CN108624040A - 一种发动机进气歧管用复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种发动机进气歧管用复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种发动机进气歧管用复合材料及其制备方法，原料为尼龙6、成核剂、黑色母、润滑剂、抗水解剂、热稳定剂、玻璃纤维、炭黑、MPP、SMA、云母、粉煤灰、硬脂酸锌、二氧化硅、纳米碳酸钙、滑石粉、蒙脱土、氧化锌和氨基硅油；本申请制备出的玻璃纤维增强聚酰胺复合材料适用于现有汽车发动机的进气歧管，本申请使用的原料来源稳定，原料加工工艺简单，易于产业化，适于推广应用，能够满足发动机进气歧管用纤维增强聚酰胺材料长期耐热和耐化学性的高的要求。

Description

一种发动机进气歧管用复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种发动机进气歧管用复合材料及其制备方法，可用于汽车配件或电气工业。
背景技术
基于聚酰胺的高温树脂拥有所期望的耐化学品性、可加工性和耐热性。这使它们尤其适用于高性能要求的机动车和电气/电子器件应用。在机动车领域存在对具有耐高温的聚合结构用于机动车的发动机舱区域的当前且总体的期望，在该区域内温度经常达到高于150℃，甚至高于200℃。当塑性部件长期暴露于此类高温下时，诸如在机动车发动机进气管应用中或在电气/电子器件应用中，由于聚合物的热氧化，其机械特性一般趋于降低。该现象称为热老化。
于冷却系统、加热系统、进气系统、排气系统、压力系统和燃料系统的容器或管道通常用于连接产生热量的发动机或加热装置。此外，发动机通常局限于无法快速散热的空间中。例如局限于发动机罩下的汽车发动机就是这种情况。因为在加热装置或发动机紧邻附近的高温，所以容器或管道不仅要对短期峰值温度、特别地对长期暴露于高温都必须具有良好的热稳定性。特别在长期暴露于高相对湿度、高温的情况下，制造容器或管道的材料可能经受氧化降解，从而导致可见的表面破损。另一方面，一些容器和管道被用于储存或运输液体，诸如油、燃料和加热的和冷却的液体，诸如水以及水/乙二醇混合物等。这些液体特别在高温下对用在容器或管道中的塑性材料而言是侵蚀性液体。在这样的条件下，可能发生所谓的应力破裂。因此，容器和管道还应当对这样的液体显著不可渗透，并且充分耐受所用液体，特别耐受高温下的应力破裂。
然而，现有技术的热老化特性对涉及暴露于更高温度的更高要求的应用，诸如例如在机动车发动机罩中的应用和在电气/电子器件应用中是不充足的。仍然需要适用于制造制品并在长期高温暴露后表现出良好的机械特性的低成本聚酰胺组合物。
中国专利201010605366.3公开了可用于汽车散热器罩盖的尼龙66组合物及其制备方法，采用尼龙66∶50-70、玻璃纤维25-50、抗水解剂0.1-2.0、成核剂0.1-0.5、抗氧剂0.1-0.5、润滑剂0.1-0.5，除玻璃纤维的原料按配方置于高混机中混合再加入双螺杆挤出机中，玻璃纤维从侧喂料口加入，熔融后挤出造粒即得到产品具有耐水解、耐醇解、耐高温、高流动性的特点，力学性能优异，适合用于制造汽车散热器的上下盖，但是考虑到硬度低、氧指数低、不耐低温和冲击强度低等方面，现有技术显得略有不足。
发明内容
解决的技术问题：
本申请针对现有发动机进气歧管材料的生产工艺复杂、耐热温度低和耐化学性差等技术问题，提供一种发动机进气歧管用复合材料及其制备方法。
技术方案：
一种发动机进气歧管用复合材料，原料按重量份数配比如下：尼龙6为45-85份，成核剂0.1-0.3份，黑色母0.5-2份，润滑剂0.3-3份，抗水解剂0.5-3份，热稳定剂0.1-1份，玻璃纤维10-40份，抗氧剂0.5-1份，炭黑0.5-4.5份，MPP1-5份，SMA2-4份，云母5-15份，粉煤灰1-10份，硬脂酸锌0.5-2.5份，二氧化硅1-3份，纳米碳酸钙1.5-3.5份，滑石粉2-7份，蒙脱土1-5份，氧化锌6-10份，氨基硅油1.4-1.8份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述尼龙6相对粘度为2.4-2.8。
作为本发明的一种优选技术方案：所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维，其纤维长度为3.0-4.5mm，直径为7-15μm。
作为本发明的一种优选技术方案：所述热稳定剂为有机铜化合物，优选碘化亚铜。
作为本发明的一种优选技术方案：所述润滑剂为硅酮粉、聚乙烯蜡类或EBS。
作为本发明的一种优选技术方案：所述成核剂为有机与无机的混合物，如DMDBS或德国布鲁格曼P22。
作为本发明的一种优选技术方案：所述黑色母为英国高莱黑色母，所述炭黑的原生粒径小于20nm。
作为本发明的一种优选技术方案：所述抗水解剂为位阻芳香族碳二亚胺类稳定剂采用N，N′-二(2，6-二异丙基苯基)碳二亚胺、碳化二亚胺或莱茵抗水解剂，所述莱茵抗水解剂如莱茵抗水解剂P100。
作为本发明的一种优选技术方案：所述抗氧剂采用抗氧剂1010或抗氧剂168。
作为本发明的一种优选技术方案：所述发动机进气歧管用复合材料的制备方法步骤为：
第一步：称取尼龙6、成核剂、黑色母、润滑剂、抗水解剂、热稳定剂、玻璃纤维、抗氧剂、炭黑、MPP、SMA、云母、粉煤灰、硬脂酸锌、二氧化硅、纳米碳酸钙、滑石粉、蒙脱土、氧化锌和氨基硅油；
第二步：将尼龙6、热稳定剂、成核剂、抗水解剂、黑色母和润滑剂投入混料机中搅拌均匀，搅拌时间10min；
第三步：将上述搅拌均匀的原料中加入除玻璃纤维外的剩余原料，用双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，同时在挤出过程中从双螺杆挤出机侧厢喂料口加入玻璃纤维；工艺条件为：一区220～230℃，二区230～240℃，三区230～250℃，四区240～250℃，五区240～250℃，六区240～250℃，七区240～250℃，八区240～250℃，九区240～250℃，十区240～250℃；螺杆转速为200～600转/分钟。
有益效果：
本申请所述一种发动机进气歧管用复合材料及其制备方法采用以上技术方案和现有技术相比，具有以下技术效果：1、本申请采用新的配方制备得到的汽车发动机进气管玻璃纤维复合材料具有高耐热和耐化学性的同时，也具有高流动性、尺寸稳定性；
2、本申请在原材料的选择上有新的突破，选用低粘度的尼龙6(相对粘度在2.4-2.8)和短玻璃纤维(纤维长度在3.0-4.5mm)组合使用，可以产生协同作用，较以往的中高粘度尼龙6和连续玻璃纤维来比在产品的表观上有很大改进，消除了以往产品存在的玻纤外露，产品翘曲等问题；
3、采用玻璃纤维在挤出机侧喂料的方法使玻璃纤维不易在双螺杆中被剪切过碎，让玻璃纤维在尼龙树脂中保留一定的长度(0.3-0.6mm)，并且含量均匀，使得制备出的尼龙6矿纤复合材料在机械性能上有很大的提高；
4、材料的收缩率在0.2％-0.6％，玻璃纤维长度和含量的均匀性也使得产品拥有较好的尺寸稳定性，可以广泛生产并不断代替现有材料。
具体实施方式
按以下实施例中所用的德国布鲁格曼P22由上海纽诺化工科技有限公司购得，莱茵抗水解剂采用莱茵抗水解剂P100。
实施例1：
按重量份数配比称取相对粘度2.4的尼龙6为69份；纤维长度3.0mm、直径7μm的无碱玻璃纤维30份；英国高莱黑色母0.5份；硅酮粉0.3份；成核剂德国布鲁格曼P22为0.1份；碘化亚铜0.1份，抗氧剂168为0.5份，炭黑0.5份，MPP1份，SMA2份，云母5份，粉煤灰1份，硬脂酸锌0.5份，二氧化硅1份，纳米碳酸钙1.5份，滑石粉2份，蒙脱土1份，氧化锌6份，氨基硅油1.4份。
将尼龙6、热稳定剂、成核剂、黑色母和润滑剂投入混料机，搅拌10min搅拌均匀。
将上述搅拌均匀的原料中加入除玻璃纤维外的剩余原料，用双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，同时在挤出过程中从双螺杆挤出机侧厢喂料口加入玻璃纤维；工艺条件为：一区220～230℃，二区230～240℃，三区230～250℃，四区240～250℃，五区240～250℃，六区240～250℃，七区240～250℃，八区240～250℃，九区240～250℃，十区240～250℃；螺杆转速为200转/分钟。
实施例2：
按重量份数配比称取相对粘度2.8的尼龙6为68.8重量份；纤维长度4.5mm、直径15μm的无碱玻璃纤维30重量份；碘化亚铜0.2重量份；英国高莱黑色母0.5重量份；硅酮粉0.3重量份；成核剂德国布鲁格曼P22为0.2重量份，抗氧剂168为1份，炭黑4.5份，MPP5份，SMA4份，云母15份，粉煤灰10份，硬脂酸锌2.5份，二氧化硅3份，纳米碳酸钙3.5份，滑石粉7份，蒙脱土5份，氧化锌10份，氨基硅油1.8份。
将尼龙6、热稳定剂、成核剂、黑色母和润滑剂投入混料机，搅拌10min搅拌均匀。
将上述搅拌均匀的原料中加入除玻璃纤维外的剩余原料，用双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，同时在挤出过程中从双螺杆挤出机侧厢喂料口加入玻璃纤维；工艺条件为：一区220～230℃，二区230～240℃，三区230～250℃，四区240～250℃，五区240～250℃，六区240～250℃，七区240～250℃，八区240～250℃，九区240～250℃，十区240～250℃；螺杆转速为600转/分钟。
实施例3：
按重量份数配比称取相对粘度2.6的尼龙6为68.3重量份；纤维长度3.5mm、直径11μm的无碱玻璃纤维30重量份；碘化亚铜0.3重量份；英国高莱黑色母0.5重量份；硅酮粉0.3重量份；成核剂德国布鲁格曼P22为0.1重量份；莱茵抗水解剂0.5重量份，抗氧剂1010为0.8份，原生粒径小于20nm的炭黑2.5份，MPP3份，SMA3份，云母10份，粉煤灰5份，硬脂酸锌1.5份，二氧化硅2份，纳米碳酸钙2.5份，滑石粉4.5份，蒙脱土3份，氧化锌8份，氨基硅油1.6份。
将尼龙6、热稳定剂、成核剂、抗水解剂、黑色母和润滑剂投入混料机，搅拌10min搅拌均匀。
将上述搅拌均匀的原料中加入除玻璃纤维外的剩余原料，用双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，同时在挤出过程中从双螺杆挤出机侧厢喂料口加入玻璃纤维；工艺条件为：一区220～230℃，二区230～240℃，三区230～250℃，四区240～250℃，五区240～250℃，六区240～250℃，七区240～250℃，八区240～250℃，九区240～250℃，十区240～250℃；螺杆转速为400转/分钟。
实施例4：
按重量份数配比称取相对粘度2.5的尼龙6为67.7重量份；纤维长度4mm、直径10μm的无碱玻璃纤维30重量份；碘化亚铜0.3重量份；英国高莱黑色母0.5重量份；聚乙烯蜡0.3重量份；成核剂德国布鲁格曼P22为0.2重量份；莱茵抗水解剂1.0重量份，抗氧剂1010为0.7份，原生粒径小于20nm的炭黑1.5份，MPP2份，SMA3份，云母10份，粉煤灰6份，硬脂酸锌1.5份，二氧化硅2份，纳米碳酸钙2.5份，滑石粉4份，蒙脱土3份，氧化锌8份，氨基硅油1.6份。
将尼龙6、热稳定剂、成核剂、抗水解剂、黑色母和润滑剂投入混料机中搅拌均匀，搅拌时间10min。
将上述搅拌均匀的原料中加入除玻璃纤维外的剩余原料，用双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，同时在挤出过程中从双螺杆挤出机侧厢喂料口加入玻璃纤维；工艺条件为：一区220～230℃，二区230～240℃，三区230～250℃，四区240～250℃，五区240～250℃，六区240～250℃，七区240～250℃，八区240～250℃，九区240～250℃，十区240～250℃；螺杆转速为300转/分钟。
实施例5：
按重量份数配比称取相对粘度2.7的尼龙6为64重量份；纤维长度4mm、直径12μm的无碱玻璃纤维35重量份热稳定剂为碘化亚铜0.1重量份；英国高莱黑色母0.5重量份；硅酮粉0.3重量份；成核剂德国布鲁格曼P22为0.1重量份，抗氧剂1010为0.9份，原生粒径小于20nm的炭黑3.5份，MPP1-5份，SMA3份，云母12份，粉煤灰8份，硬脂酸锌1.5份，二氧化硅2份，纳米碳酸钙3份，滑石粉6份，蒙脱土4份，氧化锌9份，氨基硅油1.7份。
将尼龙6、热稳定剂、成核剂、黑色母和润滑剂投入混料机，搅拌10min搅拌均匀。
将上述搅拌均匀的原料中加入除玻璃纤维外的剩余原料，用双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，同时在挤出过程中从双螺杆挤出机侧厢喂料口加入玻璃纤维；工艺条件为：一区220～230℃，二区230～240℃，三区230～250℃，四区240～250℃，五区240～250℃，六区240～250℃，七区240～250℃，八区240～250℃，九区240～250℃，十区240～250℃；螺杆转速为450转/分钟。
实施例6：
按重量份数配比称取相对粘度2.5的尼龙6为63.8重量份；纤维长度3.8mm、直径9μm的无碱玻璃纤维35重量份；碘化亚铜0.2重量份；英国高莱黑色母0.5重量份；硅酮粉0.3重量份；成核剂德国布鲁格曼P22为0.2重量份，抗氧剂1010为0.9份，原生粒径小于20nm的炭黑3份，MPP4份，SMA3份，云母12份，粉煤灰9份，硬脂酸锌1份，二氧化硅1.5份，纳米碳酸钙2份，滑石粉3份，蒙脱土2份，氧化锌7份，氨基硅油1.5份。
将尼龙6、热稳定剂、成核剂、黑色母和润滑剂投入混料机，搅拌10min搅拌均匀。
将上述搅拌均匀的原料中加入除玻璃纤维外的剩余原料，用双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，同时在挤出过程中从双螺杆挤出机侧厢喂料口加入玻璃纤维；工艺条件为：一区220～230℃，二区230～240℃，三区230～250℃，四区240～250℃，五区240～250℃，六区240～250℃，七区240～250℃，八区240～250℃，九区240～250℃，十区240～250℃；螺杆转速为300转/分钟。
实施例7：
按重量份数配比称取相对粘度2.7的尼龙6为63.3重量份；纤维长度4mm、直径13μm的无碱玻璃纤维35重量份；碘化亚铜0.3重量份；英国高莱黑色母0.5重量份；硅酮粉0.3重量份；成核剂德国布鲁格曼P22为0.1重量份；莱茵抗水解剂0.5重量份，抗氧剂1010为0.6份，原生粒径小于20nm的炭黑1.5份，MPP4份，SMA2.5份，云母8份，粉煤灰3份，硬脂酸锌2份，二氧化硅1.3份，纳米碳酸钙2份，滑石粉3份，蒙脱土2份，氧化锌7份，氨基硅油1.5份。
将尼龙6、热稳定剂、成核剂、抗水解剂、黑色母和润滑剂投入混料机，搅拌10min搅拌均匀。
将上述搅拌均匀的原料中加入除玻璃纤维外的剩余原料，用双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，同时在挤出过程中从双螺杆挤出机侧厢喂料口加入玻璃纤维；工艺条件为：一区220～230℃，二区230～240℃，三区230～250℃，四区240～250℃，五区240～250℃，六区240～250℃，七区240～250℃，八区240～250℃，九区240～250℃，十区240～250℃；螺杆转速为500转/分钟。
实施例8：
按重量份数配比称取相对粘度2.7的尼龙6为62.7重量份；纤维长度4.2mm、直径14μm的无碱玻璃纤维35重量份；碘化亚铜0.3重量份；英国高莱黑色母0.5重量份；聚乙烯蜡0.3重量份；成核剂德国布鲁格曼P22为0.2重量份；莱茵抗水解剂1.0重量份，抗氧剂1010为0.9份，原生粒径小于20nm的炭黑3.5份，MPP4.5份，SMA3.5份，云母9份，粉煤灰8份，硬脂酸锌0份，二氧化硅2.5份，纳米碳酸钙3份，滑石粉6份，蒙脱土4份，氧化锌9份，氨基硅油1.7份。
将尼龙6、热稳定剂、成核剂、抗水解剂、黑色母和润滑剂投入混料机，搅拌10min搅拌均匀。
将上述搅拌均匀的原料中加入除玻璃纤维外的剩余原料，用双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，同时在挤出过程中从双螺杆挤出机侧厢喂料口加入玻璃纤维；工艺条件为：一区220～230℃，二区230～240℃，三区230～250℃，四区240～250℃，五区240～250℃，六区240～250℃，七区240～250℃，八区240～250℃，九区240～250℃，十区240～250℃；螺杆转速为300转/分钟。
按照实施例中制备完成的粒料经过120℃烘干4h，然后注塑成型的试样进行性能测试，测试结果如下表所示：
实施例1-8的配方及力学性能测试结果见表1及表2：
表1实施例1-8的配方及材料性能表
各案例热老化后试验结果如下：
试验条件：150℃ 1000H；
表2
从功能试验结果，试验实施例3-6满足汽车材料标准管控要求，热老化试验结果材料性能都能保持良好。
将实施实施例4和实施例8按照上汽大众标准进行抗化学性能检测，检测标准为PV3936，试验周期：2周期；检测结果如下：
从上表中的数据可以看出，根据本发明得到的高耐热、抗化学性能的尼龙6复合材料具有较高的物理机械性能，同时经过150℃，1000h热空气老化实验后，材料仍然能够保持较好的力学性能，且材料外观没有发生明显改变，具备良好的长期耐热氧老化效果，可以广泛用于制造汽车发动机的进气管高耐热、抗化学性要求较高的零件。
以上实施例中的所有组分均可以商业购买。
上述实施例只是用于对本发明的内容进行阐述，而不是限制，因此在和本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应该认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种发动机进气歧管用复合材料，其特征在于，所述发动机进气歧管用复合材料的原料按重量份数配比如下：尼龙6为45-85份，成核剂0.1-0.3份，黑色母0.5-2份，润滑剂0.3-3份，抗水解剂0.5-3份，热稳定剂0.1-1份，玻璃纤维10-40份，抗氧剂0.5-1份，炭黑0.5-4.5份，MPP1-5份，SMA2-4份，云母5-15份，粉煤灰1-10份，硬脂酸锌0.5-2.5份，二氧化硅1-3份，纳米碳酸钙1.5-3.5份，滑石粉2-7份，蒙脱土1-5份，氧化锌6-10份，氨基硅油1.4-1.8份。
2.根据权利要求1所述的发动机进气歧管用复合材料，其特征在于，所述尼龙6相对粘度为2.4-2.8。
3.根据权利要求1所述的发动机进气歧管用复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维，其纤维长度为 3.0-4.5mm，直径为7-15μm。
4.根据权利要求1所述的发动机进气歧管用复合材料，其特征在于：所述热稳定剂为有机铜化合物，优选碘化亚铜。
5.根据权利要求1所述的发动机进气歧管用复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硅酮粉、聚乙烯蜡类或EBS。
6.根据权利要求1所述的发动机进气歧管用复合材料，其特征在于：所述成核剂为有机与无机的混合物，如DMDBS或德国布鲁格曼P22。
7.根据权利要求1所述的发动机进气歧管用复合材料，其特征在于：所述黑色母为英国高莱黑色母，所述炭黑的原生粒径小于 20nm。
8.根据权利要求1所述的发动机进气歧管用复合材料，其特征在于：所述抗水解剂为位阻芳香族碳二亚胺类稳定剂采用N,N'-二（2,6-二异丙基苯基）碳二亚胺、碳化二亚胺或莱茵抗水解剂，所述莱茵抗水解剂如莱茵抗水解剂P100。
9.根据权利要求1所述的发动机进气歧管用复合材料，其特征在于：所述抗氧剂采用抗氧剂1010或抗氧剂168。
10.一种权利要求1所述发动机进气歧管用复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：称取尼龙6、成核剂、黑色母、润滑剂、抗水解剂、热稳定剂、玻璃纤维、炭黑、MPP、SMA、云母、粉煤灰、硬脂酸锌、二氧化硅、纳米碳酸钙、滑石粉、蒙脱土、氧化锌和氨基硅油；
第二步：将尼龙 6 、热稳定剂、成核剂、抗水解剂、黑色母和润滑剂投入混料机中搅拌均匀，搅拌时间10min；
第三步：将上述搅拌均匀的原料中加入除玻璃纤维外的剩余原料，用双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，同时在挤出过程中从双螺杆挤出机侧厢喂料口加入玻璃纤维 ；工艺条件为：一区220~230℃，二区 230~240℃，三区 230~250℃，四区 240~250℃，五区 240~250℃，六区 240~250℃，七区 240~250℃，八区 240~250℃，九区 240~250℃，十区 240~250℃；螺杆转速为 200~600转/分钟。
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