CN104804416A - 彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺及其制备方法 - Google Patents

彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料，通过配合使用如下组分：聚酰胺、短切玻璃纤维、相容性增韧剂、抗氧剂、润滑剂、偶联剂、紫外线吸收剂、热氧稳定剂及色粉，并且合理选择特定的重量，使彩色玻纤增强复合材料在光、热老化条件下颜色的色差变化大大减小，且机械性能保持率高，能够有效地解决其产品性能下降及产品变色等问题。另外，本发明彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料的制备方法，操作简单，成本低廉，生产效益高，各方面机械性能高且稳定，非常适合工业化生产，不仅可以延长材料的使用寿命，还能减小对环境的污染，所制备的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料具有优异的老化机械性能和颜色稳定性。

Description

彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺及其制备方法，属于高分子材料及加工改性技术领域。
背景技术
聚酰胺树脂(PA)具有耐磨、质坚、耐寒、无毒、耐腐蚀、易成型、易染色等优异的特性，其玻璃纤维增强材料被广泛应用于汽车零部件、电子电器、童车、儿童玩具等领域。近年来，玻纤增强聚酰胺材料越来越广泛地应用于电动工具、园林工具领域，特别是在电动工具行业，玻璃纤维增强聚酰胺材料作为工具的外壳，其外观颜色的色差在常态环境下变化在2.0以内，但是在热氧光老化和吸湿的一些异常使用下，色差变化非常大，一般在5.0～17.0之间。同时机械性能在热氧、光老化情况下，由于其聚酰胺结构中所含有的酰胺基团(-NHCO-)属于生色基团，具有较强的极性，容易受到紫外线、水分、高温等环境因素的影响导致其材料颜色及性能的劣化，降低材料的使用安全和使用寿命。
现有的改性聚酰胺保护材料耐光老化的方法是在材料配方中加入紫外线吸收剂、抗氧剂的方法来吸收一定波段的紫外线，同时保护高温下链断裂。但这种方法在本色和黑色材料中效果较好，在鲜艳的彩色材料中虽然能一定程度保护材料的机械性能，但却对材料的颜色色差有较大的影响。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种彩色耐光老化的玻纤增强聚酰胺复合材料，机械性能保持率搞，而且颜色色差变化小。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺，其特征在于，包含如下重量份的各组分：
优选地，前述聚酰胺PA为PA6、PA66中的一种或两种混合，相对粘度(恩氏粘度)为2.4～2.8。
前述短切玻璃纤维的长度为3～4.5mm，直径为8～15μm。
具体地，前述相容性增韧剂由马来酸酐接枝POE和马来酸酐接枝EPDM中的一种或两种按比例混合制成，两者的重量份均为0～5份，马来酸酐的接枝率为0.8～1.0。
具体地，前述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，其中，主抗氧剂为0.2～1份受阻酚类抗氧剂，辅抗氧剂为0.2～1份亚磷酸酯类协效抗氧剂。
前述热氧稳定剂为有机胺酚类热氧稳定剂。
优选地，前述偶联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷。
更优选地，前述紫外线吸收剂为2-(2-羟基-3,5双(a,a-二甲基苄基)苯基)苯骈三唑、2-(2-羟基-3,5-二特戊基苯基)苯骈三唑和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的一种或几种的混合物。
进一步地，前述色粉选用10000目超细钛白粉、偶氮缩合类Yellow3G黄、单偶氮类橙、有机硅光扩散剂、ES橙、3RLP红、BL蓝中的一种或几种的混合物。
此外，本发明还公开了前述的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺的制备方法，包括如下步骤：
S1、准备原料：按照前述的组分和重量份数准备各原料；
S2、混合挤出：将聚酰胺PA、相容性增韧剂、抗氧剂、有机硅润滑剂、偶联剂、紫外线吸收剂、热氧稳定剂及色粉混合搅拌均匀，然后加入到双螺杆挤出机内；在上述混合料的挤出过程中，通过侧向喂料将短切玻璃纤维加入到双螺杆挤出机内一起高温挤出、冷却、牵引和切粒，挤出温度为235～275℃，得到彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料。
本发明的有益之处在于：本发明的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料，通过配合使用如下组分：聚酰胺、短切玻璃纤维、相容性增韧剂、抗氧剂、润滑剂、偶联剂、紫外线吸收剂、热氧稳定剂及色粉，并且合理选择特定的重量，使彩色玻纤增强复合材料在光、热老化条件下颜色的色差变化大大减小，且机械性能保持率高；将该材料应用于电动工具、园林工具等长期暴露在户外及使用产生高温的环境的产品中时，能够有效地解决其产品性能下降及产品变色等问题。另外，本发明彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料的制备方法，操作简单，成本低廉，生产效益高，各方面机械性能高且稳定，非常适合工业化生产，不仅可以延长材料的使用寿命，还能减小对环境的污染，所制备的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料具有优异的老化机械性能和颜色稳定性。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
本发明中无特殊说明，所有原料均为市购。
实施例1
本实施例的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料，由以下重量份的组分组成：64.4份聚酰胺PA6，1份马来酸酐接枝POE，2份马来酸酐接枝EPDM，20份短切玻璃纤维(长：3～4.5mm；直径：8～15μm)，0.3份受阻酚类抗氧剂，0.1份亚磷酸酯类协效抗氧剂，1份有机硅润滑剂，0.1份3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，0.6份紫外线吸收剂，0.5份有机胺酚类热氧稳定剂，0.0052份10000目超细钛白粉，0.0032份偶氮缩合类Yellow3G黄，0.0041份单偶氮类橙，0.001份有机硅光扩散剂。
本实施例的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、聚酰胺PA6、马来酸酐接枝POE、马来酸接枝EPDM、抗氧剂、润滑剂、偶联剂、紫外线吸收剂、热氧稳定剂及色粉混合搅拌均匀；
S2、将S1得到的混合物加入到双螺杆挤出机内，双螺杆挤出机温度共设9段，第一和第二段挤出温度在250℃，其它几段温度在235℃；主机转速控制在400转/min，在挤出过程中从侧向喂料中加入短切玻璃纤维，最后挤出、冷却、牵引、切粒，即得到彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料。
得到的材料在鼓风机干燥烘箱115℃干燥2～4小时，然后注塑成型制备测试样条和制品。
实施例2
本实施例与实施例1大致相同，区别主要在于各组分的重量份，具体如下：62.4份聚酰胺PA6，2份马来酸酐接枝POE，3份马来酸酐接枝EPDM，30份短切玻璃纤维(长：3～4.5mm；直径：8～15μm)，0.4份受阻酚类抗氧剂，0.2份亚磷酸酯类协效抗氧剂，0.8份有机硅润滑剂，0.1份3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，0.6份紫外线吸收剂，0.5份有机胺酚类热氧稳定剂，0.0052份10000目超细钛白粉，0.0032份偶氮缩合类Yellow3G黄，0.0041份单偶氮类橙，0.001份有机硅光扩散剂。
彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料及制备方法，包括以下步骤：
S1、聚酰胺PA6、马来酸酐接枝POE、马来酸接枝EPDM、抗氧剂、润滑剂、偶联剂、紫外线吸收剂、热氧稳定剂及色粉混合搅拌均匀；
S2、将S1得到的混合物加入到双螺杆挤出机内，双螺杆挤出机温度共设9段，第一和第二段挤出温度在260℃，其它几段温度在240℃；主机转速控制在380转/min，在挤出过程中从侧向喂料中加入短切玻璃纤维，最后挤出、冷却、牵引、切粒，即得到彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料。
材料在鼓风机干燥烘箱115℃干燥2～4小时，然后注塑成型制备测试样条和制品。
实施例3
本实施例与实施例1大致相同，区别主要在于各组分的重量份，具体如下：55.4份聚酰胺PA6，1份马来酸酐接枝POE，1份马来酸酐接枝EPDM，40份短切玻璃纤维(长：3～4.5mm；直径：8～15μm)，0.3受阻酚类抗氧剂，0.1份亚磷酸酯类协效抗氧剂，1份有机硅润滑剂，0.1份3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，0.6份紫外线吸收剂，0.5份有机胺酚类热氧稳定剂，0.0052份10000目超细钛白粉，0.0032份偶氮缩合类Yellow3G黄，0.0041份单偶氮类橙，0.001份有机硅光扩散剂。
彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料及制备方法，包括以下步骤：
S1、聚酰胺PA6、马来酸酐接枝POE、马来酸接枝EPDM、抗氧剂、润滑剂、偶联剂、紫外线吸收剂、热氧稳定剂及色粉混合搅拌均匀；
S2、将S1得到的混合物加入到双螺杆挤出机内，双螺杆挤出机温度共设9段，第一和第二段挤出温度在260℃，机头温度235℃；其它几段温度在240℃；主机转速控制在350转/Min，在挤出过程中从侧向喂料中加入短切玻璃纤维，最后挤出、冷却、牵引、切粒，即得到彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料。
材料在鼓风机干燥烘箱115℃干燥2～4小时，然后注塑成型制备测试样条和制品。
性能测试
通过以下方法测试和评价实施例所得材料的性能。
(1)、拉伸强度：按ASTM D-638标准方法测试。
(2)、弯曲强度：按ASTM D-790标准方法测试。
(3)、弯曲模量：按ASTM D-790标准方法测试。
(4)、Izod缺口冲击强度：按ASTM D-256标准方法测试。
(5)、色差：D65光源。
表1为实施例1-3所制备的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料的性能测试结果，表2和表3分别为快速紫外老化2000H、热氧老化120℃/120H条件下测试的实施例1-3的材料的性能测试结果。
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3
拉伸强度MPa 145 185 200
弯曲强度MPa 190 270 330
弯曲模量MPa 7000 8500 11000
缺口冲击强度KJ/㎡ 10 17 20
D65光源，色差 0.2 0.2 0.2
表1 实施例1-3材料的性能测试结果
名称 实施例1 实施例2 实施例3
拉伸强度MPa 145 185 200
弯曲强度MPa 190 270 330
弯曲模量MPa 7000 8500 11000
缺口冲击强度KJ/M2 10 17 20
D65光源，色差 0.85 0.85 0.9
表2 实施例1-3材料快速紫外老化2000H后的性能测试结果
名称 实施例1 实施例2 实施例3
拉伸强度MPa 140 180 196
弯曲强度MPa 190 270 330
弯曲模量MPa 7000 8500 11000
缺口冲击强度KJ/M2 9.6 16.1 18.9
D65光源，色差 1.3 1.35 1.36
表3 实施例1-3材料热氧老化120℃/120H后的性能测试结果
结合表1、表2、表3可以看出，本发明的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料不但具有优异的机械性能，而且耐光热老化性能极好，机械性能保持率高，颜色稳定性佳，能够解决材料在户外或高温环境下使用时出现的机械性能下降、产品变色等问题，具有良好的市场推广价值。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺，其特征在于，包含如下重量份的各组分：
。
2.根据权利要求1所述的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺，其特征在于，所述聚酰胺PA为PA6、PA66中的一种或两种混合，相对粘度为2.4～2.8。
3.根据权利要求1所述的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺，其特征在于，所述短切玻璃纤维的长度为3～4.5mm，直径为8～15μm。
4.根据权利要求1所述的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺，其特征在于，所述相容性增韧剂由马来酸酐接枝POE和马来酸酐接枝EPDM中的一种或两种按比例混合制成，两者的重量份均为0～5份，马来酸酐的接枝率为0.8～1.0。
5.根据权利要求1所述的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺，其特征在于，所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，其中，主抗氧剂为0.2～1份受阻酚类抗氧剂，辅抗氧剂为0.2～1份亚磷酸酯类协效抗氧剂。
6.根据权利要求1所述的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺，其特征在于，所述热氧稳定剂为有机胺酚类热氧稳定剂。
7.根据权利要求1所述的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺，其特征在于，所述偶 联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷。
8.根据权利要求1所述的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺，其特征在于，所述紫外线吸收剂为2-(2-羟基-3,5双(a,a-二甲基苄基)苯基)苯骈三唑、2-(2-羟基-3,5-二特戊基苯基)苯骈三唑和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的一种或几种的混合物。
9.根据权利要求1所述的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺，其特征在于，所述色粉选用10000目超细钛白粉、偶氮缩合类Yellow3G黄、单偶氮类橙、有机硅光扩散剂、ES橙、3RLP红、BL蓝中的一种或几种的混合物。
10.如权利要求1所述的彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、准备原料：按照权利要求1所述的组分和重量份数准备各原料；
S2、混合挤出：将聚酰胺PA、相容性增韧剂、抗氧剂、有机硅润滑剂、偶联剂、紫外线吸收剂、热氧稳定剂及色粉混合搅拌均匀，然后加入到双螺杆挤出机内；在上述混合料的挤出过程中，通过侧向喂料将短切玻璃纤维加入到双螺杆挤出机内一起高温挤出、冷却、牵引和切粒，挤出温度为235～275℃，得到彩色耐光老化玻纤增强聚酰胺材料。
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