CN108587151A - 一种应用在汽车冷却系统耐醇解尼龙材料及其制备方法 - Google Patents

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颜瑞祥
蔡青
陈永东
周文
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Abstract

本发明公开了一种应用在汽车冷却系统耐醇解尼龙材料及其制备方法，其包括以下按重量百分比计的原料：尼龙47～90％％；耐醇解玻璃纤维10～50％；耐醇解助剂0.5～2％；润滑剂以及抗氧剂0～1％。与现有技术相比，本发明的优势在于：本发明通过乙烯与马来酸酐的共聚物带有的多个活性官能团分别与玻纤表面的活性官能团和尼龙分子链的末端官能团反应，增加尼龙与玻纤的界面结合力，将有效提高复合材料的耐醇解性能。

Description

一种应用在汽车冷却系统耐醇解尼龙材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及到尼龙材料在汽车冷却系统和水室的应用，通过从产品配方的角度进行设计，赋予复合材料优异的力学性能、尺寸稳定性和耐醇解性能，以满足其在汽车水室和冷却系统对于尼龙材料的性能要求。
背景技术
随着汽车工业的迅速发展，汽车的轻量化、以塑代钢成为汽车材料发展方向，越来越多的汽车零部件用塑料代替金属。汽车水室是由散热器芯、进水室和出水室等三部分构成，在散热器芯的外部是空气在流动，冷却液在散热器芯内部流动，热的冷却液通过向空气散热而降温，汽车水室是一种要接触到冷却液的环境，因此用作汽车水室的材料必须能够耐乙二醇和其它化学品的侵蚀，保证零件在高低温冷却液的环境中不发生破坏，并且材料还要有足够高的力学性能和尺寸稳定性，避免零件在装配的过程中发生开裂。
尼龙材料有优异的力学性能、热性能、耐化学性能等优异的性能，但是尼龙有酰胺基，酰胺键在水和醇的环境中容易发生水解或醇解反应限制了尼龙材料在某些特殊环境中的应用。玻纤有比较高的强度、抗化学性、热稳定性、电绝缘性，在改性塑料中作为一种增强材料可以增加塑料的力学性能、热性能、耐化学性等性能，玻纤在尼龙改性中的应用可以增加尼龙材料的力学性能、耐化学性等性能，赋予尼龙材料更加优异的性能，以满足在一些特殊环境中的应用，但是由于玻纤和尼龙的界面结合力主要是依靠玻纤表面的硅烷偶联剂的极性分子和尼龙末端官能团的反应和物理吸附增加两者的界面结合力，但是目前市场上主要应用的玻纤和尼龙材料的界面结合力弱，在某些特殊的环境中，比如乙二醇的环境中，界面比较容易被高温下的乙二醇破坏，从而使复合材料的力学性能降低。因此，如何保护酰胺键避免被破坏，如何增加玻纤与尼龙树脂的界面结合力，将对增加玻纤增强尼龙材料的性能，扩大尼龙材料的应用领域有积极的作用。
发明内容
本发明提供了一种应用在汽车冷却系统耐醇解尼龙材料的制备方法，实现了其在汽车中水室和冷却系统中的应用，选择直径7微米的耐醇解玻纤，直径小，比表面积大，增加了尼龙与玻纤的界面结合力，并且通过引入一种乙烯和马来酸酐的共聚物与尼龙末端的胺基反应形成一种微交联的结构可以起到对胺基的保护作用，利用耐醇解助剂一个分子链多个马来酸酐活性官能团的特点，多个官能团分别于尼龙末端的胺基和玻纤表面偶联剂的极性官能团反应可以增加玻纤与尼龙材料的界面结合力，从而增加复合材料的力学性能和耐醇解性能。
本发明为解决所提出的技术问题，采用的技术方案为：
一种应用在汽车冷却系统耐醇解尼龙材料，其包括以下按重量百分比计的原料：
所述尼龙可以是PA6、PA66、回收PA6、PA66、PA66和PA6的共聚物、PA610、PA612中的一种。
所述的耐醇解玻璃纤维是一种直径是7μm的短切玻纤，在玻纤生产过程中通过对玻纤表面进行处理，赋予玻纤以及复合材料的耐水解功能。
所述的耐醇解助剂是一种乙烯和马来酸酐1:1的交替共聚物，一个分子链上有200多个活性反应官能团，马来酸酐可以与尼龙末端官能团反应，使尼龙形成一种微交联的结构，并且还可以与玻纤表面偶联剂的活性官能团反应，增加玻纤与尼龙的界面结合力。
所述的润滑剂是硅酮粉和聚酰胺蜡的1：1的混合物，起到分散玻纤，解决浮纤的作用。
所述的抗氧剂是溴化钾、碘化钾、碘化亚铜、氧化亚铜及其混合物。。
本发明提供一种应用在汽车冷却系统耐醇解尼龙材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方比例称取干燥后的各种原料；将尼龙、抗氧剂、润滑剂和耐醇解助剂通过高速搅拌机然混合均匀，备用，按照配比称取耐醇解玻纤，备用；
(2)将上述尼龙混合原料通过双螺杆挤出机的主喂料口加入，耐醇解玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到所述的复合材料。
与现有技术相比，本发明的优势在于：选择一种直径比较小的玻纤，这样可以增加玻纤与尼龙树脂的界面结合力，并且通过乙烯与马来酸酐的共聚物带有的多个活性官能团与尼龙分子链末端的官能团反应，形成一种微交联的结构，起到保护分子链的作用，玻纤增强尼龙复合材料在高温冷冻液导致材料失效的主要原因是乙二醇分子破坏玻纤与尼龙材料的界面，从而导致复合材料性能的下降，玻纤增强尼龙材料界面结合强度的提高赋予其优异的耐醇解性能，本发明通过乙烯与马来酸酐的共聚物带有的多个活性官能团分别与玻纤表面的活性官能团和尼龙分子链的末端官能团反应，增加尼龙与玻纤的界面结合力，将有效提高复合材料的耐醇解性能。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚，下面将结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的实施例采用下列物料：
PA66FYR27D，中国神马集团有限责任公司；
PA6MF800,江苏瑞美福实业有限公司；
PA6-PCR废旧地毯回收PA6，WELLMAN Plastics Recycling，LLC
PA66-PCR废旧地毯回收PA66，WELLMAN Plastics Recycling，LLC
耐醇解玻纤：301HP，直径10μm，重庆国际复合材料有限公司
耐醇解玻纤：301HP(E)，直径7μm，重庆国际复合材料有限公司
耐醇解助剂乙烯和马来酸酐共聚物，市售；
润滑剂：硅酮粉，工业级，市售；
润滑剂：聚酰胺蜡，工业级，市售；
抗氧剂：TP-8017，德国Bruggolite公司；
产品性能测试方法：
拉伸性能：按ISO527方法，样条尺寸：170*10*4mm，试验速度5mm/min。
弯曲性能：按ISO178方法，样条尺寸：80*10*4mm，试验速度2mm/min。
缺口冲击性能：按ISO 180方法，样条尺寸：80*10*4mm。
耐醇解性能：将标准测试样条放置125℃的防冻液中，持续放置1000h，测试拉伸、缺口冲击强度性能，与标准条件下数据对比，计算保持率。
实施例1：
称取PA66 3.425kg，于100℃下烘料4h，耐醇解助剂25g，抗氧剂25g，润滑剂25g在高速搅拌机中混合均匀，得到树脂混合物，备用；
称取称取耐醇解玻纤301HP(E)1.5kg，备用。
将上述树脂混合物通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝36)中，耐醇解玻纤通过侧喂料口加入到双螺杆挤出机，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为360r/min，料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH)状态调节24h后进行测试，耐醇解测试是将标准样条置于耐醇解实验环境中按照实验要求处理，处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50％RH)放置24小时后进行测试，以上测试结果见表1。
实施例2：
称取PA66 3.175kg，于100℃下烘料4h，耐醇解助剂25g，抗氧剂25g，润滑剂25g在高速搅拌机中混合均匀，得到树脂混合物，备用；
称取称取耐醇解玻纤301HP(E)1.75kg，备用。
将上述树脂混合物通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝36)中，耐醇解玻纤通过侧喂料口加入到双螺杆挤出机，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为360r/min，料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH)状态调节24h后进行测试，耐醇解测试是将标准样条置于耐醇解实验环境中按照实验要求处理，处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50％RH)放置24小时后进行测试，以上测试结果见表1。
实施例3：
称取PA6 3.425kg，于100℃下烘料4h，耐醇解助剂25g，抗氧剂25g，润滑剂25g在高速搅拌机中混合均匀，得到树脂混合物，备用；
称取称取耐醇解玻纤301HP(E)1.5kg，备用。
将上述树脂混合物通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝36)中，耐醇解玻纤通过侧喂料口加入到双螺杆挤出机，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为360r/min，料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH)状态调节24h后进行测试，耐醇解测试是将标准样条置于耐醇解实验环境中按照实验要求处理，处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50％RH)放置24小时后进行测试，以上测试结果见表1。
实施例4：
称取PA6-PCR 3.425kg，于100℃下烘料4h，耐醇解助剂25g，抗氧剂25g，润滑剂25g在高速搅拌机中混合均匀，得到树脂混合物，备用；
称取称取耐醇解玻纤301HP(E)1.5kg，备用。
将上述树脂混合物通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝36)中，耐醇解玻纤通过侧喂料口加入到双螺杆挤出机，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为360r/min，料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH)状态调节24h后进行测试，耐醇解测试是将标准样条置于耐醇解实验环境中按照实验要求处理，处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50％RH)放置24小时后进行测试，以上测试结果见表1。
实施例5：
称取PA66-PCR 3.425kg，于100℃下烘料4h，耐醇解助剂25g，抗氧剂25g，润滑剂25g在高速搅拌机中混合均匀，得到树脂混合物，备用；
称取称取耐醇解玻纤301HP(E)1.5kg，备用。
将上述树脂混合物通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝36)中，耐醇解玻纤通过侧喂料口加入到双螺杆挤出机，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为360r/min，料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH)状态调节24h后进行测试，耐醇解测试是将标准样条置于耐醇解实验环境中按照实验要求处理，处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50％RH)放置24小时后进行测试，以上测试结果见表1。
比较例1：
称取PA66 3.425kg，于100℃下烘料4h，抗氧剂25g，润滑剂25g在高速搅拌机中混合均匀，得到树脂混合物，备用；
称取称取耐醇解玻纤301HP 1.5kg，备用。
将上述树脂混合物通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝36)中，耐醇解玻纤通过侧喂料口加入到双螺杆挤出机，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为360r/min，料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH)状态调节24h后进行测试，耐醇解测试是将标准样条置于耐醇解实验环境中按照实验要求处理，处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50％RH)放置24小时后进行测试，以上测试结果见表1。
比较例2：
称取PA66 3.425kg，于100℃下烘料4h，耐醇解助剂25g，抗氧剂25g，润滑剂25g在高速搅拌机中混合均匀，得到树脂混合物，备用；
称取称取耐醇解玻纤301HP 1.5kg，备用。
将上述树脂混合物通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝36)中，耐醇解玻纤通过侧喂料口加入到双螺杆挤出机，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为360r/min，料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH)状态调节24h后进行测试，耐醇解测试是将标准样条置于耐醇解实验环境中按照实验要求处理，处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50％RH)放置24小时后进行测试，以上测试结果见表1。
比较例3：
称取PA66 3.425kg，于100℃下烘料4h，抗氧剂25g，润滑剂25g在高速搅拌机中混合均匀，得到树脂混合物，备用；
称取称取耐醇解玻纤301HP(E)1.5kg，备用。
将上述树脂混合物通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝36)中，耐醇解玻纤通过侧喂料口加入到双螺杆挤出机，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为360r/min，料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH)状态调节24h后进行测试，耐醇解测试是将标准样条置于耐醇解实验环境中按照实验要求处理，处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50％RH)放置24小时后进行测试，以上测试结果见表1。
表1：性能测试结果。
从表中所示数据可以看出，相同玻纤含量的耐醇解玻纤301HP(E)比301HP材料的力学性能高，经过125℃/1000h的耐醇解实验后，力学性能的保持率也高，这是由于301HP(E)的玻纤直径小，与尼龙树脂的界面结合力高的作用，通过比较例1和比较例2对比可以发现，耐醇解助剂对于提升尼龙材料的经过耐醇解老化后的保持率有积极的作用，通过实施例1-5可以发现，该方法对于PA6、PA66、PA6-PCR、PA66-PCR等材料均有效果，通过该方法有效的提升了尼龙材料的耐醇解性能，材料性能可以满足各主机厂的要求，材料成功应用于汽车冷却系统和水室。

Claims (7)

1.一种应用在汽车冷却系统耐醇解尼龙材料，其特征在于：包括以下按重量百分比计的原料：
2.根据权利要求1所述的一种应用在汽车冷却系统耐醇解尼龙材料，其特征在于：所述尼龙可以是PA6、PA66、回收PA6、PA66、PA66和PA6的共聚物、PA610、PA612中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种应用在汽车冷却系统耐醇解尼龙材料，其特征在于：所述的耐醇解玻璃纤维为直径是7μm的短切玻纤。
4.根据权利要求1所述的一种应用在汽车冷却系统耐醇解尼龙材料，其特征在于：所述的耐醇解助剂是一种乙烯和马来酸酐1:1的交替共聚物。
5.根据权利要求1所述的一种应用在汽车冷却系统耐醇解尼龙材料，其特征在于：所述的润滑剂是硅酮粉和聚酰胺蜡的1：1的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种应用在汽车冷却系统耐醇解尼龙材料，其特征在于：所述的抗氧剂是溴化钾、碘化钾、碘化亚铜、氧化亚铜中的一种或者几种的混合物。
7.权利要求1-6任意之一所述应用在汽车冷却系统耐醇解尼龙材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按配方比例称取干燥后的各种原料；将尼龙、抗氧剂、润滑剂和耐醇解助剂通过高速搅拌机然混合均匀，备用，按照配比称取耐醇解玻纤，备用；
(2)将上述尼龙混合原料通过双螺杆挤出机的主喂料口加入，耐醇解玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到所述的复合材料。
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