CN108164995A - 高强度、易电镀的聚酰胺复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度、易电镀的聚酰胺复合材料及其制备方法，其包括按一定重量份数配比的如下组分：聚酰胺树脂、有机改性纳米蒙脱土、无机填充物、硅烷偶联剂、己内酰胺、引发剂、抗氧剂、润滑剂。该制备方法包括如下步骤：将聚酰胺树脂、有机改性纳米蒙脱土、无机填充物、硅烷偶联剂、己内酰胺、引发剂、抗氧剂和润滑剂加入混合搅拌机中进行混合后，通过双螺杆挤出机进行反应挤出共混，造粒得到所述高强度、易电镀的聚酰胺复合材料。本发明的高强度、易电镀聚酰胺复合材料实现了蒙脱土、无机填充物在聚酰胺基材中纳米尺度上的均匀分散，电镀粗化过程中可以作为铆合点增加树脂基材与金属镀层之间的结合力，获得高电镀结合力的制件。

Description

高强度、易电镀的聚酰胺复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度、易电镀的聚酰胺复合材料及其制备方法，属于高分子材料加工技术领域。
背景技术
目前，在汽车内外饰中常用的电镀材料一般为ABS、PC/ABS和矿物填充尼龙。从材料特性来说，矿物填充尼龙具有强度高、耐热高、耐疲劳性好的特点，非常适合用作汽车电镀门把手。但实际电镀汽车门把手常选用PC/ABS材料，只有少量高端车型选择尼龙矿物填充材料。一方面因为尼龙电镀工艺的特殊性：尼龙由于其易吸水特性，其电镀工艺区别于ABS、PC/ABS电镀线；另一方面，对于电镀厂家来说，尼龙电镀生产线不仅投入高，其电镀工艺要求也高，最终电镀良率较低，大大限制了尼龙材料在电镀制件上的应用。
近年来，人们针对降低尼龙材料吸水性做了很多研究，主要目的是解决尼龙吸水后硬度、模量、强度下降的问题。其中，一种是通过在主链上引入芳环，开发了低吸水率、高耐热的PA6T、PA9T、PA10T等新材料，专利CN106046781A公布了一种使用芳香族聚酰胺树脂制备低吸水率、适合电镀的尼龙材料的方法，但芳香族聚酰胺、半芳香族聚酰胺成型性较脂肪族聚酰胺差，注塑件容易残留内应力，最终导致电镀不良，同时其成本较高。另一种是通过与其他组份共混改性来达到降低吸水率的效果，据文献报告，其他组份可以是聚合物，也可以是无机填充物。如专利CN101787204B公布了通过填充层状硅酸盐黏土再与苯乙烯树脂共混制备低吸水率的聚酰胺组合物的方法，但此方法制备的聚酰胺聚合物不能用来电镀。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高强度、易电镀的聚酰胺复合材料及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种高强度、易电镀的聚酰胺复合材料，其包括按重量份数计的如下组分：
作为优选方案，所述聚酰胺树脂为己内酰胺开环聚合制备的脂肪族聚酰胺树脂。
作为优选方案，所述无机填充物为滑石粉、碱土金属氧化物、碱土金属碳酸盐、碱土金属硅酸盐中的一种或几种；优选为碳酸钙、氧化镁中的一种或两种。
作为优选方案，所述硅烷偶联剂的分子通式为RSiX3，其中，R为氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基或甲基丙烯酰氧基，X为可水解的硅氧基；R优选为氨基。
作为优选方案，所述引发剂为6-氨基己酸。
作为优选方案，所述抗氧剂包括二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]、四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或几种。
作为优选方案，所述的润滑剂包括硅烷聚合物、固体石蜡、液体石蜡、脂肪酸盐、硬脂酸钙脂肪酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸酰胺、甲撑双硬脂酸酰胺和N，N-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种。
作为优选方案，所述有机改性纳米蒙脱土的制备方法为：将11-氨基十一酸和浓硫酸溶于80℃的水中后，加入纳米蒙脱土水分散液，在80℃下进行反应后，经过冷却、烘干、研磨和过筛，得到所述有机改性纳米蒙脱土。
第二方面，本发明还提供了一种如前述的高强度、易电镀的聚酰胺复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
将聚酰胺树脂、有机改性纳米蒙脱土、无机填充物、硅烷偶联剂、己内酰胺、引发剂、抗氧剂和润滑剂加入混合搅拌机中进行混合后，通过双螺杆挤出机进行反应挤出共混，同时在所述双螺杆挤出机的熔融段和均化段分别注入超临界流体，造粒得到所述高强度、易电镀的聚酰胺复合材料。
作为优选方案，所述的双螺杆挤出机的机筒温度为210～250℃，螺杆转速为300～600rpm；所述超临界流体为氮气、二氧化碳中的一种；所述超临界流体温度超过23℃，压力高于3.39MPa。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明的高强度、易电镀聚酰胺复合材料利用对纳米蒙脱土有机化改性，增加了纳米蒙脱土片层之间的距离，提高了片层与聚酰胺树脂的界面粘结能力；在挤出过程中，利用引发剂作用下引发己内酰胺进一步开环聚合到蒙脱土片层上，提高纳米蒙脱土片层与基体的相容性，从而提高基材材料的力学性能，同时起到降低吸水率的作用；
2、本发明的高强度、易电镀聚酰胺复合材料利用超临界流体优异的扩散性，不仅可以帮助有机改性纳米蒙脱土、引发剂和己内酰胺在聚酰胺基体中的分散性与反应效率，也可以提高无机填充物在基材中的均匀分散，从而协同纳米蒙脱土最大程度地降低聚酰胺基材的吸水率；
3、本发明的高强度、易电镀聚酰胺复合材料利用以上技术大大降低了聚酰胺复合物的吸水率，使其可以按照ABS材料的工艺进行电镀后处理，不必担心水洗过程后对材料性能的劣化影响；
4、本发明的高强度、易电镀聚酰胺复合材料实现了蒙脱土、无机填充物在聚酰胺基材中纳米尺度上的均匀分散，电镀粗化过程中可以作为铆合点增加树脂基材与金属镀层之间的结合力，获得高电镀结合力的制件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。
以下实施例及对比例中选用的聚酰胺树脂选用巴陵石化的BL3280H；蒙脱土用NANOCOR公司的I.24TL；11-氨基酸采购自泰州天鸿生化科技公司；浓硫酸采购自上海华谊集团上硫化工有限公司；无机填充物选用诺亚化工的轻质碳酸钙，目数1250目；硅烷偶联剂选用广州中杰化工的KH550，γ-氨基丙基三乙氧基硅烷；己内酰胺选用巴陵石化的己内酰胺；引发剂选用上海阿拉丁的6-氨基己酸；抗氧剂为Ciba公司的Irganox1010和Irganox168，其重量比为1：1；润滑剂为市售的季戊四醇硬脂酸。
对比例1
一种高强度、易电镀聚酰胺复合材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：聚酰胺树脂：70，碳酸钙：30；硅烷偶联剂：1；抗氧剂1010：0.1，抗氧剂168：0.1，润滑剂PETS：0.1。
(2)将原材料从喂料口喂入，在210～250℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为2MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
对比例2
一种高强度、易电镀聚酰胺复合材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：聚酰胺树脂：70，纳米蒙脱土：5，碳酸钙：25；硅烷偶联剂：1；己内酰胺：1；引发剂：0.1；抗氧剂1010：0.1，抗氧剂168：0.1，润滑剂PETS：0.1。
(2)将原材料从喂料口喂入，在210～250℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为2MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
对比例3
一种高强度、易电镀聚酰胺复合材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：聚酰胺树脂：70，有机改性纳米蒙脱土：10，碳酸钙：20；硅烷偶联剂：1；己内酰胺：1；引发剂：0.1；抗氧剂1010：0.1，抗氧剂168：0.1，润滑剂PETS：0.1。
(2)将原材料从喂料口喂入，在210～250℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为2MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
对比例4
一种高强度、易电镀聚酰胺复合材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：聚酰胺树脂：70，碳酸钙：30；硅烷偶联剂：1；抗氧剂1010：0.1，抗氧剂168：0.1，润滑剂PETS：0.1。
(2)将原材料从喂料口喂入，在210～250℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为2MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(3)熔融段与均化段处超临界氮气温度为25℃，压力为4.0MPa。
实施例1
一种高强度、易电镀聚酰胺复合材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：聚酰胺树脂：70，有机改性纳米蒙脱土：5，碳酸钙：25；硅烷偶联剂：1；己内酰胺：1；引发剂：0.1；抗氧剂1010：0.1，抗氧剂168：0.1，润滑剂PETS：0.1。
(2)将原材料从喂料口喂入，在210～250℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为2MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(3)熔融段与均化段处超临界氮气温度为25℃，压力为4.0MPa。
实施例2
一种高强度、易电镀聚酰胺复合材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：聚酰胺树脂：70，有机改性纳米蒙脱土：10，碳酸钙：20；硅烷偶联剂：1；己内酰胺：1；引发剂：0.1；抗氧剂1010：0.1，抗氧剂168：0.1，润滑剂PETS：0.1。
(2)将原材料从喂料口喂入，在210～250℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为2MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(3)熔融段与均化段处超临界氮气温度为25℃，压力为6.0MPa。
实施例3
一种高强度、易电镀聚酰胺复合材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组分：聚酰胺树脂：80，有机改性纳米蒙脱土：10，碳酸钙：10；硅烷偶联剂：1；己内酰胺：1；引发剂：0.1；抗氧剂1010：0.1，抗氧剂168：0.1，润滑剂PETS：0.1。
(2)将原材料从喂料口喂入，在210～250℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为2MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(3)熔融段与均化段处超临界氮气温度为25℃，压力为6.0MPa。
将以上对比例及实施例所制备的高强度、易电镀聚酰胺复合材料的力学性能与耐水性能进行测试，结果如表1所示：
表1对比例和实施例所制备的聚酰胺复合材料力学性能和耐水性能测试结果
将以上对比例及实施例所制备的高强度、易电镀聚酰胺复合材料注塑成140*90*3mm的样板，将样板按照ABS电镀工艺进行电镀，评估其电镀性能及电镀结合力，其结果如表2所示。
表2
性能 说明 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 实施例1 实施例2 实施例3
电镀性能 / 电镀起泡 电镀起泡 可电镀 电镀起泡 可电镀 可电镀 可电镀
电镀结合力 N/cm 0.8 1.2 5.6 2.6 10.3 10.3 6.8
表1中，根据对比例1与对比例4的对比可以发现，超临界氮气优异的扩散性能提高了无机填充物碳酸钙和有机改性纳米蒙脱土在基体树脂中的分散性，较普通工艺降低了产品的吸水率；根据对比例1、2和实施例1、对比例3和实施例2的对比可以发现，纳米蒙脱土独特的片层结构可以协同碳酸钙进一步降低基体树脂的吸水性，在超临界技术的帮助下，有机改性的纳米蒙脱土片层在基体树脂中获得纳米尺度的分散，吸水率大大降低，力学性能得以保持。
根据表2的结果可以看出，本发明提供的高强度、易电镀聚酰胺复合材料可以按照ABS材料的电镀工艺进行电镀，不在受限于吸水率的影响，并且因为纳米蒙脱土和碳酸钙在基体树脂的良好的分散，获得了非常好的电镀结合力，较普通填充聚酰胺复合物具有显著地改善。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种高强度、易电镀的聚酰胺复合材料，其特征在于，包括按重量份数计的如下组分：
2.如权利要求1所述的高强度、易电镀的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述聚酰胺树脂为己内酰胺开环聚合制备的脂肪族聚酰胺树脂。
3.如权利要求1所述的高强度、易电镀的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述无机填充物为滑石粉、碱土金属氧化物、碱土金属碳酸盐、碱土金属硅酸盐中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的高强度、易电镀的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂的分子通式为RSiX3，其中，R为氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基或甲基丙烯酰氧基，X为可水解的硅氧基。
5.如权利要求1所述的高强度、易电镀的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述引发剂为6-氨基己酸。
6.如权利要求1所述的高强度、易电镀的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述抗氧剂包括二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]、四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的高强度、易电镀的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的润滑剂包括硅烷聚合物、固体石蜡、液体石蜡、脂肪酸盐、硬脂酸钙脂肪酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸酰胺、甲撑双硬脂酸酰胺和N，N-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的高强度、易电镀的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述有机改性纳米蒙脱土的制备方法为：将11-氨基十一酸和浓硫酸溶于80℃的水中后，加入纳米蒙脱土水分散液，在80℃下进行反应后，经过冷却、烘干、研磨和过筛，得到所述有机改性纳米蒙脱土。
9.一种如权利要求1所述的高强度、易电镀的聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将聚酰胺树脂、有机改性纳米蒙脱土、无机填充物、硅烷偶联剂、己内酰胺、引发剂、抗氧剂和润滑剂加入混合搅拌机中进行混合后，通过双螺杆挤出机进行反应挤出共混，同时在所述双螺杆挤出机的熔融段和均化段分别注入超临界流体，造粒得到所述高强度、易电镀的聚酰胺复合材料。
10.如权利要求9所述的高强度、易电镀的聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机的机筒温度为210～250℃，螺杆转速为300～600rpm；所述超临界流体为氮气；所述超临界流体温度超过23℃，压力高于3.39MPa。
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