CN108795031B - 一种高性能pa6复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高性能pa6复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高性能PA6复合材料及其制备方法，按重量份由以下组分制成：PA6为80份‑100份；改性硅灰石为10份‑16份；抗氧剂为0.1份‑0.5份。用本技术合成改性硅灰石来改性PA6物理性能要好于直接用硅灰石共混改性PA6，改性硅灰石作为硅灰石粒子的有效载体能够使其更均匀地分散在PA6基体中；硅灰石粒子和EVA橡胶之间形成了某种特殊的包藏结构,这种包藏结构的复合粒子更容易发挥硅灰石粒子和EVA橡胶的协同作用，使PA6基体发生脆韧转变，提高PA6的物理性能。

Description

一种高性能PA6复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别是指一种高性能PA6复合材料及其制备方法。
背景技术
聚酰胺6（PA6）作为常见的热塑性塑料，应用十分广泛。但是随着科技的发展，在一些特定的领域，人们对PA6材料的性能要求，尤其是物理性能要求越来越高，这大大限制了PA6复合材料在这些特定领域上的应用。
鉴于此原因，本技术方案创新地合成了一种改性硅灰石，用它来改性PA6复合材料的物理性能，该方法至今尚未见于报道，这大大扩展了PA6复合材料的应用范围，具有非常现实的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能PA6复合材料及其制备方法，以解决普通PA6的性能不能满足某些特定需要的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高性能PA6复合材料，按重量份由以下组分制成：
PA6 80份-100份；
改性硅灰石 10份-16份；
抗氧剂 0.1份-0.5份。
所述改性硅灰石制备方法，包括如下步骤：
（1）称取一定量的EVA乳液、α-磺基脂肪酸甲酯、去离子水，放入反应器皿中，常温下反应搅拌反应1-3h，得溶液A；
（2）称取一定量的溶液A、硅灰石粉体、氯化钙、乙二醇丁醚放入反应器皿中，40-60℃下反应2-4h，冷却，过滤，干燥得改性硅灰石。
步骤（1）中的EVA乳液、α-磺基脂肪酸甲酯、去离子水的质量比为（400-600）：（3-5）：（100-160）。
步骤（2）中的溶液A、硅灰石粉体、氯化钙、乙二醇丁醚的质量比为（20-30）：（60-80）：（1-3）：（2-4）。
所述抗氧剂为巴斯夫公司的三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯或1，3，5-三甲基-2，4，6-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基）苯中的一种或几种的混合。
上述任一项高性能PA6复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取80份-100份的PA6、10份-16份改性硅灰石、0.1份-0.5份抗氧剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将步骤（1）中得到的混合料挤出造粒，即得到PA6复合材料。
所述步骤（2）具体为：将步骤（1）中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PA6复合材料，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度200～220℃，二区温度260～280℃，三区温度260～280℃，四区温度260～280℃，五区温度260～280℃，六区温度260～280℃，机头温度260～280℃,螺杆转速200～280r/min。
本发明的有益效果是：
1、当EVA乳液和硅灰石混合后,EVA乳液中的COO-和硅灰石表面的Ca2+发生正负离子键合作用，乳液破乳并聚集到硅灰石粒子周围形成一定大小的初级粒子，同时硅灰石粒子的隔离作用使改性硅灰石复合粒子的粒径稳定在特定范围。
2、本技术创造性使用了氯化钙、乙二醇丁醚复配来做为破乳剂，比单一使用氯化钙或乙二醇丁醚效果要好。
3、用本技术合成改性硅灰石来改性PA6物理性能要好于直接用硅灰石共混改性PA6，原因有以下几点：①本发明中的改性硅灰石作为硅灰石粒子的有效载体能够使其更均匀地分散在PA6基体中。②硅灰石粒子和EVA橡胶之间形成了某种特殊的包藏结构,这种包藏结构的复合粒子更容易发挥硅灰石粒子和EVA橡胶的协同作用，使PA6基体发生脆韧转变，提高PA6的物理性能。
4、本技术方案的PA6物理性能优异，加工工序简单，具有很大的推广意义。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本申请的实施例中所用的原料如下：
PA6(型号CM1017)，日本东丽；EVA乳液，实验室自备；α-磺基脂肪酸甲酯，山东宝利莱公司；去离子水，上海联试化工试剂有限公司；硅灰石粉体，新余东辉矿业有限公司；氯化钙，廊坊亚太龙兴化工有限公司；乙二醇丁醚，济南文泰化工有限公司；抗氧剂（型号Irganox168、Irganox1010、Irganox1330），瑞士汽巴精化。
本申请所用的测试仪器如下：
ZSK30型双螺杆挤出机，德国W&P公司；JL-1000型拉力试验机，广州市广才实验仪器公司生产；HTL900-T-5B型注射成型机，海太塑料机械有限公司生产；XCJ-500型冲击测试机，承德试验机厂生产；QT-1196型拉伸测试仪，东莞市高泰检测仪器有限公司；QD-GJS-B12K型高速搅拌机，北京恒奥德仪器仪表有限公司。
本申请提供一种高性能PA6复合材料，按重量份由以下组分制成：
PA6 80份-100份；
改性硅灰石 10份-16份；
抗氧剂 0.1份-0.5份。
所述改性硅灰石制备方法，包括如下步骤：
（1）称取一定量的乙烯-乙酸乙烯酯乳液（EVA乳液）、α-磺基脂肪酸甲酯、去离子水，放入反应器皿中，常温下反应搅拌反应1-3h，得溶液A；EVA乳液、α-磺基脂肪酸甲酯、去离子水的质量比为（400-600）：（3-5）：（100-160）。
（2）称取一定量的溶液A、硅灰石粉体、氯化钙、乙二醇丁醚放入反应器皿中，40-60℃下反应2-4h，冷却，过滤，干燥得改性硅灰石。
步骤（2）中的溶液A、硅灰石粉体、氯化钙、乙二醇丁醚的质量比为（20-30）：（60-80）：（1-3）：（2-4）。
所述的抗氧剂为巴斯夫公司的三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯（简称Irganox168）、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（简称Irganox1010）或1，3，5-三甲基-2，4，6-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基）苯（简称Irganox1330）中的一种或几种的混合。
上述任一项高性能PA6复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取80份-100份的PA6、10份-16份改性硅灰石、0.1份-0.5份抗氧剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将步骤（1）中得到的混合料挤出造粒，即得到PA6复合材料。
所述步骤（2）具体为：将步骤（1）中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PA6复合材料，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度200～220℃，二区温度260～280℃，三区温度260～280℃，四区温度260～280℃，五区温度260～280℃，六区温度260～280℃，机头温度260～280℃,螺杆转速200～280r/min。
实施例1
（1）称取80份PA6、10份改性硅灰石、0.1份Irganox168混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将步骤（1）中得到的混合料挤出造粒，即得到PA6复合材料P1。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度200℃，二区温度260℃，三区温度260℃，四区温度260℃，五区温度260℃，六区温度260℃，机头温度260℃；螺杆转速200r/min。
实施例2
（1）称取100份PA6、16份改性硅灰石、0.1份Irganox168、0.2份Irganox1330、0.2份Irganox1010混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将步骤（1）中得到的混合料挤出造粒，即得到PA6复合材料P2。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度220℃，二区温度280℃，三区温度280℃，四区温度280℃，五区温度280℃，六区温度280℃，机头温度280℃；螺杆转速280r/min。
实施例3
（1）称取90份PA6、13份改性硅灰石、0.1份Irganox168、0.2份Irganox1010、混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将步骤（1）中得到的混合料挤出造粒，即得到PA6复合材料P3。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度210℃，二区温度270℃，三区温度270℃，四区温度270℃，五区温度270℃，六区温度270℃，机头温度270℃；螺杆转速240r/min。
实施例4
（1）称取95份PA6、15份改性硅灰石、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox1330混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将步骤（1）中得到的混合料挤出造粒，即得到PA6复合材料P4。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度215℃，二区温度270℃，三区温度270℃，四区温度270℃，五区温度270℃，六区温度270℃，机头温度270℃；螺杆转速250r/min。
实施例5
（1）称取82份PA6、12份改性硅灰石、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将步骤（1）中得到的混合料挤出造粒，即得到PA6复合材料P5。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度205℃，二区温度275℃，三区温度275℃，四区温度275℃，五区温度275℃，六区温度275℃，机头温度275℃；螺杆转速255r/min。
对比例1
（1）称取65份PA6、12份硅灰石、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将步骤（1）中得到的混合料挤出造粒，即得到PA6复合材料D1。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度215℃，二区温度265℃，三区温度265℃，四区温度265℃，五区温度265℃，六区温度265℃，机头温度265℃；螺杆转速255r/min。
性能测试：
将上述实施例1-5及对比例1制备的PA6复合材料用注塑机制成样条测试，测试数据如下表：
测试项目 测试标准 单位 P1 P2 P3 P4 P5 D1
拉伸强度 ASTM D638 MPa 91.2 86.2 90.5 87.9 88.7 78.3
弯曲模量 ASTM D790 MPa 3400 3510 3490 3450 3380 3050
悬臂梁缺口冲击强度 ASTM D256 kJ/m<sup>2</sup> 4.4 5.3 4.6 5.1 4.5 3.5
从表中还可以看出实施例1-5的物理性能都要好于对比例1。这大大扩展了PA6复合材料的应用领域，具有非常重要的意义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (4)

1.一种高性能PA6复合材料，其特征在于，按重量份由以下组分制成：
PA6 80份-100份；
改性硅灰石 10份-16份；
抗氧剂 0.1份-0.5份；
所述改性硅灰石制备方法，包括如下步骤：
（1）称取一定量的EVA乳液、α-磺基脂肪酸甲酯、去离子水，放入反应器皿中，常温下搅拌反应1-3h，得溶液A；
（2）称取一定量的溶液A、硅灰石粉体、氯化钙、乙二醇丁醚放入反应器皿中，40-60℃下反应2-4h，冷却，过滤，干燥得改性硅灰石；
步骤（1）中的EVA乳液、α-磺基脂肪酸甲酯、去离子水的质量比为（400-600）：（3-5）：（100-160）；
步骤（2）中的溶液A、硅灰石粉体、氯化钙、乙二醇丁醚的质量比为（20-30）：（60-80）：（1-3）：（2-4）。
2.根据权利要求1所述的高性能PA6复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为巴斯夫公司的三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯或1，3，5-三甲基-2，4，6-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基）苯中的一种或几种的混合。
3.上述权利要求1至2中任一项高性能PA6复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）称取80份-100份的PA6、10份-16份改性硅灰石、0.1份-0.5份抗氧剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将步骤（1）中得到的混合料挤出造粒，即得到PA6复合材料。
4.根据权利要求3所述的高性能PA6复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）具体为：将步骤（1）中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PA6复合材料，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度200～220℃，二区温度260～280℃，三区温度260～280℃，四区温度260～280℃，五区温度260～280℃，六区温度260～280℃，机头温度260～280℃,螺杆转速200～280r/min。
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