CN105504798A - 玻纤增强尼龙复合材料 - Google Patents
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Abstract
一种玻纤增强尼龙复合材料，包括如下重量百分比的各组分：尼龙树脂35～66.8％；短切玻璃纤维30～60％；纳米层状硅酸盐2～15％；相容剂1～5％；润滑剂0.1～1％；抗氧剂0.1～1％。上述玻纤增强尼龙复合材料，通过纳米层状硅酸盐填料与玻璃纤维协同增强，不仅保持了玻璃纤维增强尼龙复合材料的优点，进一步提高了复合材料的强度和韧性，克服了高玻璃纤维含量增强导致的材料尺寸稳定性差、表面较差等缺点，而且对材料的颜色影响较小，机械性能优异、流动性较好，可应用于需求高强度的机械、汽车零件制造。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种玻纤增强尼龙复合材料。
背景技术
尼龙(Nylon)，学名聚酰胺(Polyamide)，简称为PA，是指高分子链上具有酰胺基(—NHCO—)重复结构单元的热塑性树脂的总称。聚酰胺虽然种类较多，但主要由两种方法制得，一种是由二元羧酸与二元胺发生官能团间的缩聚反应制备；另一种是用己内酰胺或ω-氨基己酸开环聚合得到。随着社会的发展，工程塑料已经广泛应用于汽车制造、电子电气、航空航天等行业，但工程塑料面临的使用环境也会越来越苛刻，比如高温、高电压、高湿、高负荷、化学试剂等，对工程塑料的性能要求也越高，常常需要在高温条件下保持其力学性能，提高阻燃性能或电性能等。近年来，尼龙的主要改性方法可分为共聚改性、共混改性以及填充改性。但是目前采用的改性方法针对性很强，某些性能不能兼顾。玻璃纤维价格低廉，强度和杨氏模量较尼龙树脂大10倍，吸水率非常低，耐热和耐化学药品性能和机械性能出色，是一种理想的工程用增强材料，但是当玻璃纤维的含量超过40％后，其增强效果变得不明显，反而延张性下降，而且表面出现浮纤、光泽度下降等。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种玻纤增强尼龙复合材料，不仅具有较好的表面性能，同时具有较好的机械性能。
一种玻纤增强尼龙复合材料，包括如下重量百分比的各组分：
在其中一个实施例中，包括如下重量百分比的各组分：
在其中一个实施例中，所述尼龙树脂为尼龙6、尼龙66、尼龙46或高温尼龙的至少一种。
在其中一个实施例中，所述纳米层状硅酸盐为纳米云母。
在其中一个实施例中，所述纳米云母的纵横比的平均值不小于20。
在其中一个实施例中，包括如下重量百分比的各组分：
在其中一个实施例中，所述短切玻璃纤维的平均长度为1～10mm，平均直径为7～18μm。
在其中一个实施例中，所述相容剂为马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。
在其中一个实施例中，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硅酮粉、季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述抗氧化剂为受阻酚类或含磷抗氧剂的至少一种。
上述玻纤增强尼龙复合材料，通过纳米层状硅酸盐填料与玻璃纤维协同增强，不仅保持了玻璃纤维增强尼龙复合材料的优点，进一步提高了复合材料的强度和韧性，克服了高玻璃纤维含量增强导致的材料尺寸稳定性差、表面较差等缺点，而且对材料的颜色影响较小，机械性能优异、流动性较好，可应用于需求高强度的机械、汽车零件制造。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
一种玻纤增强尼龙复合材料，包括如下重量百分比的各组分：尼龙树脂：35～66.8％；短切玻璃纤维：30～60％；纳米层状硅酸盐：2～15％；相容剂：1～5％；润滑剂：0.1～1％；抗氧剂：0.1～1％。
进一步地，一种玻纤增强尼龙复合材料，包括如下重量百分比的各组分：尼龙树脂：37.4～52.4％；短切玻璃纤维：40～55％；纳米层状硅酸盐：2～5％；相容剂：1～5％；润滑剂：0.3％；抗氧剂：0.3％，以提高材料的机械性能及表面性能。
具体地，所述尼龙树脂为尼龙6、尼龙66、尼龙46或高温尼龙的至少一种。所述纳米层状硅酸盐为纳米云母。所述纳米云母的纵横比的平均值不小于20；例如，所述纳米云母的纵横比的平均值为25至90；例如，所述纳米云母的纵横比的平均值为30，且所述纳米云母的纵横比的最小值不小于20，此时，材料的机械性能优异、流动性较好。
具体地，所述短切玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，所述短切玻璃纤维的平均长度为1～10mm，平均直径为7～18μm。例如，所述短切玻璃纤维的平均长度为5～8mm，平均直径为10～16μm。又如，所述短切玻璃纤维的平均长度为6mm，平均直径为14μm；这样，具有材料尺寸稳定性较好的效果。
具体地，所述相容剂为马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，即SEBS-g-MAH。
具体地，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硅酮粉、季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。例如，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺与硅酮粉，两者的质量比例为1:1.5。
具体地，所述抗氧化剂为受阻酚类或含磷抗氧剂的至少一种。
在本发明一实施例中，玻纤增强尼龙复合材料包括如下重量百分比的各组分：尼龙6：52.4％；短切玻璃纤维：40％；纳米云母：5％；相容剂：2％；润滑剂：0.3％；抗氧剂：0.3％。
本发明一实施例中还提供一种玻纤增强尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S110、按上述重量百分比称取原料并进行干燥，其中，尼龙树脂的干燥条件为80～100℃条件下干燥4～8h；
S120、将干燥后的尼龙树脂、纳米层状硅酸盐、相容剂、润滑剂及抗氧剂均匀混和后加入双螺杆挤出机的料斗内，并在双螺杆挤出机的侧向喂料口处添加短切玻璃纤维后挤出；
例如，将干燥后的尼龙树脂、纳米层状硅酸盐、相容剂、润滑剂及抗氧剂加入高速混合机中混合15～20min，使原料混合均匀后加入双螺杆挤出机。
具体地，双螺杆挤出机工艺条件设置为：一区温度为200～220℃，二区温度为220～240℃，三区温度为220～240℃，四区温度为220～250℃，五区温度为220～250℃，六区温度为220～240℃，七区温度为220～240℃，八区温度为220～240℃，九区温度为220～250℃，主机转速为240～400rpm，产量为200kg/h。
S130、挤出后冷却、干燥、切粒，得到玻纤增强尼龙复合材料。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
在实施例及对比例复合材料配方中，尼龙6牌号为PA6-YH400，岳阳石化生产。所述玻璃纤维牌号为988A，巨石集团生产。所述层状纳米层状硅酸盐为纳米云母，灵寿县鼎鸿矿产品加工厂生产。所述相容剂牌号为KT-25，沈阳科通塑胶有限公司生产。所述润滑剂为PETS，美国Lonza公司生产。所述抗氧剂为1098和S9228按1:1混合。其中抗氧剂1098牌号为IRGANOX1098，化学名称为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺，抗氧剂1098牌号为DoverphoS-9228，化学名称为双(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯，美国Dover公司生产。
例如，玻纤增强尼龙复合材料的制备方法包括以下步骤：
将尼龙6在100℃条件干燥6h，将纳米云母在100℃条件干燥8h。将干燥后的尼龙6、纳米云母、相容剂、润滑剂、抗氧剂在高速混合机中搅拌3分钟后加入双螺杆挤出机料斗，并在双螺杆挤出机的侧向喂料口处添加短切玻璃纤维。双螺杆挤出机工艺条件设置为：一区温度为200～220℃，二区温度为220～240℃，三区温度为220～240℃，四区温度为220～250℃，五区温度为220～250℃，六区温度为220～240℃，七区温度为220～240℃，八区温度为220～240℃，九区温度为220～250℃，主机转速为240～400rpm，产量为200kg/h。挤出后冷却、干燥、切粒，得到玻纤增强尼龙复合材料。
例如，玻纤增强尼龙复合材料的性能检测方法包括以下步骤：
拉伸强度按ASTM-D638标准来进行拉伸强度的检测，试样类型为I型，样条尺寸(mm)：(165±2)×(12.70±0.2)×(3.20±0.2)，拉伸速度为50mm/min。
弯曲强度和弯曲模量按ASTM-D790标准进行检验，试样尺寸(mm)：(127±2)×(12.7±0.2)×(3.20±0.2)，弯曲速度为13mm/min。
缺口冲击强度按按ASTM-D256标准进行检验，试样类型为V缺口型，试样尺寸(mm)：63.5×(12.7±0.2)×(3.2±0.2)；缺口类型为V口类，缺口剩余厚度10.16mm。
热变形温度按ASTM-D648标准进行检验，负载为1.82Mpa，试样尺寸(mm)：(127±2)×(12.7±0.2)×(3.20±0.2)；最大变形量为0.254mm。
吸水率按照GB/T1462-2005标准进行测试；
熔体流动速率按照ASTMD1238进行测试；
翘曲与表面:目测，按DIN16901注塑圆片规格为99.85mm×99.85mm×3.2mm，在水平桌面放置24h后观察。
实施例1
本发明实施例1中玻纤增强尼龙复合材料，包括如下重量百分比如下组分：
尼龙6：65.4％，短切玻璃纤维：30％，纳米层状硅酸盐：2％，相容剂：2％，润滑剂：0.3％，抗氧剂：0.3％。
本发明实施例1中玻纤增强尼龙复合材料制备方法，包括如下步骤：
将尼龙6在100℃条件干燥6h，将纳米云母在100℃条件干燥8h。将干燥后的尼龙6、纳米云母、相容剂、润滑剂、抗氧剂在高速混合机中搅拌3分钟后加入双螺杆挤出机料斗，并在双螺杆挤出机的侧向喂料口处添加短切玻璃纤维。双螺杆挤出机工艺条件设置为：一区温度为200～220℃，二区温度为220～240℃，三区温度为220～240℃，四区温度为220～250℃，五区温度为220～250℃，六区温度为220～240℃，七区温度为220～240℃，八区温度为220～240℃，九区温度为220～250℃，主机转速为240～400rpm，产量为200kg/h。挤出后冷却、干燥、切粒，得到玻纤增强尼龙复合材料。
实施例2
本发明实施例2中玻纤增强尼龙复合材料，包括如下重量百分比的各组分：
尼龙6：62.4％，短切玻璃纤维：30％，纳米层状硅酸盐：5％，相容剂：2％，润滑剂：0.3％，抗氧剂：0.3％。
本发明实施例2中玻纤增强尼龙复合材料的制备方法同实施例1。
实施例3
本发明实施例3中玻纤增强尼龙复合材料，包括如下重量百分比的各组分：
尼龙6：52.4％，短切玻璃纤维：30％，纳米层状硅酸盐：15％，相容剂：2％，润滑剂：0.3％，抗氧剂：0.3％。
本发明实施例3中玻纤增强尼龙复合材料的制备方法同实施例1。
实施例4
本发明实施例4中玻纤增强尼龙复合材料，包括如下重量百分比的各组分：
尼龙6：52.4％，短切玻璃纤维：40％，纳米层状硅酸盐：5％，相容剂：2％，润滑剂：0.3％，抗氧剂：0.3％。
本发明实施例4中玻纤增强尼龙复合材料的制备方法同实施例1。
实施例5
本发明实施例5中玻纤增强尼龙复合材料，包括如下重量百分比的各组分：
尼龙6：37.4％，短切玻璃纤维：55％，纳米层状硅酸盐：5％，相容剂：2％，润滑剂：0.3％，抗氧剂：0.3％。
本发明实施例5中玻纤增强尼龙复合材料的制备方法同实施例1。
实施例6
本发明实施例6中玻纤增强尼龙复合材料，包括如下重量百分比的各组分：
尼龙6：32.4％，短切玻璃纤维：60％，纳米层状硅酸盐：5％，相容剂：2％，润滑剂：0.3％，抗氧剂：0.3％。
本发明实施例6中玻纤增强尼龙复合材料的制备方法同实施例1。
对比例1
本发明对比例1中玻纤增强尼龙复合材料，包括如下重量百分比的各组分：
尼龙6：67.4％，短切玻璃纤维：30％，相容剂：2％，润滑剂：0.3％，抗氧剂0.3％。
对比例1中玻纤增强尼龙复合材料的制备方法同实施例1。
对比例2
本发明对比例2中玻纤增强尼龙复合材料，包括如下重量百分比的各组分：
尼龙6：37.4％，短切玻璃纤维：60％，相容剂：2％，润滑剂：0.3％，抗氧剂：0.3％。
本发明对比例2中玻纤增强尼龙复合材料制备方法同实施例1。
实施例、对比例的各组分含量及性能表见表1。
表1
通过实施例1～3可以看出，在一定的短切玻璃纤维含量范围内，随着纳米层状硅酸盐含量的增加，玻纤增强尼龙复合材料的机械强度(拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量及缺口冲击强度)得到进一步提高，吸水率降低。但当纳米云母含量为15％时，机械强度反而降低。这是因为当纳米层状硅酸盐含量超过一定量后，填料在基体中不能完全均匀分散，不能挥发纳米粒子带来的纳米效应，故导致复合材料性能降低。
通过实施例5和对比例2可以看出，在相同填充量的情况下，与单独添加短切玻璃纤维得到的玻纤增强尼龙复合材料相比，同时添加纳米层状与短切玻璃纤维得到的玻纤增强尼龙复合材料具有的高机械强度和耐热性，不仅保持了较好的流动性，同时机械性能进一步提高，同时表面性能得以改善。这是因为纳米层状硅酸盐属于平面片层结构，形状对称性高于短切玻璃纤维，减少了短切玻璃纤维由于形状对称性差造成的各向异性而产生的翘曲，同时克服了高玻璃纤维含量情况下，玻璃纤维不易分散的问题，从而获得一种高机械强度、易加工、表面良好的高性能玻纤增强尼龙复合材料。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对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，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，包括如下重量百分比的各组分：
2.根据权利要求1所述的玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，包括如下重量百分比的各组分：
3.根据权利要求1所述的玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，所述尼龙树脂为尼龙6、尼龙66、尼龙46或高温尼龙的至少一种。
4.根据权利要求1所述的玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，所述纳米层状硅酸盐为纳米云母。
5.根据权利要求4所述的玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，所述纳米云母的纵横比的平均值不小于20。
6.根据权利要求5所述的玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，包括如下重量百分比的各组分：
7.根据权利要求1所述的玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，所述短切玻璃纤维的平均长度为1～10mm，平均直径为7～18μm。
8.根据权利要求1所述的玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。
9.根据权利要求1所述的玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硅酮粉、季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂为受阻酚类或含磷抗氧剂的至少一种。
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