CN103467976A - 一种高性能耐超低温耐老化pa6聚合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高性能耐超低温耐老化pa6聚合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能耐超低温耐老化PA6聚合物，其原料配方由抗氧剂1、抗氧剂2、耐寒剂、紫外线吸收剂、POE接枝、聚酰胺6、抗磨损增韧剂组成。本发明的一种高性能耐超低温耐老化PA6聚合物表现出高抗冲、耐老化的性能，尤其表现出良好的耐寒性能，适用于家用电器、汽车工业、航空工业零部件制造中的应用。

Description

一种高性能耐超低温耐老化PA6聚合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及PA聚合物材料领域，具体涉及一种高性能耐超低温耐老化PA6聚合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚酰胺6（PA6）是一种常用的塑料材料，其具有良好的热塑性、韧性、抗化学腐蚀性、耐老化性等优点，相对于金属材料，PA6的质量更低、更易于加工成型，在家用电器、汽车工业、航空工业等领域中具有广泛的应用。在上述领域中，PA6通常被用作制造轴承、圆齿轮、凸轮、伞齿轮、滑轮、泵叶轮、风扇叶片、蜗轮、推进器、螺钉、螺母、垫片等零件。但PA6的机械强度较低、易老化、耐磨性能较差、易于损坏的缺点，严重限制其应用的推广。提高PA6耐磨性的传统做法是在PA6中加入耐磨剂PTFE 或二硫化钼同时与矿物复合，但是这种途径所得的材料韧性及抗冲击性能较差，在低温环境中产品容易脆化、破碎，也更容易老化报废。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种抗冲击、不易老化、耐寒、耐磨的PA6聚合物。
本发明的另一目的是提供一种可大规模推广、提高上述PA6聚合物性能的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种上述PA6聚合物的应用。
本发明的第一个目的通过以下方式实现：
一种高性能耐超低温耐老化PA6聚合物，其原料配方由如下重量份的各组分组成：
抗氧剂1              0.1-0.3份；
抗氧剂2             0.1-0.3份
紫外线吸收剂UV234         0.2-0.6份；
耐寒剂3808                8-12份；
POE接枝                   5-15份；
聚酰胺6                    63-87份；
抗磨损增韧剂UHMWPE            5-10份；
所述抗氧剂1为抗氧剂168，所述抗氧剂2为抗氧剂2098，所述耐寒剂3808为日本可乐丽所产的耐寒剂3808,所述抗磨损增韧剂UHMWPE全称为Ultra-high molecular weight PE,即分子量在150万以上的聚乙烯。
进一步的，所述UHMWPE的分子量为170万-200万。
上述原料中，聚酰胺6可选用市售产品实现。
上述原料中，抗氧剂168和抗氧剂1098均为市售产品，可提高PA6的加工稳定性、抗氧化性能。二者协效可有效延缓本发明PA6聚合物的老化，保持PA聚合物的抗冲击性能，延长产品的使用寿命。
上述原料中紫外线吸收剂UV234可选用任一种市售产品，高效防老化剂, 能吸收紫外光, 具有色浅、无毒、相容性好、迁移性小、易于加工等特点。它对聚合物有最大的保护作用, 并有助于减少色泽, 同时延缓泛黄和阻滞物理性能损失。与上述的抗氧剂168、1098协同作用，可大幅提升本发明PA6聚合物的耐老化性能，延长产品使用寿命。
上述POE接枝为市售产品，能够有效地提升本发明玻纤增强PA6聚合物的韧性。
上述耐寒剂3808是一款优秀的耐寒剂，其作用主要是增强本发明产品在寒冷环境中的机械性能，提高其抗冲击能力。与上述POE接枝结合能够更加有效地提升本发明产品的耐寒及抗冲击性能。
上述抗磨损增韧剂UHMWPE全称为Ultra-high molecular weight PE,即分子量在150万以上的聚乙烯，具有较强的耐磨性及自润滑性能。但其作为助剂添加至塑料材料中时，往往会降低产品达流动性，导致产品难以加工。此外，UHMWPE通常会降低耐寒剂的效用，添加了UHMWPE的PA6聚合物通常会表现出较大的脆性，容易老化，低温之下抗冲击性能差。发明人在研究中发现，向添加了UHMWPE的PA6聚合物的原料配方中引入耐寒剂3808、POE接枝，并对UHMWPE和耐寒剂3808、POE接枝的用量进行优化，所制成PA6聚合物不但表现出良好的耐磨性能，其抗冲击性能尤其是低温环境中的抗冲击性能也有较大的提升。现有对UHMWPE的认识是其用量越多、分子量越高，抗冲击能力、耐老化性能将越低。但发明人发现，当UHMWPE分子量为170万-200万时，本发明的PA6聚合物比磨损量可达0.005，在-70℃的超低温环境中抗冲击强度为28。此时的抗磨损增韧剂UHMWPE还使发明玻纤增强PA6聚合物表现出突出的耐老化性能，与上述紫外线吸收剂UV234、抗氧化剂168、抗氧化剂1098协效，使其抗UV强度达到4级。
上述一种高性能耐超低温耐老化PA6聚合物的制备方法，其具体包括如下步骤：按照权利要求1所述的比例将抗氧剂1、抗氧剂2、耐寒剂3808、紫外线吸收剂、POE接枝、聚酰胺6、抗磨损增韧剂UHMWPE装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在250-300℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述高性能耐超低温耐老化PA6聚合物。
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为30-50分钟。所述搅拌机的转速为650-1000转/分。
提高搅拌机的转速可使各原料组分混合更充分从而获得质地均匀的产品。但对于某些原料来说，过慢的搅拌速度难以使其充分混合，过高的搅拌转速容易导致其自身结构的裂解。上述搅拌机的转速是发明人根据本发明各种原料组分的物性而优选的，在此范围内，既能保证原料的各组分能够混合均匀，又能有效防止原料发生裂解而失效。所述反复搅拌是指交替改变搅拌机的搅拌方向，如此便能够在不增加转速的情况下进一步促进各原料组分的混合。本发明的熔炼温度是根据各类原料的性质选定的，在该温度范围内，各类原料均可熔化彻底而得以充分混融，不因温度过低而熔融混炼不彻底，且不易因温度过高而裂解、变质。原料只有得到充分混融结合，才能协同作用获得本发明所追求的优质性能。
所述双螺旋挤出机的转速为250-600转/分。
所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为60-75℃。
由于产品的性质不同，其冷却水温也各不一致。一般来说，升高水槽内的水温能够缩减粒料间的空隙使其不易碎裂，但过高的水温将导致粒料粘结，影响产品品质及外观。因此在本发明中，设计人根据双螺旋挤出机的转速、熔体的性质设计出上述的水槽水温范围，在该温度范围内生产出的本发明产品粒料间隙适中、不易粘结，具有良好的加工性能。
所述切粒机的转速为600-900转/分。
本发明设计人在研究实践中发现，切粒机转速过高会使粒料体积过小在后续的拉条工序中容易断裂，而切粒机转速过慢时则会是粒料肥大，影响最终粒料美观的同时还会加大粒料应用中的加工难度。而每一种成分的粒料均有其适宜的粒料大小，对于本发明而言，600-900转/分的切粒机的转速能够最大程度地提升本发明产品的外观及加工性能。
对产品的各项测试表明，本发明的一种高性能耐超低温耐老化PA6聚合物具有优异的耐磨及抗冲击性能，尤其在-70℃的超低温环境中仍具有优于现有产品的机械性能，抗冲击性能可达到118J/M；此外本发明的PA6聚合物还表现出优异的耐老化性能，其抗UV强度可达到4级，尤其适用于家用电器、汽车工业、航空工业零部件制造中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明特别选用了UHMWPE作为抗磨损增韧剂，同时引入了耐寒剂3808、POE接枝，三者协效使本发明所制得的PA6聚合物不但具有优异的耐磨性能，还大幅地提升其机械性能，使之在超低温环境中仍表现出良好的抗冲击性能，获得远超现有产品的使用效果。
2.本发明向PA6聚合物中添加了抗氧剂168、抗氧剂1098以及紫外线吸收剂UV234，三者协效能够有效防止PA6聚合物的氧化分解，产品长期使用仍能具有较高的抗冲击效果；此外，本发明对UHMWPE的用量和分子量的优化更是进一步强化了本发明PA6聚合物的耐老化能力，有效地延长所制得产品的使用寿命。
3.本发明的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物的制备方法，是依据各原料组分的特点对搅拌机转速、熔炼温度、水槽水温、切粒机转速等工艺参数优化而得，保证所制得的PA聚合物材料能够实现本发明所追寻的技术效果。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合对比例及实施例对本发明作进一步详细描述：
实施例1
本实施例提供一种高性能耐超低温耐老化PA6聚合物。其原料配方由如下重量份的各组分组成：
抗氧剂1              0.4份；
抗氧剂2             0.2份
紫外线吸收剂UV234         0.5份；
耐寒剂3808                11份；
POE接枝                   7份；
聚酰胺6                    75.9份；
抗磨损增韧剂UHMWPE            5份；
所述抗氧剂1为抗氧剂168，所述抗氧剂2为抗氧剂2098，所述耐寒剂3808为日本可乐丽所产的耐寒剂3808,所述抗磨损增韧剂UHMWPE全称为Ultra-high molecular weight PE,即分子量在150万以上的聚乙烯。
上述抗氧剂168、抗氧剂1098、耐寒剂、POE接枝、紫外线吸收剂、聚酰胺6、抗磨损增韧剂均采用市售产品。
上述抗磨损增韧剂UHMWPE的分子量为178万。
高性能耐超低温耐老化PA6聚合物的制备方法，其具体包括如下步骤：按照权利要求1所述的比例将抗氧剂168、抗氧剂1098、耐寒剂3808、紫外线吸收剂、POE接枝、聚酰胺6、抗磨损增韧剂UHMWPE装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在275℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述高性能耐超低温耐老化PA6聚合物。
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为40分钟。所述搅拌机的转速为680转/分。
所述双螺旋挤出机的转速为400转/分。
所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为65℃。
所述切粒机的转速为650转/分。
将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表1所示：
表1 实施例1的性能测试结果
Figure 2013103654760100002DEST_PATH_IMAGE002
由上表及表6可见，本实施例所提供的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物具有良好的耐磨、耐寒性能。同时，本实施例的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物还表现出优秀的抗老化性能，尤其适用于家用电器、汽车工业、航空工业零部件制造中的应用。
实施例2
本实施例提供一种高性能耐超低温耐老化PA6聚合物。其原料配方由如下重量份的各组分组成：
抗氧剂1              0.1份；
抗氧剂2             0.3份
紫外线吸收剂UV234         0.2份；
耐寒剂3808                12份；
POE接枝                   5份；
聚酰胺6                    72.4份；
抗磨损增韧剂UHMWPE            10份；
所述抗氧剂1为抗氧剂168，所述抗氧剂2为抗氧剂2098，所述耐寒剂3808为日本可乐丽所产的耐寒剂3808,所述抗磨损增韧剂UHMWPE全称为Ultra-high molecular weight PE,即分子量在150万以上的聚乙烯。
上述抗氧剂168、抗氧剂1098、耐寒剂、POE接枝、紫外线吸收剂、聚酰胺6、抗磨损增韧剂均采用市售产品。
上述抗磨损增韧剂UHMWPE的分子量为189万。
高性能耐超低温耐老化PA6聚合物的制备方法，其具体包括如下步骤：按照权利要求1所述的比例将抗氧剂168、抗氧剂1098、耐寒剂3808、紫外线吸收剂、POE接枝、聚酰胺6、抗磨损增韧剂UHMWPE装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在250℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述高性能耐超低温耐老化PA6聚合物。
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为50分钟。所述搅拌机的转速为650转/分。
所述双螺旋挤出机的转速为600转/分。
所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为70℃。
所述切粒机的转速为650转/分。
将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表2所示：表2 实施例2的性能测试结果
Figure 2013103654760100002DEST_PATH_IMAGE004
由上表及表6可见，本实施例所提供的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物具有良好的耐磨、耐寒性能。同时，本实施例的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物还表现出优秀的抗老化性能，尤其适用于家用电器、汽车工业、航空工业零部件制造中的应用。
实施例3
本实施例提供一种高性能耐超低温耐老化PA6聚合物。其原料配方由如下重量份的各组分组成：
抗氧剂1              0.11份；
抗氧剂2             0.25份
紫外线吸收剂UV234         0.4份；
耐寒剂3808                12份；
POE接枝                   13份；
聚酰胺6                    87份；
抗磨损增韧剂UHMWPE             8份；
所述抗氧剂1为抗氧剂168，所述抗氧剂2为抗氧剂2098，所述耐寒剂3808为日本可乐丽所产的耐寒剂3808,所述抗磨损增韧剂UHMWPE全称为Ultra-high molecular weight PE,即分子量在150万以上的聚乙烯。
上述抗氧剂168、抗氧剂1098、耐寒剂、POE接枝、紫外线吸收剂、聚酰胺6、抗磨损增韧剂均采用市售产品。
上述抗磨损增韧剂UHMWPE的分子量为170万。
高性能耐超低温耐老化PA6聚合物的制备方法，其具体包括如下步骤：按照权利要求1所述的比例将抗氧剂168、抗氧剂1098、耐寒剂3808、紫外线吸收剂、POE接枝、聚酰胺6、抗磨损增韧剂UHMWPE装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在300℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述高性能耐超低温耐老化PA6聚合物。
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为30分钟。所述搅拌机的转速为1000转/分。
所述双螺旋挤出机的转速为600转/分。
所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为65℃。
所述切粒机的转速为650转/分。
将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表3所示：
表3 实施例3的性能测试结果
Figure 2013103654760100002DEST_PATH_IMAGE006
由上表及表6可见，本实施例所提供的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物具有良好的耐磨、耐寒性能。同时，本实施例的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物还表现出优秀的抗老化性能，尤其适用于家用电器、汽车工业、航空工业零部件制造中的应用。
实施例4
本实施例提供一种高性能耐超低温耐老化PA6聚合物。其原料配方由如下重量份的各组分组成：
抗氧剂1              0.3份；
抗氧剂2             0.1份
紫外线吸收剂UV234         0.6份；
耐寒剂3808                8份；
POE接枝                   15份；
聚酰胺6                    63-87份；
抗磨损增韧剂UHMWPE            6份；
所述抗氧剂1为抗氧剂168，所述抗氧剂2为抗氧剂2098，所述耐寒剂3808为日本可乐丽所产的耐寒剂3808,所述抗磨损增韧剂UHMWPE全称为Ultra-high molecular weight PE,即分子量在150万以上的聚乙烯。
上述抗氧剂168、抗氧剂1098、耐寒剂、POE接枝、紫外线吸收剂、聚酰胺6、抗磨损增韧剂均采用市售产品。
上述抗磨损增韧剂UHMWPE的分子量为190万。
高性能耐超低温耐老化PA6聚合物的制备方法，其具体包括如下步骤：按照权利要求1所述的比例将抗氧剂168、抗氧剂1098、耐寒剂3808、紫外线吸收剂、POE接枝、聚酰胺6、抗磨损增韧剂UHMWPE装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在288℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述高性能耐超低温耐老化PA6聚合物。
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为30分钟。所述搅拌机的转速为1000转/分。
所述双螺旋挤出机的转速为600转/分。
所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为65℃。
所述切粒机的转速为650转/分。
将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表4所示：
表4 实施例4的性能测试结果
Figure 2013103654760100002DEST_PATH_IMAGE008
由上表及表6可见，本实施例所提供的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物具有良好的耐磨、耐寒性能。同时，本实施例的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物还表现出优秀的抗老化性能，尤其适用于家用电器、汽车工业、航空工业零部件制造中的应用。
实施例5
本实施例提供一种高性能耐超低温耐老化PA6聚合物。其原料配方由如下重量份的各组分组成：
抗氧剂1              0.29份；
抗氧剂2             0.1份
紫外线吸收剂UV234         0.3份；
耐寒剂3808                7份；
POE接枝                   6份；
聚酰胺6                    87份；
抗磨损增韧剂UHMWPE            6份；
所述抗氧剂1为抗氧剂168，所述抗氧剂2为抗氧剂2098，所述耐寒剂3808为日本可乐丽所产的耐寒剂3808,所述抗磨损增韧剂UHMWPE全称为Ultra-high molecular weight PE,即分子量在150万以上的聚乙烯。
上述抗氧剂168、抗氧剂1098、耐寒剂、POE接枝、紫外线吸收剂、聚酰胺6、抗磨损增韧剂均采用市售产品。
上述抗磨损增韧剂UHMWPE的分子量为200万。
高性能耐超低温耐老化PA6聚合物的制备方法，其具体包括如下步骤：按照权利要求1所述的比例将抗氧剂168、抗氧剂1098、耐寒剂3808、紫外线吸收剂、POE接枝、聚酰胺6、抗磨损增韧剂UHMWPE装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在263℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述高性能耐超低温耐老化PA6聚合物。
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为50分钟。所述搅拌机的转速为650转/分。
所述双螺旋挤出机的转速为600转/分。
所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为70℃。
所述切粒机的转速为650转/分。
将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表5所示： 
表5 实施例5的性能测试结果
由上表及表6可见，本实施例所提供的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物具有良好的耐磨、耐寒性能。同时，本实施例的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物还表现出优秀的抗老化性能，尤其适用于家用电器、汽车工业、航空工业零部件制造中的应用。
表6 实施例1-实施例5的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物性能测试结果
Figure 2013103654760100002DEST_PATH_IMAGE012
以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1. 一种高性能耐超低温耐老化PA6聚合物，其原料配方由如下重量份的各组分组成：
抗氧剂1              0.1-0.3份；
抗氧剂2             0.1-0.3份
紫外线吸收剂UV234         0.2-0.6份；
耐寒剂3808                8-12份；
POE接枝                   5-15份；
聚酰胺6                    63-87份；
抗磨损增韧剂UHMWPE            5-10份；
所述抗氧剂1为抗氧剂168，所述抗氧剂2为抗氧剂2098，所述耐寒剂3808为日本可乐丽所产的耐寒剂3808,所述抗磨损增韧剂UHMWPE全称为Ultra-high molecular weight PE,即分子量在150万以上的聚乙烯。
2.根据权利要求1所述的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物，其特征在于：所述UHMWPE的分子量为170万-200万。
3.一种权利要求1所述一种高性能耐超低温耐老化PA6聚合物的制备方法，其具体包括如下步骤：按照权利要求1所述的比例将抗氧剂1、抗氧剂2、耐寒剂3808、紫外线吸收剂、POE接枝、聚酰胺6、抗磨损增韧剂UHMWPE装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在250-300℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述高性能耐超低温耐老化PA6聚合物。
4.根据权利要求3所述的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物的制备方法，其特征在于：所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为30-50分钟。
5.根据权利要求3所述的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物的制备方法，其特征在于：所述搅拌机的转速为650-1000转/分。
6.根据权利要求3所述的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物的制备方法，其特征在于：所述双螺旋挤出机的转速为250-600转/分。
7.根据权利要求3所述的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物的制备方法，其特征在于：所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为60-75℃。
8.根据权利要求3所述的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物的制备方法，其特征在于：所述切粒机的转速为600-900转/分。
9.权利要求1所述的高性能耐超低温耐老化PA6聚合物在家用电器、汽车工业、航空工业零部件制造中的应用。
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