CN108070249A - 一种改性玻纤增强pa6复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改性玻纤增强PA6复合材料及其制备方法，其由30‑60份PA6、1‑10份聚甲醛、25‑45份玻璃纤维、5‑15份碳化硅晶须、0‑5份增韧剂、5‑10份成核剂和5‑10份表面改性剂经混合、挤出造粒制备而成。本发明通过碳化硅晶须和表面改性剂相互配合，改善了玻纤与尼龙树脂之间的粘结状态，减少玻纤与尼龙树脂的分离，使玻纤在尼龙树脂中得到很好地包覆，在加工过程中玻纤与树脂同步流动，不易扯开，大大地减少玻纤的外露。并提高改性玻纤增强PA6组合物的机械性能和抗压性能。

Description

一种改性玻纤增强PA6复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种改性玻纤增强PA6复合材料及其制备方法。
背景技术
聚酰胺(PA，俗称尼龙)是美国DuPont公司最先开发用于纤维的树脂，于1939年实现工业化。聚酰胺于20世纪50年代开始开发和生产注塑制品，以取代金属满足下游工业制品轻量化、成本低的要求；另外，PA具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，还具有一定的阻燃性，易于加工。
目前为了加强PA6的韧性并降低其生产成本，大都在尼龙材料里面加入适当的玻纤来对其进行改性，但加入玻纤后则容易出现浮纤现象。浮纤现象一般是由玻纤外露造成，白色玻纤在塑料熔体充模流动过程中浮露于外表，待冷凝成型后便在塑件表面形成放射状白色痕迹，当塑件为深颜色如黑色时会因色泽差异加大而更加明显。所以浮纤现象不仅影响PA制件的外观美观性，还影响其作为耐压制件的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性玻纤增强PA6复合材料及其制备方法，改善了玻纤外露的现象。
本发明的技术方案如下：
一种改性玻纤增强PA6复合材料，其由以下组分按重量份制备而成：
进一步方案，所述PA6的特性粘度范围为0.6-1.0dl/g。
所述玻璃纤维为短切玻璃纤维，其长度为2-5mm、直径为7-13微米。
所述碳化硅晶须的平均粒径为100μm、抗压强度为100Mpa、密度为0.25g/cc。
所述增韧剂选自马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物或乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或几种。
所述成核剂为苯甲酸钠。
所述表面改性剂为改性乙撑双脂肪酸酰胺(TAF)和硅酮的混合物，其中改性乙撑双脂肪酸酰胺的最低添加量为2份。
本发明的另一个发明目的是提供上述改性玻纤增强PA6组合物的制备方法，其步骤如下：
(1)将PA6和聚甲醛分别进行干燥；
(2)按配比，将干燥后的PA6和聚甲醛，以及玻璃纤维、碳化硅晶须、增韧剂、成核剂和表面改性剂，一起加入高速混合机中搅拌3-5min；
(3)将混合均匀的物料从双螺杆挤出机的加料口加入，经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒，制备得改性玻纤增强PA6组合物。
所述步骤(1)中PA6是在温度为110-140℃条件下干燥4-5h；聚甲醛是在温度为110-120℃条件下干燥4-5h；
所述步骤(3)中双螺杆挤出机一区温度220-250℃、二区温度225-265℃、三区温度235-275℃、四区温度245-285℃、五区温度240-280℃、六区温度245-285℃，机头温度245-285℃，主机转速是15-35HZ。
本发明同现有技术相比，具有如下有益效果：
1、表面改性剂中TAF是在乙撑双脂肪酸酰胺的基础上引进极性基团，其与硅酮混合后增强了其与玻璃纤维之间的相容性；TAF的溶剂化链段与基体树脂有一定的相溶性，在此TAF起了相溶剂作用。这样，表面改性剂和碳化硅晶须相互配合，在玻璃纤维、基本树脂之间形成了类似锚固结点，即交联点，改善了玻纤与树脂的粘结状态，减少玻纤与树脂的分离。
2、由于玻纤的表面与基体树脂之间的力学作用层厚度增加，使处于玻纤表面附近的基体更易于发生剪切屈服，增加对冲击能的吸收和耗散效果，促使玻纤对基体树脂之间的增韧效果。从而使短切玻纤在树脂中得到很好地包覆，在加工过程中玻纤与树脂同步流动，不易扯开，大大地减少玻纤的外露。
3、聚甲醛、表面改性剂和特定的碳化硅晶须(平均粒径为100μm、抗压强度为100Mpa、密度为0.25g/cc)相互配合而减少了玻纤外露，从而相应地减少了玻纤与螺杆的磨擦，使螺杆的扭矩也随之降低，易于加工。
4、由于聚甲醛有较高的熔点，其在较高温度也能保持较强的强度和刚度，所以本发明中加入聚甲醛也可以来提高PA6组合物的机械强度。
5、本发明制备的改性玻纤增强PA6组合物具有优异的力学性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
机械性能测试方法：
本发明制备的组合物采用GB标准使用塑料注塑机在230-270℃下注塑成测试试样，其测试样条的尺寸(长度×宽度×厚度)分别为：拉伸样条(哑铃型)，170.0×10.0×4.0；弯曲样条，80.0×10.0×4.0；无缺口冲击样条，80.0×10.0×4.0；缺口冲击样条，80.0×10.0×4.0，V型缺口，缺口深度为1/5。
测试样条成型后在温度为(23±2)℃、湿度为(50±5)％的标准环境中放置16h后进行测试，测试环境为(23±2)℃、湿度为(50±5)％。
拉伸强度和断裂伸长率：按GB 1040测试，拉伸速度为5mm/min。
弯曲强度和弯曲模量：按GB 9341测试，弯曲速度为1.25mm/min。
简支梁缺口冲击强度：按GB 1043测试。
玻纤含量：按GB 9345测试。
实施例1
(1)将PA6在温度110℃，干燥4h；聚甲醛在温度110℃，干燥4h；
(2)称取干燥的60份的PA6、1份的聚甲醛、25份的玻璃纤维、5份的碳化硅晶须、5份的苯甲酸钠、5份的表面改性剂(2份改性乙撑双脂肪酸酰胺和3份硅酮的混合物)；
(3)将上述步骤(2)中称好的物料在高速混合机中搅拌3min；
(4)然后将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的加料口；
(5)物料经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒；
所述的双螺杆挤出机的加工工艺为：双螺杆挤出机一区温度230℃，二区温度245℃，三区温度255℃，四区温度265℃，五区温度260℃，六区温度265℃，机头温度265℃，主机转速是15HZ。性能测试结果见表1。
实施例2
(1)将PA6在温度140℃，干燥5h；聚甲醛在温度120℃，干燥5h；
(2)称取干燥的40份的PA6、10份的聚甲醛、30份的玻璃纤维、5份的碳化硅晶须、5份的增韧剂马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、10份的苯甲酸钠、8份的表面改性剂(3份改性乙撑双脂肪酸酰胺和5份硅酮的混合物)；
(3)将上述步骤(2)中称好的物料在高速混合机中搅拌5min；
(4)然后将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的加料口；
(5)物料经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒；
所述的双螺杆挤出机的加工工艺为：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度225℃，三区温度235℃，四区温度245℃，五区温度240℃，六区温度245℃，机头温度245℃，主机转速是35HZ。性能测试结果见表1。
实施例3
(1)将PA6在温度120℃，干燥5h；聚甲醛在温度120℃，干燥5h；
(2)称取干燥的40份的PA6、5份的聚甲醛、35份的玻璃纤维、10份的碳化硅晶须、3份的增韧剂乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、2份乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、8份的苯甲酸钠、10份的表面改性剂(5份改性乙撑双脂肪酸酰胺和5份硅酮的混合物)；
(3)将上述步骤(2)中称好的物料在高速混合机中搅拌5min；
(4)然后将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的加料口；
(5)物料经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒；
所述的双螺杆挤出机的加工工艺为：双螺杆挤出机一区温度240℃，二区温度255℃，三区温度265℃，四区温度275℃，五区温度270℃，六区温度275℃，机头温度275℃，主机转速是35HZ。性能测试结果见表1。
实施例4
(1)将PA6在温度140℃，干燥5h；聚甲醛在温度120℃，干燥5h；
(2)称取干燥的30份的PA6、5份的聚甲醛、45份的玻璃纤维、10份的碳化硅晶须、5份的苯甲酸钠、5份的表面改性剂(2份改性乙撑双脂肪酸酰胺和3份硅酮的混合物)；
(3)将上述步骤(2)中称好的物料在高速混合机中搅拌5min；
(4)然后将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的加料口；
(5)物料经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒；
所述的双螺杆挤出机的加工工艺为：双螺杆挤出机一区温度250℃，二区温度265℃，三区温度275℃，四区温度285℃，五区温度280℃，六区温度285℃，机头温度285℃，主机转速是35HZ。性能测试结果见表1。
对比例1
(1)将PA6在温度110℃，干燥4h；
(2)称取干燥的50份的PA6、35份的玻璃纤维、5份的增韧剂马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、5份的苯甲酸钠；
(3)将上述步骤(2)中称好的物料在高速混合机中搅拌3min；
(4)然后将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的加料口；
(5)物料经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒；
所述的双螺杆挤出机的加工工艺为：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度225℃，三区温度235℃，四区温度245℃，五区温度240℃，六区温度245℃，机头温度245℃，主机转速是15HZ。性能测试结果见表1。
对比例2
(1)将PA6在温度110℃，干燥4h；
(2)称取干燥的40份的PA6、35份的玻璃纤维、10份的碳化硅晶须、5份的增韧剂马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、5份的苯甲酸钠；
(3)将上述步骤(2)中称好的物料在高速混合机中搅拌3min；
(4)然后将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的加料口；
(5)物料经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒；
所述的双螺杆挤出机的加工工艺为：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度225℃，三区温度235℃，四区温度245℃，五区温度240℃，六区温度245℃，机头温度245℃，主机转速是15HZ。性能测试结果见表1。
对比例3
(1)将PA6在温度110℃，干燥4h；
(2)称取干燥的40份的PA6、35份的玻璃纤维、5份的聚甲醛、5份的苯甲酸钠；
(3)将上述步骤(2)中称好的物料在高速混合机中搅拌3-5min；
(4)然后将上述混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的加料口；
(5)物料经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒；
所述的双螺杆挤出机的加工工艺为：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度225℃，三区温度235℃，四区温度245℃，五区温度240℃，六区温度245℃，机头温度245℃，主机转速是15HZ。性能测试结果见表1。
表1
从上表1中实施例与对比例的比较可以看出，本发明制得的改性玻纤增强PA6组合物的弯曲模量、拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度均明显高于对比例制备的材料，并且制件表面光亮，无浮纤。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种改性玻纤增强PA6复合材料，其特征在于：其由以下组分按重量份制备而成：
PA6 30-60份，
聚甲醛 1-10份，
玻璃纤维 25-45份，
碳化硅晶须 5-15份，
增韧剂 0-5份，
成核剂 5-10份，
表面改性剂 5-10份。
2.根据权利要求1所述的一种改性玻纤增强PA6复合材料，其特征在于：所述PA6的特性粘度范围为0.6-1.0 dl/g。
3.根据权利要求1所述的一种改性玻纤增强PA6复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维为短切玻璃纤维，其长度为2-5mm、直径为7-13微米。
4.根据权利要求1所述的一种改性玻纤增强PA6复合材料，其特征在于：所述碳化硅晶须的平均粒径为100μm、抗压强度为100Mpa、密度为0.25g/cc。
5.根据权利要求1所述的一种改性玻纤增强PA6复合材料，其特征在于：所述增韧剂选自马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物或乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种改性玻纤增强PA6复合材料，其特征在于：所述成核剂为苯甲酸钠。
7.根据权利要求1所述的一种改性玻纤增强PA6复合材料，其特征在于：所述表面改性剂为改性乙撑双脂肪酸酰胺和硅酮的混合物，其中改性乙撑双脂肪酸酰胺的最低添加量为2份。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的改性玻纤增强PA6组合物的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
（1）将PA6和聚甲醛分别进行干燥；
（2）按配比，将干燥后的PA6和聚甲醛，以及玻璃纤维、碳化硅晶须、增韧剂、成核剂和表面改性剂，一起加入高速混合机中搅拌3-5min；
（3）将混合均匀的物料从双螺杆挤出机的加料口加入，经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒，制备得改性玻纤增强PA6组合物。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中PA6是在温度为110-140℃条件下干燥4-5h；聚甲醛是在温度为110-120℃条件下干燥4-5h；
所述步骤（3）中双螺杆挤出机一区温度220-250℃、二区温度225-265℃、三区温度235-275℃、四区温度245-285℃、五区温度240-280℃、六区温度245-285℃，机头温度245-285℃，主机转速是15-35HZ。
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