CN103525083B - 一种增强增韧耐老化pa高岭土复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种增强增韧耐老化pa高岭土复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增强增韧耐老化PA高岭土复合材料，其原料配方由抗氧剂紫外线吸收剂、PP接枝、POE接枝、聚酰胺6、聚酰胺66、高岭土组成。本发明的一种增强增韧耐老化PA高岭土复合材料具有优异的机械强度及韧度，抗冲击性最高能达到118J/M；此外本发明的增强增韧耐老化PA高岭土复合材料还表现出优异的耐老化性能，其抗UV强度可达到4级，尤其适用于汽车发动机部件、汽车电器、连接器、断路器、轨距垫制造中的应用。

Description

一种增强增韧耐老化PA高岭土复合材料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，具体涉及一种增强增韧耐老化PA高岭土复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚酰胺（PA）是一种常用的塑料材料，其具有良好的热塑性、抗化学腐蚀性、耐老化性等优点，相对于金属材料，PA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，PA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PA具有韧性低、抗冲击性能差的缺点，严重限制其应用的推广。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种高强度、不易老化、高韧度的PA材料。
本发明的另一目的是提供一种可大规模推广、提高上述PA材料性能的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种上述PA材料的应用。
本发明的第一个目的通过以下方式实现：
一种增强增韧耐老化PA高岭土复合材料，其原料配方由如下重量份的各组分组成：
抗氧剂168 0.1-0.5份；
抗氧剂1098 0.1-0.5份
紫外线吸收剂UV234 0.3-0.6份；
PP接枝 1-5份；
POE接枝 3-8份；
聚酰胺6 30-40份；
聚酰胺66 1-26份；
高岭土 40-50份。
所述高岭土粒径为2.7-3.0μm，为市售产品。
上述原料中，聚酰胺6及聚酰胺66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以及PA66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PA复合材料的耐老化性能，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PA复合材料的韧性，并增强高岭土与PA6、PA66的亲和性，使三者均匀融合。
上述PP接枝为市售产品，能够有效地增强本发明PA复合材料的拉伸和抗冲击强度。
上述高岭土可采用任一种市售产品，填充高岭土后的PA复合材料韧性及抗冲击强度均得到改善，通常认为其用量与增韧效果呈正相关，在30-40重量份时能够最强的增韧效果，但在这一用量范围中，高岭土将影响PA材料的热塑性和加工性能，降低产品实用效果。而本发明人在研究中发现，向PA66及PA6的复合材料中填充40-50重量份的高岭土，并配以适量的POE接枝及PP接枝，不但使所制得的PA复合材料表现出超越现有产品的机械强度及抗冲击性能，同时还克服了现有技术中填充高岭土导致产品热塑性、加工性能下降的问题。经验证，本发明的PA复合材料的抗冲击强度最高可达到118J/M。
上述一种增强增韧耐老化PA高岭土复合材料的制备方法，其具体包括如下步骤：按照上述的比例将抗氧剂168、抗氧剂1098、紫外线吸收剂UV234、PP接枝、POE接枝、聚酰胺6、聚酰胺66、高岭土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250-310℃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，所得粒料即为所述增强增韧耐老化PA高岭土复合材料。
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。过慢的搅拌速度难以使原料中的高岭土与PA6及PA66充分混合，过高的搅拌转速容易导致某些助剂自身结构的裂解。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，既能保证高岭土与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，本发明的一种增强增韧耐老化PA高岭土复合材料具有优异的机械强度及韧度，抗冲击性最高能达到118J/M；此外本发明的增强增韧耐老化PA高岭土复合材料还表现出优异的耐老化性能，其抗UV强度可达到4级，尤其适用于汽车发动机部件、汽车电器、连接器、断路器、轨距垫制造中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明特别选用高岭土填充于PA6与PA66的复合材料中，并限定高岭土的用量，同时向复合材料中添加适量的POE接枝及PP接枝，高岭土、PP接枝、POE接枝、PA6、PA66协效，不但使最终制得的增强增韧耐老化PA高岭土复合材料表现有优秀的机械强度、韧度，更克服了现有技术中填充高岭土致使PA复合材料热塑性、加工性能下降、使产品失去实用性的问题。
2.本发明向PA复合材料中添加了抗氧剂168、抗氧剂1098以及紫外线吸收剂UV234，三者协效能够有效防止PA复合材料的氧化分解，延长产品的使用寿命，产品长期使用仍能具有较高的抗冲击效果和机械强度。
3.本发明的增强增韧耐老化PA高岭土复合材料的制备方法，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聚合物产品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
本实施例提供一种增强增韧耐老化PA高岭土复合材料。其原料配方由如下重量份的各组分组成：
抗氧剂168 0.33份；
抗氧剂1098 0.41份
紫外线吸收剂UV234 0.53份；
PP接枝 2.3份；
POE接枝 5.7份；
聚酰胺6 31.7份；
聚酰胺66 24份；
高岭土 42份。
上述抗氧剂168、抗氧剂1098、PP接枝、POE接枝、紫外线吸收剂、聚酰胺6、聚酰胺66、高岭土均采用市售产品。
增强增韧耐老化PA高岭土复合材料的制备方法，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、紫外线吸收剂UV234、PP接枝、POE接枝、聚酰胺6、聚酰胺66、高岭土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，所得粒料即为所述增强增韧耐老化PA高岭土复合材料。
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为31分钟。所述搅拌机的转速为933转/分。
所述双螺旋挤出机的转速为562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62℃。
所述切粒机的转速为873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
性质 方法 单位 数据
比重 ASTMD792 — 1.32
模收缩 ASTMD955 % 0.3-0.5
延伸率 ASTMD638 % 35
拉伸强度 ASTMD638 Mpa 68
弯曲强度 ASTMD638 Mpa 108
弯曲模数 ASTMD90 Mpa 3520
缺口冲击强度(1/8") ASTMD256 J/M 118
热变形温度 ASTMD648 ℃ 132
耐燃性 UL94 (1/8") HB
抗UV强度 紫外灯箱处理72小时 级 4
干燥温度 — ℃ 125
干燥时间 — HR 4
熔融温度 — ℃ 250-300
建议模温 — ℃ 70
由上表可见，本实施例所提供的增强增韧耐老化PA高岭土复合材料具有良好的抗冲击性能及机械强度。同时，本实施例的增强增韧耐老化PA高岭土复合材料还表现出优秀的抗老化性能、以及优秀的加工性能，尤其适用于汽车发动机部件、汽车电器、连接器、断路器、轨距垫制造中的应用。
实施例2
本实施例提供一种增强增韧耐老化PA高岭土复合材料。其原料配方由如下重量份的各组分组成：
抗氧剂168 0.1份；
抗氧剂1098 0.5份
紫外线吸收剂UV234 0.3份；
PP接枝 5份；
POE接枝 3份；
聚酰胺6 30份；
聚酰胺66 21份；
高岭土 40份。
上述抗氧剂168、抗氧剂1098、PP接枝、POE接枝、紫外线吸收剂、聚酰胺6、聚酰胺66、高岭土均采用市售产品。
增强增韧耐老化PA高岭土复合材料的制备方法，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、紫外线吸收剂UV234、PP接枝、POE接枝、聚酰胺6、聚酰胺66、高岭土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310℃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，所得粒料即为所述增强增韧耐老化PA高岭土复合材料。
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为49分钟。所述搅拌机的转速为736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777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
性质 方法 单位 数据
比重 ASTMD792 — 1.32
模收缩 ASTMD955 % 0.3-0.5
延伸率 ASTMD638 % 36
拉伸强度 ASTMD638 Mpa 65
弯曲强度 ASTMD638 Mpa 110
弯曲模数 ASTMD90 Mpa 3500
缺口冲击强度(1/8") ASTMD256 J/M 115
热变形温度 ASTMD648 ℃ 132
耐燃性 UL94 (1/8") HB
抗UV强度 紫外灯箱处理72小时 级 4
干燥温度 — ℃ 125
干燥时间 — HR 4
熔融温度 — ℃ 250-300
建议模温 — ℃ 70
由上表可见，本实施例所提供的增强增韧耐老化PA高岭土复合材料具有良好的抗冲击性能及机械强度。同时，本实施例的增强增韧耐老化PA高岭土复合材料还表现出优秀的抗老化性能、以及优秀的加工性能，尤其适用于汽车发动机部件、汽车电器、连接器、断路器、轨距垫制造中的应用。
实施例3
本实施例提供一种增强增韧耐老化PA高岭土复合材料。其原料配方由如下重量份的各组分组成：
抗氧剂168 0.5份；
抗氧剂1098 0.1份
紫外线吸收剂UV234 0.6份；
PP接枝 1份；
POE接枝 8份；
聚酰胺6 30份；
聚酰胺66 10份；
高岭土 46份。
上述抗氧剂168、抗氧剂1098、PP接枝、POE接枝、紫外线吸收剂、聚酰胺6、聚酰胺66、高岭土均采用市售产品。
增强增韧耐老化PA高岭土复合材料的制备方法，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、紫外线吸收剂UV234、PP接枝、POE接枝、聚酰胺6、聚酰胺66、高岭土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，所得粒料即为所述增强增韧耐老化PA高岭土复合材料。
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870转/分。
所述双螺旋挤出机的转速为250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75℃。
所述切粒机的转速为600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
性质 方法 单位 数据
比重 ASTMD792 — 1.32
模收缩 ASTMD955 % 0.3-0.5
延伸率 ASTMD638 % 33
拉伸强度 ASTMD638 Mpa 69
弯曲强度 ASTMD638 Mpa 101
弯曲模数 ASTMD90 Mpa 3450
缺口冲击强度(1/8") ASTMD256 J/M 113
热变形温度 ASTMD648 ℃ 132
耐燃性 UL94 (1/8") HB
抗UV强度 紫外灯箱处理72小时 级 4
干燥温度 — ℃ 125
干燥时间 — HR 4
熔融温度 — ℃ 250-300
建议模温 — ℃ 70
由上表可见，本实施例所提供的增强增韧耐老化PA高岭土复合材料具有良好的抗冲击性能及机械强度。同时，本实施例的增强增韧耐老化PA高岭土复合材料还表现出优秀的抗老化性能、以及优秀的加工性能，尤其适用于汽车发动机部件、汽车电器、连接器、断路器、轨距垫制造中的应用。
实施例4
本实施例提供一种增强增韧耐老化PA高岭土复合材料。其原料配方由如下重量份的各组分组成：
抗氧剂168 0.3份；
抗氧剂1098 0.4份
紫外线吸收剂UV234 0.5份；
PP接枝 3.2份；
POE接枝 7份；
聚酰胺6 40份；
聚酰胺66 9份；
高岭土 43份。
上述抗氧剂168、抗氧剂1098、PP接枝、POE接枝、紫外线吸收剂、聚酰胺6、聚酰胺66、高岭土均采用市售产品。
增强增韧耐老化PA高岭土复合材料的制备方法，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、紫外线吸收剂UV234、PP接枝、POE接枝、聚酰胺6、聚酰胺66、高岭土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290℃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，所得粒料即为所述增强增韧耐老化PA高岭土复合材料。
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4所示：
表4 实施例4的性能测试结果
性质 方法 单位 数据
比重 ASTMD792 — 1.32
模收缩 ASTMD955 % 0.3-0.5
延伸率 ASTMD638 % 30
拉伸强度 ASTMD638 Mpa 66
弯曲强度 ASTMD638 Mpa 102
弯曲模数 ASTMD90 Mpa 3410
缺口冲击强度(1/8") ASTMD256 J/M 107
热变形温度 ASTMD648 ℃ 132
耐燃性 UL94 (1/8") HB
抗UV强度 紫外灯箱处理72小时 级 4
干燥温度 — ℃ 125
干燥时间 — HR 4
熔融温度 — ℃ 250-300
建议模温 — ℃ 70
由上表可见，本实施例所提供的增强增韧耐老化PA高岭土复合材料具有良好的抗冲击性能及机械强度。同时，本实施例的增强增韧耐老化PA高岭土复合材料还表现出优秀的抗老化性能、以及优秀的加工性能，尤其适用于汽车发动机部件、汽车电器、连接器、断路器、轨距垫制造中的应用。
实施例5
本实施例提供一种增强增韧耐老化PA高岭土复合材料。其原料配方由如下重量份的各组分组成：
抗氧剂168 0.2份；
抗氧剂1098 0.2份
紫外线吸收剂UV234 0.4份；
PP接枝 2份；
POE接枝 6份；
聚酰胺6 37份；
聚酰胺66 11份；
高岭土 45份。
上述抗氧剂168、抗氧剂1098、PP接枝、POE接枝、紫外线吸收剂、聚酰胺6、聚酰胺66、高岭土均采用市售产品。
增强增韧耐老化PA高岭土复合材料的制备方法，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、紫外线吸收剂UV234、PP接枝、POE接枝、聚酰胺6、聚酰胺66、高岭土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260℃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，所得粒料即为所述增强增韧耐老化PA高岭土复合材料。
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5所示：
表5 实施例5的性能测试结果
性质 方法 单位 数据
比重 ASTMD792 — 1.32
模收缩 ASTMD955 % 0.3-0.5
延伸率 ASTMD638 % 38
拉伸强度 ASTMD638 Mpa 64
弯曲强度 ASTMD638 Mpa 107
弯曲模数 ASTMD90 Mpa 3480
缺口冲击强度(1/8") ASTMD256 J/M 111
热变形温度 ASTMD648 ℃ 132
耐燃性 UL94 (1/8") HB
抗UV强度 紫外灯箱处理72小时 级 4
干燥温度 — ℃ 125
干燥时间 — HR 4
熔融温度 — ℃ 250-300
建议模温 — ℃ 70
由上表可见，本实施例所提供的增强增韧耐老化PA高岭土复合材料具有良好的抗冲击性能及机械强度。同时，本实施例的增强增韧耐老化PA高岭土复合材料还表现出优秀的抗老化性能、以及优秀的加工性能，尤其适用于汽车发动机部件、汽车电器、连接器、断路器、轨距垫制造中的应用。
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 (1)

1.一种增强增韧耐老化PA高岭土复合材料的制备方法，其特征在于，
所述的增强增韧耐老化PA高岭土复合材料，其原料配方由如下重量份的各组分组成，
抗氧剂168 0.1-0.5份，
抗氧剂1098 0.1-0.5份，
紫外线吸收剂UV234 0.3-0.6份，
PP接枝 1-5份，
POE接枝 3-8份，
聚酰胺6 30-40份，
聚酰胺66 1-26份，
高岭土 40-50份，
所述高岭土粒径为 2.7-3.0μm；
具体包括如下步骤：按上述各组分的重量份数将抗氧剂168、抗氧剂1098、紫外线吸收剂UV234、PP接枝、POE接枝、聚酰胺6、聚酰胺66、高岭土装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺旋挤出机中，在250-310℃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，所得粒料即为所述增强增韧耐老化PA高岭土复合材料；
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，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℃，所述切粒机的转速为600-900转/分。
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