CN106280431A - 一种生物基尼龙复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种生物基尼龙复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物基尼龙复合材料及其制备方法和应用，所述生物基尼龙复合材料由生物基尼龙、PA66增韧剂、金属粉、矿粉、润滑剂、偶联剂、助剂和己内酰胺钠组成。本发明通过添加金属氧化物和金属粉末来做改性加工，增强了材料电镀的结合力，所制产品的表面处理适用于物理气相沉积，杜绝了一般电镀中前处理物质的污染，解决了尼龙不易电镀和电镀后结合力较差的问题。本发明成型工艺简单、成本低廉、使用方便且绿色环保；不仅适用于外观装饰件，对于有一定强度要求的外观件，其强度也可以满足某些受力部分不会发生形变和破坏，适用范围广泛。

Description

一种生物基尼龙复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于尼龙材料制备领域，具体涉及一种生物基尼龙复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前尼龙作为一种塑料基材已被广泛应用于工业。作为一种热塑性塑料，尼龙很容易在液态下被加工，在-30～110℃温度范围内具有良好的稳定性。此外，它还具有优异的耐热、高冲击强度、弹性变形小、耐摩擦和减震等性能，而低的熔融黏度使其易加工成型。总而言之，尼龙不但重量轻、制造成本低，而且还具有优异的物理性能。因此，尼龙的电镀也成为人们关注的话题。然而，在普通的电镀工艺中，尼龙塑料电镀的前处理（如使用酸粗化）会对氨基有些影响，得不到预期的良好装饰性效果，导致了外观缺陷和结合力较差等常见的电镀问题。同时在普通ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）电镀和尼龙电镀中会用酸或强氧化性的物质对毛坯进行腐蚀，从而达到形成凹坑，形成外部镀层的倒扣，增强结合力的效果，但酸或强氧化性的清洗液会造成一定的环境污染，或者处理污染物时产生能量消耗等问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种生物基尼龙复合材料及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种生物基尼龙复合材料，按重量份数计，其原料组成为：
生物基尼龙：40~55份；
PA66增韧剂：3~10份；
金属粉：1~5份；
矿粉：25~40份；
润滑剂：0.8~1.5份；
偶联剂：1~2份；
助剂：1~2份；
己内酰胺钠：1~2份。
所述生物基尼龙为PA610尼龙材料、PA56尼龙材料和PA1010尼龙材料中的任一种。
所述金属粉为镍粉、铁粉和铝粉中的任一种。
所述润滑剂为乙烯基双硬脂酰胺或山嵛酸酰胺。
所述矿粉为碳酸钙粉末、硅灰石粉末、氧化铝粉末、滑石粉和氧化锌粉末中的任一种。
所述偶联剂为双金属偶联剂或铝酸酯偶联剂。
所述助剂为1,5-戊二胺、葵二酸、己二酸、己二胺和丁二胺中的一种或几种。
如上所述的生物基尼龙复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按照重量份称取生物基尼龙和PA66增韧剂，于120℃下烘烤4-6小时；烘干后和己内酰胺钠混合均匀，备用；
（2）按照重量份称取助剂和金属粉混合均匀，备用；助剂的加入可以增强金属粉末和基材的分散性和结合力，使得金属粉表层形成一层易于生物基尼龙基材结合的膜层，从而达到增强后续表面处理结合力的目的；
（3）按照重量份称取矿粉在100~130℃烘烤3~6小时，加入带加热的搅拌机中搅拌，搅拌机温度设置为100℃，搅拌0.5小时后，加入偶联剂继续搅拌1小时，随后加入步骤（1）烘烤过的生物基尼龙和PA66增韧剂，然后加入润滑剂和步骤（2）用助剂处理过的金属粉，在搅拌器中搅拌混合30~40min，随后停止加热，继续搅拌0.5小时后，得到分散均匀的混合物；所述搅拌机搅拌过程的转速为800~1200r/min；
（4）将步骤（3）所得的混合物投置于双螺杆挤出机主喂料斗中，经熔融挤出，造粒，制得所述生物基尼龙复合材料。
在步骤（4）中，利用主喂料系统加入混合原料，喂料速度为60～120 r/min；主机螺杆转速为250～350r/min，加工温度为230～290℃，温度过低可能材料无法熔融，而温度过高又会导致生物基尼龙分解过度或反应过快；模头压力为1.0～6.0MPa，切粒机切粒速度为200～400r/min。
在搅拌过程中，矿粉的加热和搅拌是为了去除其中的水分和防止团聚，然后加入偶联剂，在高温下发生反应，使得矿粉反应后增加一定的亲塑料基团，从而增强矿粉和塑料基材的结合性。
本发明以生物基尼龙材料为基材，加以改性，所制得的生物基尼龙复合材料适用于物理气相沉积表面处理的电镀方法，达到既节能减排，又能得到完美外观装饰性效果和较好结合力的复合型材料。尼龙原材料是以二元胺和二元酸制备的生物基聚酰胺, 其原料主要来自可再生的生物质材料，如淀粉、纤维素、木质素和动、植物油等。由于在制备时在生物基尼龙的大分子中形成了稳定的氢键，使其吸水率较一般的尼龙材料只有其四分之一左右，这种性能使得它在后续的电镀加工中可以选用物理气相沉积的方法来代替一般电镀方法中的前处理，也能更好的保持其性能。通过添加金属氧化物和金属粉末，使得材料在制成产品时其表面含有一定的金属成分，更易导电，配合物理气相沉积表面处理，使得产品表面的金属可以和物理气相沉积表面处理的金属预镀层很好的融合，可以得到良好的结合力，再辅以后期的水电镀工艺，使的产品得到较好的外部装饰效果。
本发明制得的生物基尼龙复合材料，配合物理气相沉积表面处理技术，可用于外观装饰件以及对强度有要求的外观件。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明采用生物基尼龙改性制备生物基尼龙复合材料，成型工艺简单、成本低廉、使用方便且绿色环保；
（2）本发明制备的生物基尼龙复合材料适用于物理气相沉积表面处理的电镀方法，绿色环保，可有效解决镀层结合力、外观及尼龙材料电镀前处理的问题，可得到优质的电镀产品；
（3）本发明不仅适用于外观装饰件，对于有一定强度要求的外观件，其强度也可以满足某些受力部分不会发生形变和破坏，适用范围广泛。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。
实施例1
一种生物基尼龙复合材料，按重量份数计，其原料组成为：
PA610尼龙材料：51份；
PA66增韧剂：5份；
铝粉：2份；
氧化铝粉末：40份；
乙烯基双硬脂酰胺：1份；
双金属偶联剂：1份；
1,5-戊二胺：1.5份；
己内酰胺钠：1份。
如上所述的生物基尼龙复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按照重量份称取PA610尼龙材料和PA66增韧剂，于120℃下烘烤4小时；烘干后和己内酰胺钠混合均匀，备用；
（2）按照重量份称取1,5-戊二胺和铝粉混合均匀，备用；
（3）按照重量份称取氧化铝粉末在100℃烘烤6小时，加入带加热的搅拌机中搅拌，搅拌机温度设置为100℃，搅拌0.5小时后，加入双金属偶联剂继续搅拌1小时，随后加入步骤（1）烘烤过的PA610尼龙材料和PA66增韧剂，然后加入乙烯基双硬脂酰胺和步骤（2）用助剂（1,5-戊二胺）处理过的铝粉，在搅拌器中搅拌混合30min，随后停止加热，继续搅拌0.5小时后，得到分散均匀的混合物；所述搅拌机搅拌过程的转速为800r/min；
（4）将步骤（3）所得的混合物投置于双螺杆挤出机主喂料斗中，经熔融挤出，造粒，制得所述生物基尼龙复合材料。
在步骤（4）中，利用主喂料系统加入混合原料，喂料速度为60r/min；主机螺杆转速为250r/min，加工温度为230℃；模头压力为1.0MPa，切粒机切粒速度为200r/min。
实施例2
一种生物基尼龙复合材料，按重量份数计，其原料组成为：
PA610尼龙材料：50份；
PA66增韧剂：8份；
铝粉：1份；
氧化铝粉末：38份；
乙烯基双硬脂酰胺：1.5份；
双金属偶联剂：1.5份；
助剂：1.5份；
己内酰胺钠：1份；
所述助剂为丁二胺和葵二酸按质量比1:1混合而成。
如上所述的生物基尼龙复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按照重量份称取PA610尼龙材料和PA66增韧剂，于120℃下烘烤6小时；烘干后和己内酰胺钠混合均匀，备用；
（2）按照重量份称取助剂和铝粉混合均匀，备用；
（3）按照重量份称取氧化铝粉末在130℃烘烤3小时，加入带加热的搅拌机中搅拌，搅拌机温度设置为100℃，搅拌0.5小时后，加入双金属偶联剂继续搅拌1小时，随后加入步骤（1）烘烤过的PA610尼龙材料和PA66增韧剂，然后加入乙烯基双硬脂酰胺和步骤（2）用助剂处理过的铝粉，在搅拌器中搅拌混合40min，随后停止加热，继续搅拌0.5小时后，得到分散均匀的混合物；所述搅拌机搅拌过程的转速为1200r/min；
（4）将步骤（3）所得的混合物投置于双螺杆挤出机主喂料斗中，经熔融挤出，造粒，制得所述生物基尼龙复合材料。
在步骤（4）中，利用主喂料系统加入混合原料，喂料速度为120 r/min；主机螺杆转速为350r/min，加工温度为290℃；模头压力为6.0MPa，切粒机切粒速度为400r/min。
实施例3
一种生物基尼龙复合材料，按重量份数计，其原料组成为：
PA56尼龙材料：40份；
PA66增韧剂：3份；
铁粉：1份；
滑石粉：25份；
山嵛酸酰胺：0.8份；
双金属偶联剂：1份；
助剂：1份；
己内酰胺钠：1.5份；
所述助剂为己二酸和己二胺按质量比1:1混合而成。
如上所述的生物基尼龙复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按照重量份称取PA56尼龙材料和PA66增韧剂，于120℃下烘烤5小时；烘干后和己内酰胺钠混合均匀，备用；
（2）按照重量份称取助剂和铁粉混合均匀，备用；
（3）按照重量份称取矿粉在115℃烘烤4小时，加入带加热的搅拌机中搅拌，搅拌机温度设置为100℃，搅拌0.5小时后，加入双金属偶联剂继续搅拌1小时，随后加入步骤（1）烘烤过的PA56尼龙材料和PA66增韧剂，然后加入山嵛酸酰胺和步骤（2）用助剂处理过的铁粉，在搅拌器中搅拌混合35min，随后停止加热，继续搅拌0.5小时后，得到分散均匀的混合物；所述搅拌机搅拌过程的转速为1000r/min；
（4）将步骤（3）所得的混合物投置于双螺杆挤出机主喂料斗中，经熔融挤出，造粒，制得所述生物基尼龙复合材料。
在步骤（4）中，利用主喂料系统加入混合原料，喂料速度为80r/min；主机螺杆转速为300r/min，加工温度为250℃；模头压力为3MPa，切粒机切粒速度为300r/min。
实施例4
一种生物基尼龙复合材料，按重量份数计，其原料组成为：
PA56尼龙材料：55份；
PA66增韧剂：10份；
铁粉：5份；
硅灰石粉末：40份；
山嵛酸酰胺：1.5份；
双金属偶联剂：2份；
1,5-戊二胺：1份；
己内酰胺钠：1.5份。
如上所述的生物基尼龙复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按照重量份称取PA56尼龙材料和PA66增韧剂，于120℃下烘烤5小时；烘干后和己内酰胺钠混合均匀，备用；
（2）按照重量份称取1,5-戊二胺和铁粉混合均匀，备用；
（3）按照重量份称取硅灰石粉末在120℃烘烤4小时，加入带加热的搅拌机中搅拌，搅拌机温度设置为100℃，搅拌0.5小时后，加入双金属偶联剂继续搅拌1小时，随后加入步骤（1）烘烤过的PA56尼龙材料和PA66增韧剂，然后加入山嵛酸酰胺和步骤（2）用助剂（1,5-戊二胺）处理过的铁粉，在搅拌器中搅拌混合38min，随后停止加热，继续搅拌0.5小时后，得到分散均匀的混合物；所述搅拌机搅拌过程的转速为1100r/min；
（4）将步骤（3）所得的混合物投置于双螺杆挤出机主喂料斗中，经熔融挤出，造粒，制得所述生物基尼龙复合材料。
在步骤（4）中，利用主喂料系统加入混合原料，喂料速度为90r/min；主机螺杆转速为220r/min，加工温度为240℃；模头压力为4MPa，切粒机切粒速度为350r/min。
实施例5
一种生物基尼龙复合材料，按重量份数计，其原料组成为：
PA1010尼龙材料：45份；
PA66增韧剂：5份；
镍粉：3份；
碳酸钙粉末：30份；
乙烯基双硬脂酰胺：1.2份；
铝酸酯偶联剂：1.5份；
助剂：1~2份；
己内酰胺钠：1~2份；
所述助剂为1,5-戊二胺、葵二酸和己二胺按质量比1:1:1混合而成。
如上所述的生物基尼龙复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按照重量份称取PA1010尼龙材料和PA66增韧剂，于120℃下烘烤6小时；烘干后和己内酰胺钠混合均匀，备用；
（2）按照重量份称取助剂和镍粉混合均匀，备用；
（3）按照重量份称取碳酸钙粉末在120℃烘烤4.5小时，加入带加热的搅拌机中搅拌，搅拌机温度设置为100℃，搅拌0.5小时后，加入铝酸酯偶联剂继续搅拌1小时，随后加入步骤（1）烘烤过的PA1010尼龙材料和PA66增韧剂，然后加入乙烯基双硬脂酰胺和步骤（2）用助剂处理过的镍粉，在搅拌器中搅拌混合40min，随后停止加热，继续搅拌0.5小时后，得到分散均匀的混合物；所述搅拌机搅拌过程的转速为1100r/min；
（4）将步骤（3）所得的混合物投置于双螺杆挤出机主喂料斗中，经熔融挤出，造粒，制得所述生物基尼龙复合材料。
在步骤（4）中，利用主喂料系统加入混合原料，喂料速度为100r/min；主机螺杆转速为320r/min，加工温度为260℃；模头压力为5MPa，切粒机切粒速度为300r/min。
实施例6
一种生物基尼龙复合材料，按重量份数计，其原料组成为：
PA1010尼龙材料：50份；
PA66增韧剂：7份；
镍粉：4份；
氧化锌粉末：35份；
乙烯基双硬脂酰胺：1.3份；
铝酸酯偶联剂：1.5份；
助剂：1~2份；
己内酰胺钠：1~2份。
所述助剂为1,5-戊二胺、己二酸和丁二胺按质量比1:1:1混合而成。
如上所述的生物基尼龙复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按照重量份称取PA1010尼龙材料和PA66增韧剂，于120℃下烘烤5小时；烘干后和己内酰胺钠混合均匀，备用；
（2）按照重量份称取助剂和镍粉混合均匀，备用；
（3）按照重量份称取氧化锌粉末在120℃烘烤4小时，加入带加热的搅拌机中搅拌，搅拌机温度设置为100℃，搅拌0.5小时后，加入铝酸酯偶联剂继续搅拌1小时，随后加入步骤（1）烘烤过的PA1010尼龙材料和PA66增韧剂，然后加入乙烯基双硬脂酰胺和步骤（2）用助剂处理过的镍粉，在搅拌器中搅拌混合33min，随后停止加热，继续搅拌0.5小时后，得到分散均匀的混合物；所述搅拌机搅拌过程的转速为1000r/min；
（4）将步骤（3）所得的混合物投置于双螺杆挤出机主喂料斗中，经熔融挤出，造粒，制得所述生物基尼龙复合材料。
在步骤（4）中，利用主喂料系统加入混合原料，喂料速度为95r/min；主机螺杆转速为300r/min，加工温度为255℃；模头压力为4MPa，切粒机切粒速度为300r/min。
性能测试
一、机械性能测试
本发明实施例1~6所制得的生物基尼龙复合材料的机械性能如表1所示。
表1 生物基尼龙复合材料的机械性能
按照实施例配方1~6造粒出来的材料，从表1可知，本发明制得的生物基尼龙复合材料具有优异的机械性能。经过注塑制作样品，经过后续的电镀工艺流程，得到镀铬外观产品，经过泡38℃热水20天的测试，镀层未出现异常，扭力测试可达到60~70N，且在扭力测试后镀层未出现剥落现象，所制作的电镀测试板经过拉脱力的测试，可以达到10-12N/cm，高于普通水电镀的产品，综合性能优异，满足生产产品的需求。
二、电镀性能测试
a. 将制备的材料注塑成产品和测试板进行电镀。
b. 电镀工艺流程：除油，除蜡，烘干，物理气相沉积，酸铜，半光镍，全光镍，微孔镍，铬，烘干。
c. 所制的产品，通过泡水和镀层测试均合格。
d. 酸性盐雾测试8小时和酸性盐雾测试16小时以及冷热循环测试均合格。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种生物基尼龙复合材料，其特征在于：按重量份数计，所述生物基尼龙复合材料的原料组成为：
生物基尼龙：40~55份；
PA66增韧剂：3~10份；
金属粉：1~5份；
矿粉：25~40份；
润滑剂：0.8~1.5份；
偶联剂：1~2份；
助剂：1~2份；
己内酰胺钠：1~2份。
2.根据权利要求1所述的生物基尼龙复合材料，其特征在于：所述生物基尼龙为PA610尼龙材料、PA56尼龙材料和PA1010尼龙材料中的任一种。
3.根据权利要求1所述的生物基尼龙复合材料，其特征在于：所述金属粉为镍粉、铁粉和铝粉中的任一种。
4.根据权利要求1所述的生物基尼龙复合材料，其特征在于：所述润滑剂为乙烯基双硬脂酰胺或山嵛酸酰胺。
5.根据权利要求1所述的生物基尼龙复合材料，其特征在于：所述矿粉为碳酸钙粉末、硅灰石粉末、氧化铝粉末、滑石粉和氧化锌粉末中的任一种。
6.根据权利要求1所述的生物基尼龙复合材料，其特征在于：所述偶联剂为双金属偶联剂或铝酸酯偶联剂。
7.根据权利要求1所述的生物基尼龙复合材料，其特征在于：所述助剂为1,5-戊二胺、葵二酸、己二酸、己二胺和丁二胺中的一种或几种。
8.一种制备如权利要求1所述的生物基尼龙复合材料的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）按照重量份称取生物基尼龙和PA66增韧剂，于120℃下烘烤4-6小时；烘干后和己内酰胺钠混合均匀，备用；
（2）按照重量份称取助剂和金属粉混合均匀，备用；
（3）按照重量份称取矿粉在100~130℃烘烤3~6小时，加入带加热的搅拌机中搅拌，搅拌机温度设置为100℃，搅拌0.5小时后，加入偶联剂继续搅拌1小时，随后加入步骤（1）准备好的生物基尼龙和PA66增韧剂，然后加入润滑剂和步骤（2）用助剂处理过的金属粉，在搅拌器中搅拌混合30~40min，随后停止加热，继续搅拌0.5小时后，得到分散均匀的混合物；所述搅拌机搅拌过程的转速为800~1200r/min；
（4）将步骤（3）所得的混合物投置于双螺杆挤出机主喂料斗中，经熔融挤出，造粒，制得所述生物基尼龙复合材料。
9. 根据权利要求8所述的生物基尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤（4）中，利用主喂料系统加入混合原料，喂料速度为60～120 r/min；主机螺杆转速为250～350r/min，加工温度为230～290℃，模头压力为1.0～6.0MPa，切粒机切粒速度为200～400r/min。
10.一种如权利要求1所述的生物基尼龙复合材料的应用，其特征在于：所述的生物基尼龙复合材料，配合物理气相沉积表面处理技术，用于外观装饰件以及对强度有要求的外观件。
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