CN104371316A - 一种尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料及其制备方法，属高分子复合材料制备领域。原料的重量份数为：尼龙66 80～94份，POE-g-MAH4～16份、改性纳米二氧化钛1～3份，抗氧剂0～1份，润滑剂0～1份。其制备方法是首先将干燥好的尼龙66、POE-g-MAH、改性纳米二氧化钛以及各种助剂按照一定重量比混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机中，挤出机加工温度为230℃～280℃，经挤出、造粒、干燥后即可。本发明利用POE-g-MAH和纳米二氧化钛的协同作用增强增韧尼龙66，方法简单易行、易于工业化生产，制得的三元纳米复合材料具有良好的力学性能和热稳定性。

Description

一种尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料制备领域，尤其是涉及一种尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料是以尼龙66、热塑性弹性体POE-g-MAH和纳米二氧化钛为原料，经熔融共混工艺制备的材料。在尼龙66中加入热塑性弹性体，可显著提高其冲击韧性，但大幅度降低了其刚性和强度；纳米无机粒子的加入，可以提高尼龙66的强度和韧性，但增韧幅度有限。利用热塑性弹性体和纳米无机粒子协同改性尼龙66的方法，在增加其冲击韧性的同时提高其刚性和强度，进而得到力学性能优异的尼龙66/热塑性弹性体/纳米无机粒子三元复合材料。
刘珊等制备了PA66/POE-g-MAH/纳米SiO2三元共混体系，他们发现纳米SiO2和弹性体POE-g-MAH具有协同增韧PA66的作用，纳米SiO2具有促进弹性体POE-g-MAH在基体PA66中分散的作用。CN101298518公开了一种纳米二氧化硅增强PA66及其制备方法，这个方法将刚性、韧性和流动性很好的结合在一起，可用于加工大型塑件，使PA66的应用范围进一步扩大，但是上述技术的复合材料采用的SiO2用量大且热稳定性均不好。
本发明通过POE-g-MAH和纳米二氧化钛的协同作用增强增韧尼龙66，使得在用较少的纳米二氧化钛、保证复合材料较大的冲击性能的同时，提高其拉伸强度，使复合材料具有很好的力学性能和热稳定性。并且本发明方法简单易行、易于工业化生产，可满足家用电器、电子电器零部件、汽车配件、机械设备等行业的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好力学性能和热稳定性的尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料，通过纳米二氧化钛和POE-g-MAH的协同作用增强增韧尼龙66，同时提供尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料的制备方法。
本发明的技术方案与技术特征为：
本发明中尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料，其原料由以下质量份数的物质组成：尼龙6680～94份；POE-g-MAH 4～16份；改性的纳米二氧化钛1～3份，抗氧剂0～1份，润滑剂0～1份。优选上述总质量份数为100份。
本发明使用的尼龙66为挤出级，可以根据用途的不同选用不同的牌号。
本发明使用的POE-g-MAH优选熔体流动速率≥4g/10min按ISO1133-1-2011测试，负荷为2160g，接枝率(重量％)≥0.85。
本发明使用的纳米二氧化钛为金红石型，粒径为20～30nm，纯度为99.9％，用硅烷偶联剂改性。硅烷偶联剂对纳米二氧化钛的改性按常规方法进行。
本发明使用的抗氧剂和润滑剂均选自本领域常用的物质，用量为常规用量。抗氧剂优选为四[β-(3,5-二叔丁基-4-经基苯基)丙酸]季戊四醇酯(简称1010)和(2,4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯(简称168)重量比为1:2的混合物。
本发明中尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料的制备方法如下所示：
(1)首先按照工艺要求准备尼龙66、POE-g-MAH、改性纳米二氧化钛；
(2)将尼龙66在真空干燥箱中80℃干燥24h后与POE-g-MAH、改性纳米二氧化钛按照其重量配比混合，加入到挤出机中造粒，一段、二段、三段、机头的温度分别为230℃、260～265℃、275～280℃、270℃，制得尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料。
尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料是以尼龙66、热塑性弹性体POE-g-MAH和纳米二氧化钛为原料，经熔融共混工艺制备的材料。在尼龙66中加入热塑性弹性体，可显著提高其冲击韧性，但大幅度降低了其刚性和强度；纳米无机粒子的加入，可以提高尼龙66的强度和韧性，但增韧幅度有限。利用热塑性弹性体和纳米无机粒子协同改性尼龙66的方法，在增加其冲击韧性的同时提高其刚性和强度，进而得到力学性能和热稳定性优异的尼龙66/热塑性弹性体/纳米无机粒子三元复合材料。
本发明的尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料，相对于现有技术，具有如下特点：
1、本发明以尼龙66树脂作为基体材料，利用纳米二氧化钛和POE-g-MAH的协同作用对其进行共混改性，最终在较少纳米二氧化钛添加量时制备出了增强增韧的尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料。
2、本发明的三元复合材料，其制备方法简单，操作者能够较快掌握，具有较为广泛的应用前景。
3、本发明的三元复合材料具有很好的热稳定性。相比于PA66/POE-g-MAH/纳米SiO2三元共混体系，本发明还利用金红石型纳米二氧化钛优异的屏蔽紫外线能力、抗粉化能力、抗老化能力和耐候性等特性，提高了PA66/POE-g-MAH/纳米二氧化钛三元复合材料的热稳定性。
附图说明
图1为尼龙66及实施例1三元复合材料的TG图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明书，但本发明并不限于以下实施例。
拉伸强度按ISO527-1-2012测试，测试速率为5mm/min，试样尺寸为170mm×10mm×4mm；
缺口冲击强度按ISO180-2000测试，摆锤能量为2J；
热重分析(TG)测试条件为N2气氛，升温速度为20℃/min，测试温度范围为50-550℃。
实施例1
(1)将尼龙6680份、POE-g-MAH 16份、改性纳米二氧化钛3份及抗氧剂和润滑剂的总量为1份(抗氧剂和润滑剂的质量比为2:1)加入到高速混合机中混合均匀，出料，将其置于双螺杆挤出机中进行熔融共混造粒，制得尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料。挤出机工艺条件为：一段、二段、三段、机头温度分别为230℃、260℃、275℃、270℃，螺杆转速为300转/分钟。按照相关标准对复合材料进行性能测试得出，其冲击强度为21.37kJ/m2，拉伸强度为37.43MPa。
(2)将尼龙66树脂材料和制备的三元纳米复合材料的冲击断面通过场发射扫描电镜进行表征，发现由于纳米二氧化钛和POE-g-MAH的加入，使得尼龙66树脂材料的脆性断裂转变为韧性断裂；热失重分析结果表明，三元复合材料的热稳定性与尼龙66树脂材料相比有所提高。采用本发明制备的尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料与纯尼龙66材料相比，其冲击强度有了较大提高，拉伸强度略有降低。
实施例2
(1)将尼龙6690份、POE-g-MAH 8份、改性纳米二氧化钛1份及抗氧剂和润滑剂的总量为1份(优选抗氧剂和润滑剂的质量比为2:1)加入到高速混合机中混合均匀，出料，将其置于双螺杆挤出机中进行熔融共混造粒，制得尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料。挤出机工艺条件为：一段、二段、三段、机头温度分别为230℃、265℃、275℃、270℃，螺杆转速为300转/分钟。按照相关标准对复合材料进行性能测试得出，其冲击强度为13.32kJ/m2，拉伸强度为62.21MPa。
(2)将制备的尼龙66树脂材料和三元纳米复合材料的冲击断面通过场发射扫描电镜进行表征，发现由于纳米二氧化钛和POE-g-MAH的加入，使得尼龙66树脂材料的脆性断裂转变为韧性断裂；热失重分析结果表明，三元复合材料的热稳定性与尼龙66树脂材料相比有所提高。采用本发明制备的尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料与纯尼龙66材料相比，其冲击强度和拉伸强度均有了较大提高。
实施例3
(1)将尼龙6694份、POE-g-MAH 4份、改性纳米二氧化钛1份及抗氧剂和润滑剂的总量为1份(优选抗氧剂和润滑剂的质量比为2:1)加入到高速混合机中混合均匀，出料，将其置于双螺杆挤出机中进行熔融共混造粒，制得尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料。挤出机工艺条件为：一段、二段、三段、机头温度分别为230℃、270℃、280℃、270℃，螺杆转速为300转/分钟。按照相关标准对复合材料进行性能测试得出，其冲击强度为8.86kJ/m2，拉伸强度为70.02MPa。
(2)将制备的尼龙66树脂材料和三元纳米复合材料的冲击断面通过场发射扫描电镜进行表征，发现由于纳米二氧化钛和POE-g-MAH的加入，使得尼龙66树脂材料的脆性断裂转变为韧性断裂；热失重分析结果表明，三元复合材料的热稳定性与尼龙66树脂材料相比有所提高。采用本发明制备的尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料与纯尼龙66材料相比，其冲击强度略有提高，拉伸强度有了较大提高。

Claims (7)

1.尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料，其特征在于，其原料由以下质量份数的物质组成：尼龙6680～94份；POE-g-MAH 4～16份；改性的纳米二氧化钛1～3份，抗氧剂0～1份，润滑剂0～1份。
2.按照权利要求1的尼龙66/POE-g-MAH/二氧化钛三元纳米复合材料，其特征在于，其原料重量份数为100份。
3.按照权利要求1的尼龙66/POE‐g‐MAH/二氧化钛三元纳米复合材料，其特征在于，POE‐g‐MAH优选熔体流动速率≥4g/10min，按ISO1133‐1‐2011测试，负荷为2160g，接枝率(重量％)≥0.85。
4.按照权利要求1的尼龙66/POE‐g‐MAH/二氧化钛三元纳米复合材料，其特征在于，使用的尼龙66为挤出级。
5.按照权利要求1的尼龙66/POE‐g‐MAH/二氧化钛三元纳米复合材料，其特征在于，纳米二氧化钛为金红石型，粒径为20～30nm，纯度为99.9％，用硅烷偶联剂改性。
6.按照权利要求1的尼龙66/POE‐g‐MAH/二氧化钛三元纳米复合材料，其特征在于，抗氧剂优选为四[β‐(3,5‐二叔丁基‐4‐经基苯基)丙酸]季戊四醇酯和(2,4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯重量比为1:2的混合物。
7.制备权利要求1的尼龙66/POE‐g‐MAH/二氧化钛三元纳米复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先按照工艺要求准备尼龙66、POE‐g‐MAH、改性纳米二氧化钛、抗氧剂和润滑剂；
(2)将尼龙66在真空干燥箱中80℃干燥24h后与POE‐g‐MAH、改性纳米二氧化钛、抗氧剂和润滑剂按照其重量配比混合，加入到挤出机中造粒，一段、二段、三段、机头的温度分别为230℃、260～265℃、275～280℃、270℃，制得尼龙66/POE‐g‐MAH/二氧化钛三元纳米复合材料。
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