CN106751771A - 一种高纤维增强尼龙复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种高强度、高模量及外观优异的高纤维增强尼龙复合材料，包括以下重量份的组分：尼龙树脂为30‑60重量份、玻璃纤维为40‑70重量份、润滑剂为0.1‑2重量份、颜料助剂为0‑3重量份。本发明通过选定粘度为1.6‑2.1的尼龙树脂，利用低粘度尼龙树脂优异的流动性，提高了玻纤在尼龙树脂基体中分散均匀度，使玻纤能被树脂基体包覆完全，树脂基体与玻纤的界面结合更好，能够方便的挤出获得高玻璃纤维含量的表面光洁、无浮纤，外观优异的高玻纤增强尼龙复合材料。本发明制备的尼龙复合材料具有高强度和高模量，扩宽了高玻纤增强尼龙材料在力学性能与外观要求高的应用领域的应用范围。

Description

一种高纤维增强尼龙复合材料
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种高强度、高模量及外观优异的高纤维增强尼龙复合材料。
背景技术
尼龙为聚酰胺的俗称，英文名称为Polyamide(PA)，它是大分子主链重复单元中含有酰胺基团的高聚物的总称。酰胺键具有极性，可形成氢键，分子间作用力大，分子链排列整齐，具有较高的结晶性,使得尼龙具有较高的机械强度和弹性模量,同时尼龙具有熔点高、耐磨耗、摩擦系数小、自润滑性好、吸震消音、化学稳定性好等一系列优点，使得尼龙树脂成为工程塑料中用量最大的一种，普遍应用在汽车、机械制造、轴承、电动工具、低压电器等领域。但尼龙材料吸水性大，尺寸稳定性差，限制了其在机械强度要求高、尺寸精密等领域的应用，为了克服尼龙其缺点，扩宽尼龙材料的应用，行业中普遍采用对尼龙进行玻纤增强改性，降低材料的吸水性，提高材料的尺寸稳定性和力学性能强度。
玻纤增强尼龙材料力学性能与玻纤含量，尼龙树脂粘度、尼龙树脂与玻纤的界面结合强度、玻纤在尼龙树脂中的分散性等因素有关。一般而言，在相同玻纤含量下，尼龙基体树脂的粘度越大，代表尼龙树脂分子量越高，材料的力学性能越高。因此在力学性能要求高的领域，为了保证材料足够的强度，一般会选用粘度值≥2.4dl/g的中高粘度的尼龙树脂。
虽然玻纤增强材料在多个行业有普遍应用，但对于力学强度和外观要求很高的领域，玻纤增强尼龙材料还有很多不足。例如：对力学性能要求很高或以塑代钢领域，玻纤增强尼龙材料为提升材料刚性，需要添加高含量玻纤，但玻纤含量提升，特别是含量达到40％或者更高时，材料浮纤问题严重，导致外观表面差，同时玻纤含量超过40％时，玻纤在尼龙树脂基体中分散不均匀，尼龙树脂基体对玻纤的包覆不完全，界面结合力差，导致增强效果变的不明显，力学强度提升不大，进而达不到预期的高强度和优异外观的要求。
CN105623252A公开了一种高强度外观件聚酰胺复合材料及其制备方法，采用的是表面改性剂来改善浮纤提升外观，虽然在一定程度上对于浮纤有帮助，但对于玻纤的均匀分散无帮助，玻纤在树脂中不能均匀分散，尼龙树脂基体对玻纤的包覆性差，导致强度和模量偏低，同时玻纤含量只能做到40％-50％，对于玻纤含量与性能要求更高的制件，此材料无法满足应用要求。CN104231611A公开了一种玻璃纤维增强尼龙材料，采用的是添加硅烷偶联剂，增加树脂与玻纤的界面结合，但还是不能完全包覆玻纤，在外观要求很高的场所不能满足要求。
目前解决高玻纤含量尼龙材料外观差的问题主要还是靠添加相容剂、表面改性剂以及星状等物质来解决，但整体改善效果不佳，因此发明一种高玻纤增强尼龙材料，力学强度随玻纤含量能持续提升，并且外观优异的材料就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种高纤维增强尼龙复合材料，该复合材料通过玻纤在低粘度树脂中良好的分散性，制得一种高强度和高模量，表面无浮纤，外观优异的高玻纤增强尼龙复合材料，解决了现有技术中，高玻纤含量增强尼龙材料玻纤含量达到40％后，力学强度提升不明显，外观浮纤严重，表面变差的技术难题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：包括以下重量份的组分：
所述尼龙树脂的粘度为1.6-2.1dl/g。
优选的，所述高纤维增强尼龙复合材料由以下重量份的组分组成：
优选粘度为1.8-2.0dl/g，提高了高含量玻纤在尼龙树脂基体中分散均匀度，使玻纤能被树脂基体包覆完全，树脂基体与玻纤的界面结合更好，能够方便的挤出获得高玻璃纤维含量的表面光洁、无浮纤的玻纤增强尼龙复合材料。
进一步优选的，所述尼龙树脂为尼龙6、尼龙66的一种或两种的组合。
所述玻璃纤维为用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂处理过的短玻璃纤维。优选的,所述玻璃纤维为用硅烷偶联剂处理过的短玻璃纤维。
进一步优选的，所述玻璃纤维单丝直径为6-13μm，长为3-5mm。优选的，所述玻璃纤维单丝直径为7-10μm，选择合适的玻纤单丝直径，有利于最终产品的表观改性。
所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、季戊四醇硬脂酸酯、乙撑双硬酯酰胺、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、乙烯-丙烯酸共聚物、褐煤酸蜡中的一种或者几种的组合。
进一步优选的，所述润滑剂为乙撑双硬酯酰胺或硬脂酸钙中的一种。在实际应用中，乙撑双硬酯酰胺更加优于硬脂酸钙。
所述颜料助剂为有机颜料或无机颜料中的一种或两种的组合。
本发明的另外一个目的是提供利用上述高纤维增强尼龙复合材料制备的模制品。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过选用粘度为1.6-2.1dl/g的尼龙树脂基体，利用低粘度尼龙树脂优异的流动性，提高了玻纤在尼龙树脂基体中分散均匀度，使玻纤能被树脂基体包覆完全，树脂基体与玻纤的界面结合更好，能够方便的挤出获得高玻璃纤维含量，尤其是玻纤含量达到70wt％时，其最终产品表面光洁、无浮纤，表观性能非常优异。
2、本发明制备的高纤维增强尼龙复合材料具有高强度和高模量，且随着玻纤含量的增加，材料的力学性能明显上升，尤其是玻纤含量达到70％时，玻纤增强尼龙复合材料的拉伸强度高达292MPa，弯曲强度高达387MPa，弯曲模量高达18592MPa，大大拓宽了玻纤增强尼龙复合材料的应用领域，特别适用于力学性能与外观要求都高的领域，如汽车领域(变速箱启动止环、高强度塑料钥匙壳、汽车后视镜底座等)、低压电器领域(高强度高模量手柄等)以及以塑代金属领域(如自行车和电动车的刹把支架、汽车减震器轴承端盖等)。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下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下述实施例的限制。
本发明的实施例采用以下原料：
尼龙树脂：PA6树脂、PA66树脂
玻璃纤维：用硅烷偶联剂处理过的单丝直径为7-10μm，长为3-5mm的玻璃纤维。
润滑剂：乙撑双硬酯酰胺(EBS)、硬脂酸钙。
颜料助剂：普通黑色母。
材料性能测试方法：
(1)拉伸强度，按照ISO 527-1/-2标准方法测试；
(2)弯曲强度，按照ISO 178标准方法测试；
(3)表面浮纤，采用目视评估。
【实施例1-实施例7】
按表1中的物料重量份配比将PA6树脂、润滑剂、颜料助剂加入混合机混合后，从主喂料口加入挤出机，玻璃纤维由侧喂料口加入挤出机。熔融共混后，经冷却、风干和造粒，性能测试如表1所示。
表1实施例1-7玻纤增强尼龙复合材料组份配比及性能测试结果
【对比例1-对比例7】
改用中高粘度的PA6树脂，其他成分不变，与实施例1-7同样进行，得到造粒粒子，性能测试如表2所示。
表2对比例1-7玻纤增强尼龙复合材料组份配比及性能测试结果
【实施例8-实施例14】
按表3中的物料重量份配比将PA66树脂、润滑剂、颜料助剂加入混合机混合后，从主喂料口加入挤出机，玻璃纤维由侧喂料口加入挤出机。熔融共混后，经冷却、风干和造粒，性能测试如表3所示。
表3实施例8-14玻纤增强尼龙复合材料组份配比及性能测试结果
【对比例8-对比例14】
改用中高粘度的PA66树脂，其他成分不变，与实施例8-14同样进行，得到造粒粒子，性能测试如表4所示。
表4对比例8-14玻纤增强尼龙复合材料组份配比及性能测试结果
从表1、表2、表3及表4明显看出，本发明制备的高纤维增强尼龙复合材料，相比以往传统的改性尼龙复合材料，强度和模量有明显的提升，并且模制品表面外观极佳，很好的解决了高玻纤增强材料因玻纤分散不均导致的强度低以及浮纤严重、外观差的技术难题。
本发明采用低粘度树脂，通过大量试验，创造性的解决了低粘度树脂力学性能不高的技术难题，采用低粘度树脂，玻纤含量高于40％GF时，低粘度树脂优异的流动性，可以使得玻纤很好地分散在尼龙树脂中，材料打制的制件表面光洁，无浮纤，同时力学性能比中高粘度相同玻纤含量下力学性能还要高，继续提升玻纤含量，力学性能持续提升。尤其是玻璃纤维达到70％时，材料拉伸强度高达292MPa，弯曲强度高达387MPa，弯曲模量高达18592MPa，表面质量优，无浮纤。

Claims (9)

1.一种高纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：包括以下重量份的组分：
所述尼龙树脂的粘度为1.6-2.1dl/g。
2.根据权利要求1所述的高纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：该复合材料由以下重量份的组分组成：
3.根据权利要求1或2所述的高纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：所述尼龙树脂为尼龙6或尼龙66的一种或两种的组合。
4.根据权利要求1或2所述的高纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维为用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂处理过的短玻璃纤维。
5.根据权利要求4所述的高纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维单丝直径为6-13μm，长为3-5mm。
6.根据权利要求1或2所述的高纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、季戊四醇硬脂酸酯、乙撑双硬酯酰胺、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、乙烯-丙烯酸共聚物、褐煤酸蜡中的一种或者几种的组合。
7.根据权利要求6所述的高纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：所述润滑剂为乙撑双硬酯酰胺或硬脂酸钙中的一种。
8.根据权利要求1或2所述的高纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：所述颜料助剂为有机颜料或无机颜料中的一种或两种的组合。
9.一种模制品，包含权利要求1-8任一项所述的高纤维增强尼龙复合材料。
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