8:2~6之间，根据表面光洁度要求调节。其用量为0.1~1.2份(重量)，最好再0.8~1.0份。 

本发明的制造工艺在于共混挤出温度的设计采用高温混炼这一独特工艺。即在熔融段、计量段温度低，混炼、均化温度高。在螺杆熔融段的温度设置略高于PA6熔点，从玻纤口至真空口之间的混炼段设置较高温度。这是由于在较高温度下，PA6的熔体粘度很低，玻纤进入螺杆后很快被浸润与包覆。以达到玻纤在PA6基体中的均匀分散。螺杆的计量段温度设置逐步降低至模头温度。这是因为在计量段中熔体仍受到一定的混合均化作用。在真空口至计量段区域保持较高温度能使其混合物得到更进一步混合均化。具体挤出温度如下： 

熔融段：    230-250℃；

混炼段：    260-280℃；

混合均化段：270-255℃

模头：      245-250℃。

本发明的优点是具有优异的力学性能、耐高、低温性能，而且保证材料组成均匀分布，尤其是玻纤在基体树脂（PA6）中的均匀分散，解决了玻纤分散不均匀与外露的问题，使所制造的风扇具有优良的动平衡性能，表面光亮无玻纤流纹与外露现象。 

下面结合具体实施方式对本发明做进一步介绍。 

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。 

实施例

1. 原料： 

① PA6， 相对粘度2.0~2.8，浙江华建尼龙有限公司

② 无碱玻璃纤维：ER13-2000-988 ，桐乡巨石集团

③ POE-g-MAH：MI=2~5g/10min，市售

④ PP- g-MAH：市售

⑤ PE- g-MAH：市售

⑥ 分散剂TAF：苏州兴泰国光化学助剂有限公司

⑦ 接枝硅酮：Tegomer V-Si 4042，赢创德固赛

⑧ 抗氧剂：市售

2. 设备：SHJ-65型同向平行双螺杆挤出机组

3. 实施过程：

① 将PA6树脂烘干只规定标准，放入原料储罐1备用；

② 将PP-g-MAH或PE-g-MAH与分散剂TAF、接枝硅酮、抗氧剂分别计量，经预混处理之后放入储罐2备用；

③ POE-g-MAH放入储罐3备用；

④ 按配方比例设置上述三种物料进入量，设定主机转速，确定玻纤加入量；

⑤ 主机经加热恒温确认达到开机条件后，依次开启主机、计量系统、真空、风干机、切粒机、振动筛、均化罐。已备的物料经计量系统输送至双螺杆主下料口，玻纤从设备玻纤口连续喂入。经剪切混炼，均化挤出，带条经冷却切粒，均混，即得到合格增强增韧PA6复合材料。

材料性能检测：拉伸强度测试按ISO527执行，弯曲强度测试按ISO178执行，冲击强度按ISO179执行，热变形温度按ISO75执行，风扇的动平衡性能按行业标准JB/T6723.2-2008检验。表面光泽与玻纤外露程度按目测。检验实例组成与性能列见表-1。 

  

表-1 实例组成

Claims (8)

1. 一种玻纤增强增韧尼龙6复合材料，其特征在于包括以下组分，以质量份数计：

            PA6树脂                50~75份

           无碱玻璃纤维        20~40份

           接枝弹性体          1~8份

           接枝聚烯烃          1~3份

           玻纤分散剂          0.1~1.2份

           抗氧剂              0.1~0.6份。

2. 根据权利要求1所述的一种玻纤增强增韧尼龙6复合材料，其特征在于：PA6树脂的相对粘度为2.0~2.8。

3. 根据权利要求1所述的一种玻纤增强增韧尼龙6复合材料，其特征在于：所述的接枝弹性体为马来酸酐接枝乙烯/辛烯共聚物，其熔融指数为2~5g/10min。

4. 根据权利要求1所述的一种玻纤增强增韧尼龙6复合材料，其特征在于：所述的接枝聚烯烃为马来酸酐接枝聚丙烯和/或马来酸酐接枝聚乙烯。

5. 根据权利要求1所述的一种玻纤增强增韧尼龙6复合材料，其特征在于：所述的玻纤分散剂为改性硬脂酸与接枝硅酮的复合物，其配比在4~8:6~2，以质量份数计。

6. 一种玻纤增强增韧尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于包括以下工序：按照权利要求1的组分比例，将各组分分别进入双螺杆挤出机，共混熔融挤出，经冷却切粒，其挤出温度分别为：熔融段230~250摄氏度，混炼段260~280摄氏度，混合均化段250~280摄氏度。

7. 一种玻纤增强增韧尼龙6复合材料制备汽车冷却风扇的应用，其特征：将如权利要求1所述的玻纤增强增韧尼龙6复合材料，通过注塑成型方法制备汽车冷却风扇。

8.一种玻纤增强增韧尼龙6复合材料制备电机冷却风扇的应用，其特征：将如权利要求1所述的玻纤增强增韧尼龙6复合材料，通过注塑成型方法制备电机冷却风扇。