CN108299822A - 一种耐油热高温蠕变的长玻璃纤维增强尼龙pa66复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐油热高温蠕变的长玻璃纤维增强尼龙pa66复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐油热高温蠕变的长玻璃纤维增强尼龙PA66复合材料及其制备方法，其组成主要包括：重量百分比计的40～50％长玻璃纤维，48～55％的低粘度改性尼龙PA66，0.5～5％的抗氧化助剂等；所述低粘度改性尼龙PA66是将已有的商品化的PA66树脂通过双螺杆挤出机，在熔融状态下均匀地浸渍长玻璃纤维表面，采用浸渍制备工艺得到长玻纤增强尼龙PA66复合材料；本发明具有如下有益效果：通过筛选合适的原料进行加工改性，使得材料具备较低熔体粘度的改性PA66，能够实现较大体积制品的良好快速成型，缩短成型周期；同时通过添加一定改性剂提升制品在高温油热环境下的耐腐蚀耐蠕变性能。

Description

一种耐油热高温蠕变的长玻璃纤维增强尼龙PA66复合材料及 其制备方法
技术领域
本发明涉及一种尼龙PA66复合材料，具体地说涉及一种耐油热高温蠕变的长玻璃纤维增强尼龙PA66复合材料及其制造方法。
背景技术
长玻纤增强尼龙树脂(PA-LGF)是一种增强纤维单向排布且其长度与树脂粒料长度相同的增强热塑性树脂。与常规短纤维增强热塑性树脂(PA-GF)相比，它具有更加优异的力学性能、耐疲劳性能等；同时高温下(250℃及以上)能保持较好的力学强度，是常规PP料等难以企及的，故能满足较多车内发动机舱零部件的性能要求，因此具有很大的市场开发和应用前景。
随着汽车工业的蓬勃发展，市场对整车发动机的动力需求和轻量化提出了更加严格的要求。采用长玻纤增强PA66材料注塑的汽车结构件适用于进气歧管，发动机罩盖，前段模块，风扇支架等的大型零件，相比金属制成的零件，单个克重可降低至原来的40％～60％，轻量化效果显著。此外，由于越来越多的车型都趋向于采用涡轮增压发动机，因此，具备高强度高耐热特点的长玻纤增强PA66材料能够充分发挥其优势，在发动机舱的油热高温环境中长期受热且不产生大幅度变形，因此受到了越来越多的青睐。
由于长玻纤增强PA66在造粒过程中，玻纤受到尼龙PA66熔体的剪切力作用，常常导致玻纤易被拉毛拉断，无法有效批量生产，而PA66粘度过低，分子量小则会导致其在长期高温耐蠕变性能受到影响；本发明重点针对耐油热高温蠕变的长玻纤增强尼龙PA66材料的具体配方设计和工艺进行了研究，并对相应的原材料进行了系统性的筛选。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐油热高温蠕变的长玻纤增强尼龙PA66复合材料，在提升其高温耐油耐蠕变性能的同时，不影响材料的挤出浸渍和造粒效果，使得制品的成型周期缩短，满足大部分主机厂对于发动机舱零部件的性能要求。
本发明的另一个目的是提供上述耐油热高温蠕变的长玻纤增强尼龙PA66复合材料的制备方法。
本发明目的是这样实现的：
一种耐油热高温蠕变的长玻纤增强尼龙PA66复合材料，其组成按重量百分比计，包括40～50％长玻璃纤维，48～55％的低粘度改性尼龙PA66，0.5～5％的抗氧化助剂。
所述改性尼龙PA66树脂是将PA66树脂原料与接枝物，过氧化物改性剂，色母粒等原料混合后，通过双螺杆挤出机等在熔融状态下均匀浸渍到长玻璃纤维表面，进而挤出切粒，所述改性尼龙PA66树脂包含以下重量百分比计的原料：
所述的POE为8碳型。
所述的POE接枝物的有效接枝活性在5％以上。
所述的BIBP过氧化物改性剂中，BIBP的有效含量在10％以上。
所述的黑色母为PA载体，粒径在0.5mm-3mm之间的色母粒，且色粉浓度在50％含量及以上。
上述耐油热高温蠕变的长玻纤增强尼龙PA66复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备改性尼龙PA66树脂：使用双组份计量称，在主进料口加入PA66树脂，在侧向进料口加入POE，POE接枝物，BIBP过氧化物改性剂，抗氧助剂，黑色母，物料混合均匀后进入双螺杆挤出机；挤出加工温度为100～300℃，喂料速度在20-50Hz，主机转速是300～500rpm。
(2)制备长玻璃纤维增强PA66材料：熔融改性PA66树脂挤出浸渍连续长玻璃纤维束，浸渍模腔的加工温度为260～320℃，采用拉挤工艺制备长玻璃纤维增强PA66材料。经水槽冷却、切粒机切粒成长度为9～12mm的长玻璃纤维增强尼龙PA66材料颗粒。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：通过筛选合适的原料进行加工改性，使得材料具备较低熔体粘度的改性PA66，能够实现较大体积制品的良好快速成型，缩短成型周期；同时通过添加一定改性剂提升制品在高温油热环境下的耐腐蚀耐蠕变性能。本发明的制品具有较好的机械力学性能，在实现零部件在发动机机舱高温环境下长期受力而无显著变形的同时，能够具备良好的耐油性，满足大部分主机厂对于发动机舱零部件的性能要求。
具体实施方式
下面通过实施例和对比例进一步说明本发明，在不违反本发明的宗旨下，本发明应不限于以下实验例具体明示的内容。
实施例所用原材料如下：
尼龙PA66树脂1(PA66-l)：相对粘度2.1，市售；
尼龙PA66树脂1(PA66-2)：相对粘度2.4，市售；
尼龙PA66树脂1(PA66-3)：相对粘度2.6，市售；
连续玻璃纤维；PPG公司IEV-4588；
POE：DOW或LG公司，8碳型；
POE接枝物：南京塑泰高分子科技有限公司；
BIBP过氧化物改性剂：烟台恒诺化工科技有限公司；
黑色母：PA载体，粒径3mm，市售；
产品性能测试方法：
密度：按1183方法，在23℃下测试。
拉伸性能：按ISO 527方法，拉伸速度5毫米/分钟。
弯曲性能：按ISO 178方法，试验速度2毫米/分钟。
缺口冲击强度：按ISO 179方法，4毫米厚试样。
耐蠕变性能：耐蠕变仪；
耐油热老化性：油浴恒温箱，100℃*1000h；
实施例1
使用带有侧向喂料口的TE-65(长径比L/D＝48)双螺杆挤出机，在主进料口加入760克尼龙树脂PA66-1，在侧进料口加入120克POE，70克POE接枝物，10克BIBP过氧化物，30克黑色母，30克抗氧剂。加工温度(从喂料口到模头)分别是：100℃，190℃，220℃，240℃，260℃，260℃，280℃，300℃，主机转速是380rpm。
经挤出机熔融反应的复合物与连续玻璃纤维采用拉挤工艺，浸渍加工温度为300℃，通过浸渍机头后冷却切粒，制成纤维重量百分含量为50％且其长度与树脂粒料长度相同的长玻纤增强PA66颗粒料，采用注塑机制备标准力学测试试样，测试结果见表1。
实施例2
使用带有侧向喂料口的TE-65(长径比L/D＝48)双螺杆挤出机，在主进料口加入760克尼龙树脂PA66-2，在侧进料口加入120克POE，70克POE接枝物，10克BIBP过氧化物，30克黑色母，30克抗氧剂。加工温度(从喂料口到模头)分别是：100℃，190℃，220℃，240℃，260℃，260℃，280℃，300℃，主机转速是380rpm。
经挤出机熔融反应的复合物与连续玻璃纤维采用拉挤工艺，浸渍加工温度为300℃，通过浸渍机头后冷却切粒，制成纤维重量百分含量为50％且其长度与树脂粒料长度相同的长玻纤增强PA66颗粒料，采用注塑机制备标准力学测试试样，测试结果见表1。
实施例3
使用带有侧向喂料口的TE-65(长径比L/D＝48)双螺杆挤出机，在主进料口加入760克尼龙树脂PA66-3，在侧进料口加入120克POE，70克POE接枝物，10克BIBP过氧化物，30克黑色母，30克抗氧剂。加工温度(从喂料口到模头)分别是：100℃，190℃，220℃，240℃，260℃，260℃，280℃，300℃，主机转速是380rpm。
经挤出机熔融反应的复合物与连续玻璃纤维采用拉挤工艺，浸渍加工温度为300℃，通过浸渍机头后冷却切粒，制成纤维重量百分含量为50％且其长度与树脂粒料长度相同的长玻纤增强PA66颗粒料，采用注塑机制备标准力学测试试样，测试结果见表1。
实施例4
使用带有侧向喂料口的TE-65(长径比L/D＝48)双螺杆挤出机，在主进料口加入760克尼龙树脂PA66-2，在侧进料口加入140克POE，80克POE接枝物，16克BIBP过氧化物，40克黑色母，30克抗氧剂。加工温度(从喂料口到模头)分别是：100℃，190℃，220℃，240℃，260℃，260℃，280℃，300℃，主机转速是380rpm。
经挤出机熔融反应的复合物与连续玻璃纤维采用拉挤工艺，浸渍加工温度为300℃，通过浸渍机头后冷却切粒，制成纤维重量百分含量为50％且其长度与树脂粒料长度相同的长玻纤增强PA66颗粒料，采用注塑机制备标准力学测试试样，测试结果见表1。
实施例5
使用带有侧向喂料口的TE-65(长径比L/D＝48)双螺杆挤出机，在主进料口加入606克尼龙树脂PA66-1，在侧进料口加入200克POE，100克POE接枝物，20克BIBP过氧化物，40克黑色母，30克抗氧剂。加工温度(从喂料口到模头)分别是：100℃，190℃，220℃，240℃，260℃，260℃，280℃，300℃，主机转速是380rpm。
经挤出机熔融反应的复合物与连续玻璃纤维采用拉挤工艺，浸渍加工温度为300℃，通过浸渍机头后冷却切粒，制成纤维重量百分含量为50％且其长度与树脂粒料长度相同的长玻纤增强PA66颗粒料，采用注塑机制备标准力学测试试样，测试结果见表1。
表1：性能测试结果
由上表可见，相比于粘度2.1和2.6的基料，2.4粘度的材料耐油热老化和拉伸蠕变保有率相对较优，综合性能良好，说明在该粘度下，PA66-LGF50材料的分子链与玻纤的表面具有紧密的相容性；在相同2.4粘度PA66料制备的材料中，BIBP过氧化物的用量从0.5％增加到1.0％，制品的耐油热老化和拉伸蠕变出现明显提高，说明过氧化物能够捕捉自由基，延缓PA66树脂的衰老，对其分子链间的补强，缓解驰豫具有明显作用。
本发明重点针对耐油热高温蠕变的长玻纤增强尼龙PA66材料的具体配方设计和工艺进行了研究，并对相应的原材料进行了系统性的筛选。解决了长玻纤增强PA66在造粒过程中，无法兼顾低分子量流动性和高分子耐油耐蠕变特性的难题。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：通过筛选合适的原料进行加工改性，使得材料具备较低熔体粘度的改性PA66，能够实现较大体积制品的良好快速成型，缩短成型周期；同时通过添加一定改性剂提升制品在高温油热环境下的耐腐蚀耐蠕变性能。本发明的制品具有较好的机械力学性能，在实现零部件在发动机机舱高温环境下长期受力而无显著变形的同时，能够具备良好的耐油性，满足大部分主机厂对于发动机舱零部件的性能要求。
通过本发明得到的塑料产品可广泛应用于汽车工业中需要进行耐高温油热性能的长玻纤增强尼龙PA66零件，具有显著轻质高强高耐热，大大响应了国家的轻量化和节能减排号召，市场应用前景广阔。

Claims (7)

1.一种耐油热高温蠕变的长玻纤增强尼龙PA66复合材料，其特征在于：其组成按重量百分比计，包括40～50％长玻璃纤维，48～55％的低粘度改性尼龙PA66，0.5～5％的抗氧化助剂；
所述改性尼龙PA66树脂是将PA66树脂原料与接枝物，过氧化物改性剂，色母粒等原料混合后，通过双螺杆挤出机等在熔融状态下均匀浸渍到长玻璃纤维表面，进而挤出切粒，所述改性尼龙PA66树脂包含以下重量百分比计的原料：
2.根据权利要求1所述的一种耐油热高温蠕变的长玻纤增强尼龙PA66复合材料，其特征在于：所述PA66树脂的相对粘度为：2.1～2.6。
3.根据权利要求1所述的一种耐油热高温蠕变的长玻纤增强尼龙PA66复合材料，其特征在于：所述的POE为8碳型。
4.根据权利要求1所述的一种耐油热高温蠕变的长玻纤增强尼龙PA66复合材料，其特征在于：所述的POE接枝物的有效接枝活性在5％以上。
5.根据权利要求1所述的一种耐油热高温蠕变的长玻纤增强尼龙PA66复合材料，其特征在于：所述的BIBP过氧化物改性剂中，BIBP的有效含量在10％以上。
6.根据权利要求1所述的一种耐油热高温蠕变的长玻纤增强尼龙PA66复合材料，其特征在于：所述的黑色母为PA载体，粒径在0.5mm-3mm之间的色母粒，且色粉浓度在50％含量及以上。
7.权利要求1-6任意之一所述耐油热高温蠕变的长玻纤增强尼龙PA66复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)制备改性尼龙PA66树脂：使用双组份计量称，在主进料口加入PA66树脂，在侧向进料口加入POE，POE接枝物，BIBP过氧化物改性剂，抗氧助剂，黑色母，物料混合均匀后进入双螺杆挤出机；挤出加工温度为100～300℃，喂料速度在20-50Hz，主机转速是300～500rpm；
(2)制备长玻璃纤维增强PA66材料：熔融改性PA66树脂挤出浸渍连续长玻璃纤维束，浸渍模腔的加工温度为260～320℃，采用拉挤工艺制备长玻璃纤维增强PA66材料。经水槽冷却、切粒机切粒成长度为9～12mm的长玻璃纤维增强尼龙PA66材料颗粒。
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