CN103665852A - 一种聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料、制备方法及其用途 - Google Patents

一种聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料、制备方法及其用途 Download PDF

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Abstract

本发明属于工程塑料技术领域，公开了一种聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料、制备方法及其用途。本发明的材料是由包含以下重量份的组分制成：半芳香族尼龙60~90份，玻璃纤维20~40份，聚乙烯3~8份，增容剂5~10份，增韧剂8~10份，加工助剂0.2~0.4份。本发明还公开了上述的聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料制作成汽车、电子电气工业中各种耐热耐磨零部件的用途。本发明产品具有良好的耐热性能，耐磨耐冲击性能，适用于制作汽车、电子电气工业中的耐热耐磨部件；而且本发明产品的制备工艺简单、成本低廉，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料、制备方法及其用途
技术领域
本发明属于工程塑料技术领域，涉及一种超高分子量聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料、制备方法及其用途。
背景技术
半芳香族尼龙是有脂肪族二胺或二酸与带芳香环的二酸或二胺，经缩聚制得，是芳香族尼龙的一种。由于尼龙分子的主链中引入了芳香环结构，因而尼龙产品的耐热性能和力学性能得到了很大的提高，同时吸水率也有不同程度的降低，并且有较高的性价比，是介于通用工程塑料和耐高温工程塑料PEEK之间的高耐热性树脂材料，主要用于汽车和电气电子工业。由于半芳香族尼龙与尼龙66相比，其最大的特点是耐热性能优良，低的吸水率和优良的抗蠕变性能；同时与全芳香族尼龙相比，其具有容易加工的特性。因此，随着高新技术的迅速发展和环保事业的需求，其市场需求呈上升趋势，其应用开发也有新的进展。
超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是指分子量100万以上的聚乙烯，是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。因为分子量高而具有其他塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能，此外超高分子量聚乙烯耐低温性能优异，在-40℃时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269℃下使用。但是其缺点是熔化粘度极高，熔融流动性极差，熔体指数接近0，所以把超高分子量聚乙烯与半芳香族尼龙共混可以改善其流动性和加工成型性，并且能够提高共混体系的综合性能，可以广泛应用在汽车、电气电子工业中的耐热、耐磨部件中，而关于超高分子量聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料的技术尚未见有关的报道。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种增强增韧超高分子量聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料，该复合材料主要是由超高分子量聚乙烯与半芳香族尼龙复合而成，具有良好耐热性能、耐磨耐冲击性，可以广泛用于制作汽车、电子电气工业中各种零部件。
本发明的另一目的是提供一种上述的复合材料的制备方法。
本发明的第三个目的是提供一种上述的复合材料的用途。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料，该材料是由包含以下重量份的组分制成：
半芳香族尼龙         60~90份，
玻璃纤维             20~40份，
聚乙烯               3~8份，
增容剂               5~10份，
增韧剂               8~10份，
加工助剂             0.2~0.4份。
所述的半芳香族尼龙选自PA6T、PA7T、PA8T、PA9T、PA10T或PA12T中的一种或一种以上；优选为PA6T、PA10T或PA12T中的一种或一种以上。
所述的玻璃纤维是无碱玻璃纤维。
所述的聚乙烯是超高分子量聚乙烯，具有线型结构，粘均分子量为150万~500万聚乙烯，是一种具有优异综合性能的热塑性工程塑料。
所述的增容剂为能够与超高分子量聚乙烯和半芳香族尼龙树脂或者两者都能相互作用的多官能团化合物，为物理性增容剂或化学性增溶剂；进一步为马来酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸或丙烯酸缩水甘油酯中的一种或一种以上；优选为马来酸酐或马来酸中的一种或一种以上。
所述的增韧剂选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）、苯乙烯/氢化异戊二烯二嵌段共聚物（SEP）或氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SEBS）中的一种或一种以上。
所述的加工助剂选自酚类高温抗氧剂与硬脂酸类润滑剂，两者的重量比为1:1；其中：酚类高温抗氧剂进一步选自四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯或1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮中的一种或一种以上；润滑剂进一步为硬脂酸类润滑剂，优选硬脂酰胺、硬脂酸钙或硬脂酸锌中的一种或一种以上。
本发明还提供了一种上述聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
将经过干燥处理的60-~90份半芳香族尼龙、3~8份聚乙烯、5~10份增容剂、8~10份增韧剂、0.2~0.4份加工助剂进行高速搅拌混合均匀；将混合物料通过失重式计量喂料器送入双螺杆挤出机中，将20~40份经过偶联剂处理过的玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧向加料口加入；在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、啮合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥得到聚乙烯/半芳香族尼龙的复合材料。
所述的半芳香族尼龙的干燥处理温度为100～130℃，时间为6~8h。
所述的高速搅拌的速率为650~850r/min，搅拌时间为3~5min。
所述的双螺杆挤出机转速为250~350r.p.m。
所述的偶联剂处理过的玻璃纤维的处理方法为：先将偶联剂配成浓度为0.5%~1%的溶液，然后用配好的溶液涂覆在玻璃纤维表层，干燥后备用；其中：偶联剂进一步为KH550、KH560或KH570。
所述的双螺杆挤出机的各段螺杆温度为：一区温度275±10℃，二区温度275±10℃，三区温度280±10℃，四区温度285±10℃，五区温度295±10℃，六区温度295±10℃，七区温度295±10℃，八区温度290±10℃，九区温度285±10℃，十区温度285±10℃，机头温度为285±10℃，螺杆转速250~350r.p.m，双螺杆挤出机的长径比为65-75，较大的长径比的挤出机，具备良好的生产能力，可以使物料停留在挤出机中越长，处理和混合效果越好。
本发明还提供了一种将上述的复合材料制作成汽车、电子电气工业中各种耐热耐磨零部件的用途。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
本发明产品具有良好的耐热性能，耐磨耐冲击性能，适用于制作汽车、电子电气工业中的耐热耐磨部件；而且本发明产品的制备工艺简单、成本低廉，具有广阔的市场应用前景。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
以下实施例中，半芳香族尼龙的干燥处理温度为110~130℃，时间为6~8h。
实施例1
（1）将经过干燥处理的70份半芳香族尼龙PA6T树脂、8份超高分子量聚乙烯，其粘均分子量为150万，5份增容剂马来酸、10份增韧剂苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）、0.2份酚类高温抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，0.2份硬脂酸类润滑剂硬脂酸钙，二者其重量比为1:1，进行高速搅拌混合均匀，高速搅拌的速率为700r/min，搅拌时间为4min；
（2）将步骤（1）中的混合物料通过失重式计量喂料器送入双螺杆挤出机中，其中双螺杆挤出机为250r.p.m，将30份经过偶联剂处理过的无碱玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧向加料口加入；在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、啮合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥最后得到了增强增韧的超高分子量聚乙烯/半芳香族尼龙的复合材料。
偶联剂处理过的玻璃纤维的处理方法为：先将硅烷偶联剂配成浓度为0.5%的溶液，然后用配好的稀溶液涂覆在无碱玻璃纤维表层，干燥后备用；其中：硅烷偶联剂为KH550。
其中双螺杆挤出机的各段螺杆温度为一区温度275±10℃，二区温度275±10℃，三区温度280±10℃，四区温度285±10℃，五区温度295±10℃，六区温度295±10℃，七区温度295±10℃，八区温度290±10℃，九区温度285±10℃，十区温度285±10℃，机头温度为285±10℃，螺杆转速250r.p.m，双螺杆挤出机的长径比为75。
本实施例中的复合材料，具有优异的力学性能，其拉伸强度≥185MPa，弯曲强度≥290MPa，悬臂梁缺口冲击强度≥22Kj/m2；此外还具有优良的耐热性，热变形温度≥280℃。
本实施例中的复合材料可以作为制作汽车、电子电气工业中各种耐热耐磨零部件的材料使用。
实施例2
将经过干燥处理的80份半芳香族尼龙PA6T树脂，5份超高分子量聚乙烯，其粘均分子量为500万，5份增容剂马来酸、10份增韧剂苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS），0.2份酚类高温抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，0.2份硬脂酸类润滑剂硬脂酸钙，二者重量比为1：1，进行高速搅拌混合均匀，高速搅拌的速率为650r/min，搅拌时间为5min；
（2）将步骤（1）中的混合物料通过失重式计量喂料器送入双螺杆挤出机中，其中双螺杆挤出机转速为350r.p.m，将25份经过偶联剂处理过的无碱玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧向加料口加入；在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、啮合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥最后得到了增强增韧的超高分子量聚乙烯/半芳香族尼龙的复合材料。
偶联剂处理过的玻璃纤维的处理方法为：先将硅烷偶联剂配成浓度为0.8%的溶液，然后用配好的稀溶液涂覆在无碱玻璃纤维表层，干燥后备用，；其中：硅烷偶联剂为KH560。
其中双螺杆挤出机的各段螺杆温度为一区温度275±10℃，二区温度275±10℃，三区温度280±10℃，四区温度285±10℃，五区温度295±10℃，六区温度295±10℃，七区温度295±10℃，八区温度290±10℃，九区温度285±10℃，十区温度285±10℃，机头温度为285±10℃，螺杆转速250r.p.m，双螺杆挤出机的长径比为70。
本实施例中的复合材料，具有优异的力学性能，其拉伸强度≥185MPa，弯曲强度≥290MPa，悬臂梁缺口冲击强度≥22Kj/m2；此外还具有优良的耐热性，热变形温度≥280℃。
本实施例中的复合材料可以作为制作汽车、电子电气工业中各种耐热耐磨零部件的材料使用。
实施例3
将经过干燥处理的90份半芳香族尼龙PA6T树脂，3超高分子量聚乙烯，其粘均分子量为300万，5份增容剂马来酸、10份增韧剂苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS），0.2份酚类高温抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，0.2份硬脂酸类润滑剂优选硬脂酸钙，二者重量比为1：1，进行高速搅拌混合均匀，高速搅拌的速率为850r/min，搅拌时间为3min；
（2）将步骤（1）中的混合物料通过失重式计量喂料器送入双螺杆挤出机中，其中双螺杆挤出机转速为3000r.p.m，将40份经过偶联剂处理过的无碱玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧向加料口加入；在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、啮合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥最后得到了增强增韧的超高分子量聚乙烯/半芳香族尼龙的复合材料。
偶联剂处理过的玻璃纤维的处理方法为：先将硅烷偶联剂配成浓度为1%的溶液，然后用配好的稀溶液涂覆在无碱玻璃纤维表层，干燥后备用；其中：硅烷偶联剂为KH570。
其中双螺杆挤出机的各段螺杆温度为一区温度275±10℃，二区温度275±10℃，三区温度280±10℃，四区温度285±10℃，五区温度295±10℃，六区温度295±10℃，七区温度295±10℃，八区温度290±10℃，九区温度285±10℃，十区温度285±10℃，机头温度为285±10℃，螺杆转速250r.p.m，双螺杆挤出机的长径比为65。
本实施例中的复合材料，具有优异的力学性能，其拉伸强度≥185MPa，弯曲强度≥290MPa，悬臂梁缺口冲击强度≥22Kj/m2；此外还具有优良的耐热性，热变形温度≥280℃。
本实施例中的复合材料可以作为制作汽车、电子电气工业中各种耐热耐磨零部件的材料使用。
实施例4
（1）将经过干燥处理的70份半芳香族尼龙PA10T树脂、8份超高分子量聚乙烯，其粘均分子量为150万，10份增容剂马来酸酐、8份增韧剂苯乙烯/氢化异戊二烯二嵌段共聚物（SEP）、0.1份酚类高温抗氧剂β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯，0.1份硬脂酸类润滑剂硬脂酸锌，二者其重量比为1:1，进行高速搅拌混合均匀，高速搅拌的速率为700r/min，搅拌时间为4min；
（2）将步骤（1）中的混合物料通过失重式计量喂料器送入双螺杆挤出机中，其中喂料器转速为250r.p.m，将40份经过偶联剂处理过的无碱玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧向加料口加入；在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、啮合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥最后得到了增强增韧的超高分子量聚乙烯/半芳香族尼龙的复合材料。
偶联剂处理过的玻璃纤维的处理方法为：先将硅烷偶联剂配成浓度为1%的溶液，然后用配好的稀溶液涂覆在无碱玻璃纤维表层，干燥后备用；其中：硅烷偶联剂为KH560。
其中双螺杆挤出机的各段螺杆温度为一区温度275±10℃，二区温度275±10℃，三区温度280±10℃，四区温度285±10℃，五区温度295±10℃，六区温度295±10℃，七区温度295±10℃，八区温度290±10℃，九区温度285±10℃，十区温度285±10℃，机头温度为285±10℃，螺杆转速250r.p.m，双螺杆挤出机的长径比为75。
 实施例5
（1）将经过干燥处理的70份半芳香族尼龙PA12T树脂、8份超高分子量聚乙烯，其粘均分子量为200万，8份增容剂马来酸酐、9份增韧剂氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SEBS）、0.15份酚类高温抗氧剂β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯，0.15份硬脂酸类润滑剂硬脂酰胺，二者其重量比为1:1，进行高速搅拌混合均匀，高速搅拌的速率为750r/min，搅拌时间为4min；
（2）将步骤（1）中的混合物料通过失重式计量喂料器送入双螺杆挤出机中，其中喂料器转速为300r.p.m，将30份经过偶联剂处理过的无碱玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧向加料口加入；在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、啮合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥最后得到了增强增韧的超高分子量聚乙烯/半芳香族尼龙的复合材料。
偶联剂处理过的玻璃纤维的处理方法为：先将硅烷偶联剂配成浓度为1%的溶液，然后用配好的稀溶液涂覆在无碱玻璃纤维表层，干燥后备用；其中：硅烷偶联剂为KH550。
其中双螺杆挤出机的各段螺杆温度为一区温度275±10℃，二区温度275±10℃，三区温度280±10℃，四区温度285±10℃，五区温度295±10℃，六区温度295±10℃，七区温度295±10℃，八区温度290±10℃，九区温度285±10℃，十区温度285±10℃，机头温度为285±10℃，螺杆转速300r.p.m，双螺杆挤出机的长径比为75。
实施例6
（1）将经过干燥处理的60份半芳香族尼龙PA7T树脂、6份超高分子量聚乙烯，其粘均分子量为200万，7份增容剂富马酸、9份增韧剂氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SEBS）、0.1份酚类高温抗氧剂1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮，0.1份硬脂酸类润滑剂硬脂酸锌，二者其重量比为1:1，进行高速搅拌混合均匀，高速搅拌的速率为750r/min，搅拌时间为4min；
（2）将步骤（1）中的混合物料通过失重式计量喂料器送入双螺杆挤出机中，其中喂料器转速为300r.p.m，将20份经过偶联剂处理过的无碱玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧向加料口加入；在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、啮合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥最后得到了增强增韧的超高分子量聚乙烯/半芳香族尼龙的复合材料。
偶联剂处理过的玻璃纤维的处理方法为：先将硅烷偶联剂配成浓度为1%的溶液，然后用配好的稀溶液涂覆在无碱玻璃纤维表层，干燥后备用；其中：硅烷偶联剂为KH550。
其中双螺杆挤出机的各段螺杆温度为一区温度275±10℃，二区温度275±10℃，三区温度280±10℃，四区温度285±10℃，五区温度295±10℃，六区温度295±10℃，七区温度295±10℃，八区温度290±10℃，九区温度285±10℃，十区温度285±10℃，机头温度为285±10℃，螺杆转速300r.p.m，双螺杆挤出机的长径比为75。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料，其特征在于：该材料是由包含以下重量份的组分制成：
半芳香族尼龙            60~90份，
玻璃纤维                20~40份，
聚乙烯                  3~8份，
增容剂                  5~10份，
增韧剂                  8~10份，
加工助剂                0.2~0.4份。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料，其特征在于：所述的半芳香族尼龙选自PA6T、PA7T、PA8T、PA9T、PA10T或PA12T中的一种或一种以上；优选为PA6T、PA10T或PA12T中的一种或一种以上。
3.根据权利要求1所述的聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维是无碱玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料，其特征在于：所述的聚乙烯是超高分子量聚乙烯，具有线型结构，粘均分子量为150万~500万聚乙烯。
5.根据权利要求1所述的聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料，其特征在于：所述的增容剂为物理性增容剂或化学性增溶剂；进一步为马来酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸或丙烯酸缩水甘油酯中的一种或一种以上；优选为马来酸酐或马来酸中的一种或一种以上。
6.根据权利要求1所述的聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料，其特征在于：所述的增韧剂选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、苯乙烯/氢化异戊二烯二嵌段共聚物或氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物中的一种或一种以上。
7.根据权利要求1所述的聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料，其特征在于：所述的加工助剂选自酚类高温抗氧剂与硬脂酸类润滑剂，两者的重量比为1∶1；其中：酚类高温抗氧剂进一步选自四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯或1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮中的一种或一种以上；润滑剂进一步为硬脂酸类润滑剂，优选硬脂酰胺、硬脂酸钙或硬脂酸锌中的一种或一种以上。
8.权利要求1至7任一所述的聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
将经过干燥处理的60-~90份半芳香族尼龙、3~8份聚乙烯、5~10份增容剂、8~10份增韧剂、0.2~0.4份加工助剂进行高速搅拌混合均匀；将混合物料通过失重式计量喂料器送入双螺杆挤出机中，将20~40份经过偶联剂处理过的玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧向加料口加入；在双螺杆挤出机的输送和剪切作用下，充分熔融塑化、啮合混炼、经机头挤出、拉条、冷却、切粒、干燥得到聚乙烯/半芳香族尼龙的复合材料。
9.根据权利要求8所述的聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：所述的半芳香族尼龙的干燥处理温度为100~130℃，时间为6~8h。
10.根据权利要求8所述的聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：所述的高速搅拌的速率为650~850r/min，搅拌时间为3~5min。
11.根据权利要求8所述的聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：所述的双螺杆挤出机的转速为250~350r.p.m。
12.根据权利要求8所述的聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：所述的偶联剂处理过的玻璃纤维的处理方法为：先将偶联剂配成浓度为0.5%~1%的溶液，然后用配好的溶液涂覆在玻璃纤维表层，干燥后备用；其中：偶联剂进一步为KH550、KH560或KH570中的一种。
13.根据权利要求8所述的聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：所述的双螺杆挤出机的各段螺杆温度为：一区温度275±10℃，二区温度275±10℃，三区温度280±10℃，四区温度285±10℃，五区温度295±10℃，六区温度295±10℃，七区温度295±10℃，八区温度290±10℃，九区温度285±10℃，十区温度285±10℃，机头温度为285±10℃，双螺杆挤出机的长径比为65-75。
14.权利要求1至7任一所述的聚乙烯/半芳香族尼龙复合材料制作成汽车、电子电气工业中各种耐热耐磨零部件的用途。
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CN101760009A (zh) * 2008-12-23 2010-06-30 上海普利特复合材料股份有限公司 一种可直接注塑粘接tpe的增强尼龙合金材料及其制备方法

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