CN103421310A - 一种聚己内酰胺复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚己内酰胺复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于复合材料技术领域，提供了一种聚己内酰胺复合材料及其制备方法，所述聚己内酰胺复合材料包含按重量份数计的下列组份：聚己内酰胺100，矿物填充剂10-30，聚十二内酰胺10-25，抗氧剂0.3-0.5，相容剂3-8；其中，按占所述矿物填充剂的重量份数计，所述矿物填充剂包括如下组份：硅酸盐类复合增强纤维晶须7-9，硅石粉3-5，硫酸钡5-7。本发明在制备聚己内酰胺复合材料时掺入主要由硅酸盐类复合增强纤维晶须、硅石粉和硫酸钡构成的矿物填充剂，所制聚己内酰胺复合材料表面光泽度高，电镀前无需底涂、浸泡。因而，本聚己内酰胺复合材料可广泛应用于各种电镀产品，尤其是汽车大灯等电器外壳。

Description

一种聚己内酰胺复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种聚己内酰胺复合材料及其制备方法。 
背景技术
目前，国内外较为知名的汽车大灯用料基本上采用一种耐高温聚碳酸酯，其优异的耐温性能、良好的电镀特性、独特的合成方法，而同类的聚碳酸酯产品达不到拜耳聚碳酸酯优异的性能，这使得此款材料成为垄断产品，其高昂的价格对占市场份额较大的中低档轿车在成本上产生了巨大影响。之后出现了用作电镀材料的聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料，其成本较低。然而，这种电镀材料电镀前需底涂并用天那水浸泡。又因天那水（别名醋酸异戊酯，系有机溶剂，易挥发，有毒，可致癌）浸泡的过程中，将对人体造成伤害，此种电镀材料难以推广使用。 
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种高光泽表面聚己内酰胺复合材料，旨在解决现有电镀材料电镀前需底涂并用天那水浸泡的问题。 
本发明实施例是这样实现的，一种聚己内酰胺复合材料，包含按重量份数计的下列组份： 
聚己内酰胺                100， 
矿物填充剂                10-30， 
聚十二内酰胺              10-25， 
抗氧剂                    0.3-0.5， 
相容剂                    3-8； 
其中，按占所述矿物填充剂的重量份数计，所述矿物填充剂包括如下组份： 
硅酸盐类复合增强纤维晶须        7-9， 
硅石粉                          3-5， 
硫酸钡                          5-7。 
本发明实施例的另一目的在于提供一种聚己内酰胺复合材料的制备方法，包括以下步骤： 
按上述重量份数称取聚己内酰胺、矿物填充剂、聚十二内酰胺、抗氧剂和相容剂，并混合均匀； 
将混合均匀的物料熔融挤出，造粒。 
本发明实施例在制备聚己内酰胺复合材料时掺入主要由硅酸盐类复合增强纤维晶须、硅石粉和硫酸钡构成的矿物填充剂，所制聚己内酰胺复合材料表面光泽度高，电镀前无需底涂、浸泡。因而，本聚己内酰胺复合材料可广泛应用于各种电镀产品，尤其是汽车大灯等电器外壳。 
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。 
本发明实施例在制备聚己内酰胺复合材料时掺入主要由硅酸盐类复合增强纤维晶须、硅石粉和硫酸钡构成的矿物填充剂，所制聚己内酰胺复合材料表面光泽度高，电镀前无需底涂、浸泡。 
本发明实施例提供的聚己内酰胺复合材料包含按重量份数计的下列组份：聚己内酰胺100，矿物填充剂10-30，聚十二内酰胺10-25，抗氧剂0.3-0.5，相容剂3-8；其中，按占所述矿物填充剂的重量份数计，所述矿物填充剂包括如下组份：硅酸盐类复合增强纤维晶须7-9，硅石粉3-5，硫酸钡5-7。 
其中，所述聚己内酰胺聚己内酰胺（PA6）是一种高结晶型高耐温的酰胺类材料，结晶速度快，可高速成型，耐候性、电性能、阻燃性能、耐化学药品性、摩擦磨耗特性优异，吸水性低、热变形温度高，机械性能优良，机械强度高、耐疲劳性和尺寸稳定性好，蠕变也较小，这些性能在高温条件下也极少变化，其动力粘度优选为2.4～2.8帕·秒，作为改性产品的底料，在机械强度、耐温方面起主导作用。所述矿物填充剂还包括二氧化硅和硅烷类偶联剂，将所述硅酸盐类复合增强纤维晶须、硅石粉和硫酸钡作为基料，所述二氧化硅的重量占基料总重量的0.3～1%，所述硅烷类偶联剂的重量占基料总重量的0.5～0.9%，所制矿物填充剂增加材料的机械性能，提高材料的耐热，抗翘曲能力，提升材料表面的光泽度。所述聚十二内酰胺（PA12）用作增韧剂，由ω-十二碳内酰胺单体聚合而成，PA12作为尼龙弹性材料，与PA6有很好的相容性，同时自身韧性较高，可以提高材料整体的韧性，在充分塑化后，不存在注塑起皮、分层因素，生产加工简化，还可以提升材料在低温条件下的韧性。所述抗氧剂为四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯与亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯酯）的复配混合物、三甘醇双-3-（3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基）丙烯蜻或三（2，4-二叔丁基酚）亚磷酸酯，用以减少材料在加工过程中的氧化。所述复合材料还包含加工助剂，按重量份数计为0.2-0.4；所述加工助剂为OP蜡、硬酯酸类或者脂肪酸类或者乙撑双硬脂酰胺的改性产品中的一种，用以减少料与料之间及料与设备制件的摩擦，便于加工，使得矿物填充剂分布均匀。所述相容剂系接枝率为0.8-1.2%的聚十二内酰胺接枝马来酸酐。 
本发明实施例还提供了上述聚己内酰胺复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：按如下重量份数称取聚己内酰胺100、矿物填充剂10-30、聚十二内酰胺10-25、抗氧剂0.3-0.5和相容剂3-8，并混合均匀；将混合均匀的物料熔融挤出，造粒。其中，所述聚己内酰胺、矿物填充剂、聚十二内酰胺、抗氧剂与相容剂混合时还掺入了加工助剂，其按重量份数计为0.2-0.4。所述聚己内酰胺、矿物填充剂、聚十二内酰胺、抗氧剂、加工助剂和相容剂经高速混合处理10～ 15分钟后，使之均匀；所述混合均匀的物料经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒；所述双螺杆挤出机工作参数为：一区温度为210～230℃，二区温度为230～260℃，三区温度为240～265℃，四区温度为235～250℃，五区温度为240～260℃，混合物料在螺杆中输送时间为1～5分钟，压力为10～18MPa。 
为便于对本发明进一步理解，现结合具体实施例对本发明进行详细描述。 
在下述各实施例所提供的复合材料配方中，所述聚己内酰胺选用动力粘度为2.4～2.8帕·秒、相对密度为1.12-1.14g/cm3、熔点为225～228℃的聚己内酰胺，目前市售类似材料有德国巴斯夫的B36、巴陵石化的BL3280等。所述聚十二内酰胺（PA12）由ω-十二碳内酰胺单体聚合而成，此处用作增韧剂，市售类似牌号为杜邦的151L，Evonik Degussa GmbH的L1700等。所述抗氧剂为四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯与亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯酯）的复配混合物或三甘醇双-3-（3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基）丙烯蜻或三（2，4-二叔丁基酚）亚磷酸酯，市售型号为PW-9225，1010，168，1076等。所述加工助剂为OP蜡、硬酯酸类或者脂肪酸类或者乙撑双硬脂酰胺的改性产品中的一种，市售型号为克莱恩OP蜡，TAF，EBS等。 
此外，所述矿物填充剂为自制多元矿物填充混合料，其基料包括硅酸盐类复合增强纤维晶须，硅石粉和硫酸钡。具体制备方法如下：按9:5:5（重量比）称取硅酸盐类复合增强纤维晶须、针状硅石粉1250目和沉淀硫酸钡，这三种矿物作为基料，另加入占基料总重量0.3%-1%的纳米二氧化硅及占基料总重量0.5%-0.9%的硅烷类偶联剂KH550或KH560，经过高混机混合30min左右，温度需要保持在95℃左右，之后冷却待用。 
实施例1
本发明实施例提供的聚己内酰胺复合材料包含按重量份数计的下列组份：聚己内酰胺PA6100，矿物填充剂10，聚十二内酰胺PA1210，抗氧剂0.3，加工助剂0.2，相容剂3。 
本发明实施例提供的聚己内酰胺复合材料的制备方法包括以下步骤：按如 上重量份数称取聚己内酰胺，矿物填充剂，聚十二内酰胺，抗氧剂，加工助剂和相容剂，之后在高速搅拌机中混合10分钟，再经双螺杆挤出机挤出，造粒。所述双螺杆挤出机工作参数为：一区温度为210～230℃，二区温度为230～260℃，三区温度为240～265℃，四区温度为235～250℃，五区温度为240～260℃，混合物料在螺杆中输送时间为1～5分钟，压力为10～18MPa。 
实施例2
本发明实施例提供的聚己内酰胺复合材料包含按重量份数计的下列组份：聚己内酰胺PA6100，矿物填充剂15，聚十二内酰胺PA1214，抗氧剂0.4，加工助剂0.3，相容剂4。 
制备方法同实施例1。 
实施例3
本发明实施例提供的聚己内酰胺复合材料包含按重量份数计的下列组份：聚己内酰胺PA6100，矿物填充剂20，聚十二内酰胺PA1218，抗氧剂0.4，加工助剂0.3，相容剂5。 
制备方法同实施例1。 
实施例4
本发明实施例提供的聚己内酰胺复合材料包含按重量份数计的下列组份：聚己内酰胺PA6100，矿物填充剂25，聚十二内酰胺PA1220，抗氧剂0.4，加工助剂0.3，相容剂6。 
制备方法同实施例1。 
实施例5
本发明实施例提供的聚己内酰胺复合材料包含按重量份数计的下列组份：聚己内酰胺PA6100，矿物填充剂30，聚十二内酰胺PA1225，抗氧剂0.5，加工助剂0.4，相容剂8。 
制备方法同实施例1。 
对比例1
本发明对比例提供的聚己内酰胺复合材料包含按重量份数计的下列组份：聚己内酰胺PA6100，矿物填充剂（非自制，属于硅酸盐类复合增强纤维晶须）20，聚十二内酰胺PA1218，抗氧剂0.4，加工助剂0.3，相容剂5。 
本发明对比例提供的聚己内酰胺复合材料的制备方法包括以下步骤：按如上重量份数称取聚己内酰胺，矿物填充剂，聚十二内酰胺，抗氧剂，加工助剂和相容剂，之后在高速搅拌机中混合10分钟，再经双螺杆挤出机挤出，造粒。所述双螺杆挤出机工作参数为：一区温度为210～230℃，二区温度为230～260℃，三区温度为240～265℃，四区温度为235～250℃，五区温度为240～260℃，混合物料在螺杆中输送时间为1～5分钟，压力为10～18MPa。 
性能评价方式及实行标准
将按上述方法制成的粒子事先在110～120℃的鼓风烘箱中干燥4小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射机上进行注射成型制样，注射成型模温控制在100℃。 
拉伸强度按ISO527标准进行检验。试样类型为I型，样条尺寸(mm)：150(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ISO178标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸(mm)：(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2)，弯曲速度为20mm/min； 
缺口冲击强度按ISO180标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸(mm)：(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2)；缺口类型为A类，缺口深为厚的1/3； 
热变形温度按ISO75-2标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸(mm)：127×(13±0.1)×(6.35±0.1)；升温速率为120℃/1h，压力为1.82MPa，设定形变量为0.21mm。 
另将按上述方法制成的粒子一同送达电镀厂商，在同一条件下完成电镀，每种粒子注塑成型，随机取出其中的10个来进行电镀。通过目测电镀产品的电镀效果来检验材料的电镀合格率。 
以上测试所处环境的室温为23℃。 
实施例1-5的原料重量份数及制成的复合材料性能表 
Figure BDA00003586251600071
由上表可知，本发明各实施例制备的高光泽表面聚己内酰胺复合材料具有两个方面的特点：1、用于一些对尺寸要求较高的电器外壳用料，解决现在聚丙烯、聚酯材料翘曲变形和不耐热的特点。2、用于免底涂的电镀材料，可以部分取代丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，解决丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物热变形温度较低的缺点。与电镀用聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料相比，本发明所提供的聚己内酰胺复合材料表面光洁、韧性高、耐温高，可免去底涂这一工艺，解决了一些材料在电镀前用天那水（别名醋酸异戊酯，有机溶剂，易挥发，有毒，可致癌）浸泡的过程，减少有毒物质对人体的伤害，节约加工成本，避免了有毒物质的使用。 
对比例1的原料重量份数及制成的复合材料性能表 
组成（重量份） 对比例1
PA6 100
矿物填充 20
PA12 18
抗氧剂 0.4
加工助剂 0.3
相容剂 5
[0057] 
缺口冲击强度（KJ/m2） 10
拉伸强度（MPa） 65
断裂伸长率(%) 11
弯曲强度（MPa） 82
弯曲模量（MPa） 2870
热变形温度（℃） 82
电镀合格率% 50
由实施例3与对比例1的物性表可以看出，在除矿物填充剂外，其他组分不变的情况下，实施例3使用自制的矿物填充剂，所制复合材料整体性能比使用其它矿物填充剂的佳，而且电镀效果明显更佳。从表格内的数据分析可知，本发明实施例3所制复合材料韧性优良，由于加入了自制矿物填充剂，使其成型收缩变小，抗翘曲能力要远高于聚丙烯，可以满足一些电器外壳的要求。在电镀方面，使用自制的矿物填充可以使材料表面光泽度高，电镀效果佳，满足汽车大灯外壳的要求，性价比优异，应用前景广泛。 
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)

1.一种聚己内酰胺复合材料，包含按重量份数计的下列组份：
聚己内酰胺                100，
矿物填充剂                10-30，
聚十二内酰胺              10-25，
抗氧剂                    0.3-0.5，
相容剂                    3-8；
其中，按占所述矿物填充剂的重量份数计，所述矿物填充剂包括如下组份：
硅酸盐类复合增强纤维晶须        7-9，
硅石粉                          3-5，
硫酸钡                          5-7。
2.如权利要求1所述的聚己内酰胺复合材料，其特征在于，所述聚己内酰胺的动力粘度为2.4～2.8帕·秒。
3.如权利要求1或2所述的聚己内酰胺复合材料，其特征在于，所述矿物填充剂还包括二氧化硅和硅烷类偶联剂，将所述硅酸盐类复合增强纤维晶须、硅石粉和硫酸钡作为基料，所述二氧化硅的重量占基料总重量的0.3～1%，所述硅烷类偶联剂的重量占基料总重量的0.5～0.9%。
4.如权利要求1或2所述的聚己内酰胺复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯与亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯酯）的复配混合物、三甘醇双-3-（3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基）丙烯蜻或三（2，4-二叔丁基酚）亚磷酸酯。
5.如权利要求1或2所述的聚己内酰胺复合材料，其特征在于，所述复合材料还包含加工助剂，按重量份数计为0.2-0.4；所述加工助剂为OP蜡、硬酯酸类或者脂肪酸类或者乙撑双硬脂酰胺的改性产品中的一种。
6.如权利要求1或2所述的聚己内酰胺复合材料，其特征在于，所述聚十二内酰胺用作增韧剂，由ω-十二碳内酰胺单体聚合而成。
7.如权利要求1或2所述的聚己内酰胺复合材料，其特征在于，所述相容剂系接枝率为0.8-1.2%的聚十二内酰胺接枝马来酸酐。
8.一种聚己内酰胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：
按如权利要求1所述重量份数称取聚己内酰胺、矿物填充剂、聚十二内酰胺、抗氧剂和相容剂，并混合均匀；
将混合均匀的物料熔融挤出，造粒。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，混合时还掺入了加工助剂，其按重量份数计为0.2-0.4。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述聚己内酰胺、矿物填充剂、聚十二内酰胺、抗氧剂、加工助剂和相容剂经高速混合处理10～15分钟后，使之均匀；
所述混合均匀的物料经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒；所述双螺杆挤出机工作参数为：一区温度为210～230℃，二区温度为230～260℃，三区温度为240～265℃，四区温度为235～250℃，五区温度为240～260℃，混合物料在螺杆中输送时间为1～5分钟，压力为10～18MPa。
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