CN108912673A - 一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物，包含聚酰胺(A)、短切碳纤维(B)、芳纶纤维(C)、抗冲及相容改性剂（D）和其他添加剂(E)。所述的聚酰胺添加量为35‑90wt.%，所述的短切碳纤维为5‑40 wt.%，所述的芳纶纤维含量为5‑25 wt.%，所述的抗冲及相容改性剂为0.2‑5 wt.%，以及任选地包含至少0.1份抗氧剂等添加剂。制备方法具体包括以下步骤：先将芳纶纤维通过表面处理工艺上浆固化切粒；再将组合物A、D、E经过高速混匀熔融挤出，加入B和C，烘干后注塑成型。本发明中碳纤维和芳纶纤维的复合可使材料在达到较高强度的同时保持较高的韧性，且仍保持较好的耐磨性。
Description
技术领域
本发明属于高分子塑料改性技术领域，具体涉及一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物。
背景技术
芳纶纤维是一种新型的高科技有机合成纤维，具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸耐碱以及重量轻等优异性能，即便在560°C的高温也不分解不熔化；此外，芳纶纤维还具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。
尼龙本身是性能优异的工程塑料，在通用工程塑料中产量最大、品种最多、应用最广，但尼龙吸湿性大、制品尺寸稳定性差、强度及硬度也远不如金属。碳纤维是含碳量90%以上的纤维状碳素材料，比重不到钢的1/4，抗拉强度是钢的7-9倍，即使处于2000℃的高温惰性环境也不会降低强度，兼具质量轻、强度高、可设计性强、阻尼高、耐高温、耐腐蚀、耐冲击等优异特性。采用碳纤维增强尼龙材料可兼得二者的优越性，具有耐磨、强度高 、刚性高、热稳定性高、高温蠕变小、尺寸精度好、阻尼性优良等特点。
碳纤维增强尼龙材料可作为高强度耐磨材料替代传统的金属材料，在齿轮、网球拍、燃料箱、机器人手臂、火箭发射筒、飞机发动机部件等领域有较为广泛的应用。然而，碳纤维增强材料本身刚性较高、韧性较低，通常为脆性断裂，限制了其在机械结构上的广泛应用。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物，碳纤维和芳纶纤维的复合可使材料在达到较高强度的同时保持较高的韧性，且仍保持较好的耐磨性。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物，其特征在于：包含：聚酰胺(A)、短切碳纤维(B)、芳纶纤维 (C)、抗冲及相容改性剂（D）和其他添加剂(E)。
所述的聚酰胺添加量为35-90wt.%，所述的短切碳纤维为5-40 wt.%，所述芳纶纤维含量为5-25 wt.%，所述的抗冲及相容改性剂为0.2-5 wt.% ，以及任选地包含至少0.1份抗氧剂以及其他添加剂。
本发明所述的一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物的制备方法是：
1）芳纶纤维通过表面处理工艺上浆固化切粒。
将芳纶纤维卷通过设备浸入含上浆剂的容器中，随后经过加热烘干切粒。上浆剂为混合物，含80%市售恒神公司热塑性上浆剂，20%碳纳米管（CNT）浆液，混合均匀，碳纳米管（CNT）浆液含30%碳纳米管粉，及70%水。
2）组合物A、D、E经过高速混匀后，经双(或单)螺杆挤出进行熔融挤出，B和C分别从4区和7区加入。挤出温度为230～300℃，粒料在90~110℃烘箱中干燥4小时，然后通过注塑成型，测试物理性能及表面效果。
本发明所述组分A可以是一种聚酰胺或聚酰胺组合物，包括PA6、PA66、PA46、PA6T、PA9T、PA6I、MXD6、PA11、PA12、PA612等。
本发明所述的组分B短切碳纤维，包含聚丙烯腈基的短切碳纤维或沥青基的短切碳纤维。
本发明所述组分C为芳香族聚酰胺纤维的简称，包括聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(PPTA，或称对位芳纶纤维、芳纶1414纤维）和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维(PMIA，或称间位芳纶纤维、芳纶1313纤维)或它们的混合物。
本发现所述组分D抗冲及相容改性剂为支化聚乙烯类，如EMA-GMA等。
本发明的组合物还可以任选一种或多种添加剂，如热稳定剂、光稳定剂、颜料、脱模剂、润滑剂、流动促进剂等。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物，在碳纤维中加入芳纶纤维复合后，起到了较好的增韧效果；通过上浆处理后的芳纶纤维，在聚酰胺中的分散性更好；此外，CNT均匀地分布在纤维上，使其“铆钉”效果更好，提高与基体树脂的相容性，更有利于承受冲击力；同时，由于芳纶纤维本身就有增强效果，不会像其他橡胶类增韧剂，给强度和耐热性造成很大不利影响。因此，碳纤维和芳纶纤维的复合可使材料在达到较高强度的同时保持较高的韧性，且仍保持较好的耐磨性，可以更广泛地应用于机械等行业。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
采用以下原料：
组分 A：PA66平顶山神马，牌号为EPR27
B：短切碳纤维，Zoltek集团生产，牌号为PX35-65
C1：芳纶纤维，烟台泰和新材料股份有限公司生产，牌号为泰普龙®对位芳纶
C2：经过上浆的芳纶纤维
D：EMA-GMA，阿科玛公司生产，牌号为AX8900
E：抗氧剂，BASF公司生产，牌号为1076。
实施例1
以下各成分所占重量百分比为： A为52.7%，B为30%，C2为15%，D为2%，E为0.3%。实施例2
以下各成分所占重量百分比为：A为47.7%，B为40%，C2为10%，D为2%，E为0.3%。
实施例3
以下各成分所占重量百分比为：A为54.7%，B为35%，C2为5%，D为5%，E为0.3%。
对比例1
以下各成分所占重量百分比为：A为50.7%，B为30%，C1为15%，D为4%，E为0.3%。
对比例2
以下各成分所占重量百分比为：A为64.7%，B为30%， D为5%，E为0.3%。
实施例中，组合物A、D、E经过高速混匀后，经双(或单)螺杆挤出进行熔融挤出，B和C分别从4区和7区加入；挤出温度为230～300℃，粒料在90~110℃烘箱中干燥4小时，然后通过注塑成型，然后通过注塑成型，测试物理性能及表面效果；对比例中，所有的组分经过高速混匀后，经双(或单)螺杆挤出进行熔融挤出，挤出机温度设置为260-280℃，通过注塑机制得厚度为4mm的样条及3mm厚色板，注塑机温度设置为280℃，注塑压力为70-120bar。根据ISO179测试材料的简支梁（Charpy）缺口冲击性能。
测试结果为：
由以上数据可以看出：
在碳纤维中加入芳纶纤维复合后，起到了较好的增韧效果；通过上浆处理后的芳纶纤维，在聚酰胺中的分散性更好。此外，CNT均匀地分布在纤维上，使其“铆钉”效果更好，提高与基体树脂的相容性，更有利于承受冲击力。同时，由于芳纶纤维本身就有增强效果，不会像其他橡胶类增韧剂，给强度和耐热性造成很大不利影响。因此，碳纤维和芳纶纤维的复合可使材料在达到较高强度的同时保持较高的韧性，且仍保持较好的耐磨性。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (10)
1.一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，包含如下组分：聚酰胺(A)、短切碳纤维(B)、芳纶纤维 (C)、抗冲及相容改性剂（D）和其他添加剂(E)。
2.如权利要求1所述的一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，所述的聚酰胺添加量为35-90wt.%，所述的短切碳纤维为5-40 wt.%，所述的芳纶纤维含量为5-25wt.%，所述的抗冲及相容改性剂为0.2-5 wt.% ，以及任选地包含至少0.1份抗氧剂及其他添加剂。
3.如权利要求1所述的一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，所述组分A可以是一种聚酰胺或聚酰胺组合物，包括PA6、PA66、PA46、PA6T、PA9T、PA6I、MXD6、PA11、PA12、PA612。
4.如权利要求1所述的一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，所述的组分B短切碳纤维，包含聚丙烯腈基的短切碳纤维或沥青基的短切碳纤维。
5.如权利要求1所述的一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，所述组分C为芳香族聚酰胺纤维的简称，包括聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 (PPTA，或称对位芳纶纤维、芳纶1414纤维）和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维(PMIA，或称间位芳纶纤维、芳纶1313纤维)或它们的混合物。
6.如权利要求1所述的一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，所述组分D抗冲及相容改性剂为支化聚乙烯类。
7.如权利要求1所述的一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，所述的组合物为热稳定剂、光稳定剂、颜料、脱模剂、润滑剂、流动促进剂任选一种或多种组合物。
8.如权利要求1所述的一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
1) 将芳纶纤维卷通过设备浸入含上浆剂的容器中，随后经过加热烘干切粒；
2) 组合物A、D、E经过高速混匀后，经螺杆挤出进行熔融挤出，加入B和C，挤出温度为230～300℃，粒料在90~110℃烘箱中干燥4小时，然后通过注塑成型，测试物理性能及表面效果。
9.根据权利要求8所述的一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，其制备方法步骤1）所述的上浆剂为混合物，含80%热塑性上浆剂和20%碳纳米管（CNT）浆液，混合均匀。
10.根据权利要求9所述的一种高强度高耐磨性的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，所述的碳纳米管（CNT）浆液含30%碳纳米管粉，及70%水。
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