CN105419316B - 一种高熔接痕强度增强的聚酰胺材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高熔接痕强度增强的聚酰胺材料及其制备方法与应用。该聚酰胺材料由如下成分组成：聚酰胺树脂40～82％、玻璃纤维10～50％、聚酰胺共聚物2～8％、成核剂0.3～0.5％、抗氧剂0.1～0.2％。将前述成分熔融混匀，得到聚酰胺材料。本发明选择聚酰胺共聚物和高效成核剂来提高玻纤增强聚酰胺材料的熔接痕强度，在不影响材料本身强度的情况下提高材料的熔接强度，拓宽材料的应用领域，可广泛应用于汽车、建筑家具、电动工具等对材料综合性能要求高的领域。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种高熔接痕强度增强的聚酰胺材料及其制备方法与应用。
背景技术
聚酰胺材料是工程塑料材料中应用最广泛的，使用量最大的通用工程塑料。广泛应用于汽车、建筑、电子电器和家电等行业。聚酰胺树脂经玻纤增强后，能显著提高其强度、刚性和冲击强度，拓宽使用范围。但是，在应用过程中，经常发现增强聚酰胺成型制件的熔接痕位置常常成为制件的破坏引发点。对于许多大型或者复杂结构制件，熔接痕的产生难以避免，虽然这些熔接痕有些甚至难以辨别，但它却是制品强度上最薄弱的环节，考虑到熔接痕处制件强度远远低于材料本体的强度，制件的破坏或者失效常常由熔接痕导致。为了进一步扩展玻纤增强聚酰胺材料的应用，迫切需要改善玻纤增强聚酰胺材料的熔接痕强度。
从材料角度改善熔接痕的方法有已经公开的专利申请CN101735577 A(一种高熔接痕强度增强聚对苯二甲酸丁二醇酯材料及其制备方法)和CN101735508 A(一种高熔接痕强度增强聚丙烯材料及其制备方法)。这两份专利申请从材料角度出发，进行配方的优化，获得了非常好的高熔接痕强度增强材料。
CN 102153860 A公开了一种高熔接痕强度改性尼龙材料及其制备方法。该专利申请对所用树脂雾度值有高要求(≤50μg/g)可能会导致树脂选材困难，此外加入过多的低分子量助剂对提高熔接痕强度有不良影响。
以上专利申请让人们了解高熔接痕强度对改性塑料在实际应用中的重大意义，但是在实际应用中仍然存在熔接痕强度偏低的情况，导致材料的应用受到限制。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高熔接痕强度增强的聚酰胺材料。
本发明的另一目的在于提供所述高熔接痕强度增强的聚酰胺材料的制备方法。
本发明的再一目的在于提供所述高熔接痕强度增强的聚酰胺材料的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种高熔接痕强度增强的聚酰胺材料，由如下按质量百分比计的成分组成：聚酰胺树脂40～82％、玻璃纤维10～50％、聚酰胺共聚物2～8％、成核剂0.3～0.5％、抗氧剂0.1～0.2％；优选由如下按质量百分比计的成分组成：聚酰胺树脂58.4～81.4％、玻璃纤维15～35％、聚酰胺共聚物3～6％、成核剂0.4％、抗氧剂0.2％；更优选由如下按质量百分比计的成分组成：聚酰胺树脂58.4～61.4％、玻璃纤维35％、聚酰胺共聚物3～6％、成核剂0.4％、抗氧剂0.2％。
所述的聚酰胺树脂为在质量百分比95％的浓硫酸中测定得到的相对粘度为2.4～2.8的聚酰胺树脂。如果树脂粘度高，流动性差，不利于熔接痕处分子链之间的缠结，熔接痕强度较低；如果树脂粘度太低的话，树脂的分子量太低，力学性能特别是韧性较差，而且熔接痕强度也不能得到进一步提高。
所述的聚酰胺树脂优选为PA6和PA66中的一种或两种。
所述的玻璃纤维优选为经表面处理剂处理的玻璃纤维。经表面处理剂处理的玻璃纤维与聚酰胺基体树脂有非常好的界面结合力并能够在基体中有效分散，这些经表面处理剂处理的玻璃纤维能够保证聚酰胺材料具有优异的本体强度，玻璃纤维在基体中的良好的分散和强的界面结合力可以减少熔接痕强度的下降幅度。
所述的表面处理剂优选为硅烷系偶联剂、钛酸酯系偶联剂和铝酸酯系偶联剂中的一种或至少两种。
所述的硅烷系偶联剂优选为氨基硅烷、环氧基硅烷、叠氮基硅烷、丙烯基硅烷和乙烯基硅烷偶联剂中的一种或至少两种。
所述的玻璃纤维优选为短切无碱玻纤，直径为10μm。
所述的聚酰胺共聚物优选为粘度为0.6～0.9(ASTMD5225)的聚酰胺共聚物。较低的分子量，有效改善材料的流动性，帮助材料在熔接位置能够更好低熔合；此外，低分子量聚酰胺共聚物加入，拓宽整个基体树脂的分子量分布宽度，帮助熔接位置的分子链之间相互穿插缠结，明显改善材料的熔接痕强度。
所述的聚酰胺共聚物是由二元羧酸与二元胺进行缩合聚合反应得到或者由内酰胺开环聚合得到的聚酰胺共聚物。
所述的二元羧酸包括丁二酸、己二酸、癸二酸、等脂肪族二元酸和对苯二甲酸、邻苯二甲酸、萘二酸等芳香族二元羧酸等，但不限于上述二元羧酸。
所述的二元胺包括丁二胺、己二胺、癸二胺、间苯二胺、邻苯二胺、4-4二氨基二苯基甲烷等，但不限于上述二元胺。
所述的内酰胺包括己内酰胺、辛内酰胺、癸内酰胺、十八内酰胺等，但不限于上述内酰胺。
所述的聚酰胺共聚物更优选粘度为0.82(ASTM D5225)的PA6I/6T共聚物，如市售的PA3426。
所述的成核剂为蒙旦酸金属盐。蒙旦盐是聚酰胺的高效成核剂，金属离子作为异相成核的晶核诱导结晶，加速结晶过程并细化结晶尺寸。一方面改善材料的后续加工性能，另一方面，细化的结晶尺寸有利于改善材料的熔接强度。
所述的蒙旦酸金属盐中的金属离子优选为钠离子、钙离子、钾离子和钡离子中的一种或至少两种。
所述的成核剂优选为科莱恩NAV101。
所述的抗氧剂为受阻胺类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂组成的复合抗氧剂。复合抗氧体系，提高材料的热稳定性和加工稳定性。
所述的受阻胺类抗氧剂优选为Nylostab SEED。
所述的亚磷酸酯抗氧剂优选为ultranox 627A。
所述高熔接痕强度增强的聚酰胺材料的制备方法，包括如下步骤：从双螺杆挤出机的主喂料口加入聚酰胺树脂、聚酰胺共聚物、成核剂和抗氧剂，从侧喂料口加入玻璃纤维，在双螺杆挤出机中熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒，得到高熔接痕强度增强的聚酰胺材料。
所述的高熔接痕强度增强的聚酰胺材料可广泛应用于汽车、建筑家具、电动工具等对材料综合性能要求高的领域。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明通过组成材料的选择和优化，得到高熔接痕强度增强的聚酰胺材料。本发明选择的低粘度聚酰胺共聚物不会对该增强聚酰胺材料所具有的物理性能造成损失，同时可以提高材料的熔接强度；使用的成核剂不仅改善材料的加工性能，而且进一步提高材料的熔接强度。通过低粘度聚酰胺共聚物和成核剂的搭配使用，提高玻纤增强聚酰胺材料的熔接痕强度，拓宽了材料的应用范围。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
百分比为质量百分比。
实施例1
从主喂料口加入61.4％粘度为2.45(95％浓硫酸中测定得到，下同)的PA6树脂、3％聚酰胺共聚物(PA3426，下同)、0.4％高效成核剂(科莱恩NAV101，下同)和0.2％抗氧剂(Nylostab SEED和ultranox 627A按质量比1：1配比，下同)的混合物，侧喂料口加入35％经表面处理的玻璃纤维(重庆国际复合材料ECS 301HP，下同)。在双螺杆挤出机中熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。
实施例2
从主喂料口加入61.4％粘度为2.78的PA6树脂、3％聚酰胺共聚物、0.4％高效成核剂和0.2％抗氧剂的混合物，侧喂料口加入35％经表面处理的玻璃纤维。在双螺杆挤出机中熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。
实施例3
从主喂料口加入58.4％粘度为2.78的PA6树脂、6％聚酰胺共聚物、0.4％高效成核剂和0.2％抗氧剂的混合物，侧喂料口加入35％经表面处理的玻璃纤维。在双螺杆挤出机中熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。
实施例4
从主喂料口加入61.4％粘度为2.42的PA66树脂、3％聚酰胺共聚物、0.4％高效成核剂和0.2％抗氧剂的混合物，侧喂料口加入35％经表面处理的玻璃纤维。在双螺杆挤出机中熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。
实施例5
从主喂料口加入61.4％粘度为2.7的PA66树脂、3％聚酰胺共聚物、0.4％高效成核剂和0.2％抗氧剂的混合物，侧喂料口加入35％经表面处理的玻璃纤维。在双螺杆挤出机中熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。
实施例6
从主喂料口加入81.4％粘度为2.7的PA66树脂、3％聚酰胺共聚物、0.4％高效成核剂和0.2％抗氧剂的混合物，侧喂料口加入15％经表面处理的玻璃纤维。在双螺杆挤出机中熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。
比较例1
从主喂料口加入64.8％粘度为2.45的PA6树脂和0.2％抗氧剂的混合物，侧喂料口加入35％经表面处理的玻璃纤维。在双螺杆挤出机中熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。
比较例2
从主喂料口加入64.8％粘度为2.42的PA66树脂和0.2％抗氧剂的混合物，侧喂料口加入35％经表面处理的玻璃纤维。在双螺杆挤出机中熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。
比较例3
从主喂料口加入64％粘度为2.7的PA66树脂和0.5％抗氧剂、0.5％EBS(乙撑双硬脂酰胺)润滑剂的混合物，侧喂料口加入35％经表面处理的玻璃纤维。在双螺杆挤出机中熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。
比较例4
从主喂料口加入61％粘度为2.7的PA66树脂和0.5％抗氧剂、0.5％EBS润滑剂、3％增韧剂MAH-POE的混合物，侧喂料口加入35％经表面处理的玻璃纤维。在双螺杆挤出机中熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。
比较例5
从主喂料口加入61.4％粘度为2.78的PA6树脂、3％聚酰胺共聚物、0.4％滑石粉无机成核剂(3000目)和0.2％抗氧剂的混合物，侧喂料口加入35％经表面处理的玻璃纤维。在双螺杆挤出机中熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。
比较例6
从主喂料口加入64.4％粘度为2.78的PA6树脂、0.4％高效成核剂(科莱恩NAV101)和0.2％抗氧剂的混合物，侧喂料口加入35％经表面处理的玻璃纤维。在双螺杆挤出机中熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。
表1列出了上述所有实施例及比较例的试样测试结果。
由以上数据可知，本发明可提供的高熔接痕强度增强聚酰胺材料不仅机械力学性能优异，而且具有高的熔接痕强度，可广泛应用于汽车、建筑家具、电动工具等对材料综合性能要求高的领域。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高熔接痕强度增强的聚酰胺材料，其特征在于由如下按质量百分比计的成分组成：聚酰胺树脂40～82％、玻璃纤维10～50％、聚酰胺共聚物2～8％、成核剂0.3～0.5％、抗氧剂0.1～0.2％；
所述的聚酰胺树脂在质量百分比95％的浓硫酸中测定得到的相对粘度为2.4～2.8的聚酰胺树脂；
所述的成核剂为蒙旦酸金属盐；
所述的聚酰胺共聚物是依据ASTM D5225方法检测，粘度为0.82的PA6I/6T共聚物。
2.根据权利要求1所述的高熔接痕强度增强的聚酰胺材料，其特征在于：
所述的玻璃纤维为经表面处理剂处理的玻璃纤维。
3.根据权利要求1所述的高熔接痕强度增强的聚酰胺材料，其特征在于：所述的聚酰胺树脂为PA6和PA66中的一种或两种。
4.根据权利要求2所述的高熔接痕强度增强的聚酰胺材料，其特征在于：所述的表面处理剂为硅烷系偶联剂、钛酸酯系偶联剂和铝酸酯系偶联剂中的一种或至少两种；
所述的玻璃纤维为短切无碱玻璃纤维，直径为10μm。
5.根据权利要求4所述的高熔接痕强度增强的聚酰胺材料，其特征在于：
所述的硅烷系偶联剂为氨基硅烷、环氧基硅烷、叠氮基硅烷、丙烯基硅烷和乙烯基硅烷偶联剂中的一种或至少两种。
6.根据权利要求1所述的高熔接痕强度增强的聚酰胺材料，其特征在于：所述的蒙旦酸金属盐中的金属离子为钠离子、钙离子、钾离子和钡离子中的一种或至少两种。
7.根据权利要求1所述的高熔接痕强度增强的聚酰胺材料，其特征在于：所述的抗氧剂为受阻胺类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂组成的复合抗氧剂。
8.权利要求1～7任一项所述的高熔接痕强度增强的聚酰胺材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：从双螺杆挤出机的主喂料口加入聚酰胺树脂、聚酰胺共聚物、成核剂和抗氧剂，从侧喂料口加入玻璃纤维，在双螺杆挤出机中熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒，得到高熔接痕强度增强的聚酰胺材料。
9.权利要求1～7任一项所述的高熔接痕强度增强的聚酰胺材料在制备汽车、建筑家具和电动工具中的应用。
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