CN108948737A - 一种增强工程塑料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强工程塑料，由以下重量份配比的组分组成：100份的尼龙树脂、10～40份的复合纤维、5～25份的无机填料、10～15份的增韧剂、0.5～2份的偶联剂、1.2～2.0份的分散润滑剂、0.5～1.0份的抗氧化剂、0.1～0.5份的光稳定剂、0.1～0.5份的热稳定剂和2～5份的色母粒。本发明通过将复合纤维替代现有技术的玻璃纤维，复合纤维仅含有不多于十分之一的玻璃纤维，其余用陶瓷纤维和岩棉纤维补充，本发明的增强工程塑料中的玻璃纤维的使用量不高于现有技术的十分之一，却能达到同样的技术效果。则本发明的增强工程塑料不易磨损设备和模具，加工方便且成本低廉。

Description

一种增强工程塑料及制备方法

技术领域

本发明涉及工程塑料生产技术领域，尤其涉及一种增强工程塑料及其制备方法。

背景技术

目前，建筑节能隔热铝型材普遍采用断热冷桥技术，以达到隔热节能的目的。作为断热冷桥的隔热条连接在内外铝合金框的中间，不仅必须是一种极好的隔热材料，其中以玻璃纤维增强尼龙66复合材料为主的隔热型材，由于其导热系数小，可起到阻隔热量传导的作用，而且其耐老化、耐高低温性能、耐化学腐蚀性及尺寸稳定性高，线膨胀系数与铝合金极为接近，同时也提高了铝合金门窗在气密性、水密性、抗风压、防污染等方面的性能优势，从而能够满足隔热条超高性能的要求。

玻璃纤维增强改性后的PA66，玻璃纤维在PA66中起到骨架结构式的增强作用。当受到负荷时，由于玻璃纤维的存在、使负荷沿着玻璃纤维轴向传递，应力被迅速扩散而阻止裂纹的增长，因此玻璃纤维含量的增加，使PA66的力学性能提高。

但是，由于加入玻璃纤维后，在加工和成型过程中对设备及模具的磨损严重，从而使得加工的机械设备和模具的使用寿命显著缩短，间接提高了成本。

而且，玻璃纤维起到了“烛芯”作用，使其燃烧等级下降，由V-2级降至HB级；氧指数由24.3％降至21％(30％玻纤)。所以要使玻纤增强PA66阻燃(UL94V-0级)比使PA66阻燃更困难。同时，目前有关PA66的阻燃产品绝大多数是以含卤化合物为基础的，阻燃时产生的浓烟、毒性、腐蚀性气体给生产、应用和环境带来灾害。

再者，玻璃纤维受冲击后体现其易脆的特性，也限制了玻璃纤维增强尼龙66复合材料的增强作用。

因此，急需研发一种增强效果好、加工成型方便、阻燃效果好、成本低的增强工程塑料。

发明内容

针对上述技术问题，本发明采用复合纤维替代玻璃纤维，提供一种增强效果好、加工成型方便、阻燃效果好、成本低的增强工程塑料。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种增强工程塑料，由以下重量份配比的组分组成：100份的尼龙树脂、10～40份的复合纤维、5～25份的无机填料、10～15份的增韧剂、0.5～2份的偶联剂、1.2～2.0份的分散润滑剂、0.5～1.0份的抗氧化剂、0.1～0.5份的光稳定剂、0.1～0.5份的热稳定剂和2～5份的色母粒；

其中，所述复合纤维由以下方法制得：

S1、将玻璃纤维、陶瓷纤维和岩棉纤维按照1:7～30：2～9的重量比混合，并由开松机将混合纤维开松，得蓬松状的混合纤维；

S2、将滑石粉、高岭土粉和液体酚醛树脂按照10:10：2～4的重量比混合，得表面活化粉料；

S3、将聚丙烯酸、聚羧酸减水剂、硫酸铝钾和硫酸镁按照100:18～23:9～17:5～10的重量比混合制成，得改性剂；

S4、将所述蓬松状的混合纤维和表面活化粉料按照6:4的重量比混合实现活化后，按照所述混合纤维和改性剂6:0.5的重量比，再加入所述改性剂，混合实现改性，得复合纤维。

所述复合纤维通过将玻璃纤维、陶瓷纤维和岩棉纤维混合、活化及改性，使得玻璃纤维、陶瓷纤维和岩棉纤维三者呈絮状纠缠，玻璃纤维为基地，为核心骨架，陶瓷纤维作加固，作缓冲，柔软的岩棉纤维作包裹和延伸。

其中，玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。玻璃纤维作为复合纤维的骨架，正是利用了玻璃纤维的优点。

陶瓷纤维又称硅酸铝纤维，因其主要成分之一是氧化铝，而氧化铝又是瓷器的主要成分，所以被叫做陶瓷纤维。是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点，陶瓷纤维相比于玻璃纤维，不易磨损设备和模具。而且陶瓷纤维在复合纤维中，体现了耐火和耐机械震动的优势，提高了复合纤维的阻燃性，填补了玻璃纤维的缺陷。

岩棉纤维是以天然岩石如玄武岩、辉长岩、白云石、铁矿石、铝矾土等为主要原料，经高温熔化、纤维化而制成的无机质纤维。岩棉原材料采用火山岩石,是不燃性建筑材料防火材料的首选。岩棉纤维相比于玻璃纤维，不易磨损设备和模具。而且提高了复合纤维的阻燃性，填补了玻璃纤维的缺陷。

与现有技术相比，具有如下积极效果：本发明通过将复合纤维替代现有技术的玻璃纤维，复合纤维仅含有不多于十分之一的玻璃纤维，其余用陶瓷纤维和岩棉纤维补充，本发明的增强工程塑料中的玻璃纤维的使用量不高于现有技术的十分之一，却能达到同样的技术效果。则本发明的增强工程塑料不易磨损设备和模具，加工方便且成本低廉。

而且，陶瓷纤维和岩棉纤维阻燃性能好，解决了现有技术的工程塑料使用玻璃纤维而使燃烧等级下降的问题，使用复合纤维，可以减少甚至除去阻燃剂的加入，使得本发明的增强工程塑料更环保、成本更低廉。

再者，复合纤维中玻璃纤维、陶瓷纤维和岩棉纤维三者呈絮状纠缠，使得复活纤维比单纯的玻璃纤维更耐冲击，解决了现有技术的工程塑料使用玻璃纤维中易脆的问题。

本发明的另一目通过以下技术方案予以实现：

上述增强工程塑料的制备方法，包括以下步骤：

1)用偶联剂对复合纤维进行预处理；

2)将上述份量配比的尼龙树脂、增韧剂、分散润滑剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、无机填料和色母粒混合均匀后，放进双螺杆挤出机中，预处理后的复合纤维从玻纤口加入；双螺杆挤出机各区的温度控制在240℃～290℃，主机的转速为350～600RPM，喂料速率为30～60RPM；经双螺杆挤出机熔融共混，制得拉料；

3)把制得的粒料放在烘箱里于90～120℃下烘4～6小时；

4)把烘好的粒料放进单螺杆挤出机中，在螺杆转速为30～50RPM、各区温度为250℃～330℃的条件下熔融挤出；并通过模具定型，既得到各种形状的增强工程塑料。

本发明的增强工程塑料采用复合纤维替代玻璃纤维，增强效果好、加工成型方便、成本低。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的增强工程塑料的相对粘度为2.0～5.0Pa.s。复合纤维的玻璃纤维为无碱玻纤，可以是长玻纤或短玻纤。增韧剂为接枝弹性体，可为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、三元乙丙橡胶(EPDM)、乙烯-辛烯共聚物(POE)与马来酸酐(MA)的接枝共聚物等。偶联剂可为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等的一种或混合物。分散润滑剂为脂肪酸酰胺类、脂肪酸酯类、金属皂类、石蜡类和有机硅氧烷类的一种或两种以上的混合物。抗氧化剂为硫代酯类、亚磷酸酯类、受阻酚类和酚类的一种或两种以上的混合物。光稳定剂为受阻胺类、苯并三唑类和二苯甲酮类的一种或两种以上的混合物。热稳定剂为有机锡类、金属皂类和稀土稳定剂的一种或两种以上的混合物。

无机填料对本发明的增强工程塑料具有不同程度的增强作用，与复合纤维混合使用能够提供良好的产品外观，并在一定程度上保持型材的尺寸稳定性，可根据不同的产品要求选择无机填料的种类和实际用量。可以使用空心微珠、硫酸钡、硅灰石、碳酸钙晶须、高岭土和云母中的一种或两种以上的混合物作为无机填料，其尺寸为800～2500目，用量以0～15份为宜。

实施例一：

本实施例用于铝合金门窗的增强工程塑料的组分及重量份配比如下：

尼龙66树脂：100份，相对粘度2.5Pa.s；

复合纤维：40份，其中玻璃纤维为无碱的长玻纤；

增韧剂：乙烯-辛烯-马来酸酐共聚物，12份；

偶联剂：γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷，0.6份；

分散润滑剂：TAF(含极性基团的乙撑双脂肪酸)，2份；

抗氧化剂：N，N′双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基)丙酰基)己二胺，0.6份；

光稳定剂：双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，0.5份；

热稳定剂：二月桂酸二丁基锡，0.5份；

色母粒：黑色色母，3份。

本实施例的复合纤维由以下方法制得：

S1、将玻璃纤维、陶瓷纤维和岩棉纤维按照1:30：9的重量比混合，并由开松机将混合纤维开松，得蓬松状的混合纤维；

S2、将滑石粉、高岭土粉和液体酚醛树脂按照10:10：2的重量比混合，得表面活化粉料；

S3、将聚丙烯酸、聚羧酸减水剂、硫酸铝钾和硫酸镁按100:18:17:5的重量比混合制成，得改性剂；

S4、将所述蓬松状的混合纤维和表面活化粉料按照6:4的重量比混合实现活化后，按照所述混合纤维和改性剂6:0.5的重量比，再加入所述改性剂，混合实现改性，得复合纤维。

本实施例用于铝合金门窗的增强工程塑料的制备方法，其步骤如下：

1)用偶联剂对复合纤维进行预处理；

2)将上述尼龙66树脂、增韧剂、分散润滑剂、抗氧化剂、光稳定剂、热稳定剂、黑色色母粒混合均匀后，放进双螺杆挤出机中；经预处理的复合纤维从玻纤口加入；双螺杆挤出机各区的温度控制在240℃、255℃、260℃、265℃、265℃、255℃、245℃、260℃，主机的转速为350～450RPM，喂料速率为30～45RPM；经双螺杆挤出机熔融共混，制得增强工程塑料的黑色粒料；

3)把制得的粒料放在烘箱里于90～120℃下烘4小时；

4)把烘好的粒料放进单螺杆挤出机中，在螺杆转速为30～50RPM、各区温度为260℃、265℃、275℃、280℃、290℃、290℃、300℃、330℃的条件下熔融挤出通过模具定型，牵引速度为10～50cm/min，从而得到稳定的各种形状的增强工程塑料。

实施例二：

本实施例的增强工程塑料的组分及重量份配比，与实施例一不同之处在于：

复合纤维：30份，其中玻璃纤维为无碱的短玻纤，玻纤长度为2～5μm；

无机填料：空心微珠，10份；

分散润滑剂：双乙撑酰胺0.5份，芥酸酰胺，1.0份；

抗氧化剂：亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯，0.2份，四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，0.4份。

本实施例的复合纤维由以下方法制得：

S1、将玻璃纤维、陶瓷纤维和岩棉纤维按照1:21：8的重量比混合，并由开松机将混合纤维开松，得蓬松状的混合纤维；

S2、将滑石粉、高岭土粉和液体酚醛树脂按照10:10：3的重量比混合，得表面活化粉料；

S3、将聚丙烯酸、聚羧酸减水剂、硫酸铝钾和硫酸镁按100:23:9:10的重量比混合制成，得改性剂；

S4、将所述蓬松状的混合纤维和表面活化粉料按照6:4的重量比混合实现活化后，按照所述混合纤维和改性剂6:0.5的重量比，再加入所述改性剂，混合实现改性，得复合纤维。

本实施例增强工程塑料的制备方法与实施例一相同。

实施例三：

本实施例增强工程塑料的组分及重量份配比，与实施例一不同之处在于：

复合纤维：10份，其中玻璃纤维为无碱的长玻纤；

增韧剂：聚乙烯-辛烯-马来酸酐共聚物，10份；

抗氧化剂：亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯，0.2份，四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，0.4份。

本实施例的复合纤维由以下方法制得：

S1、将玻璃纤维、陶瓷纤维和岩棉纤维按照1:7：2的重量比混合，并由开松机将混合纤维开松，得蓬松状的混合纤维；

S2、将滑石粉、高岭土粉和液体酚醛树脂按照10:10：4的重量比混合，得表面活化粉料；

S3、将聚丙烯酸、聚羧酸减水剂、硫酸铝钾和硫酸镁按100:20:13:7的重量比混合制成，得改性剂；

S4、将所述蓬松状的混合纤维和表面活化粉料按照6:4的重量比混合实现活化后，按照所述混合纤维和改性剂6:0.5的重量比，再加入所述改性剂，混合实现改性，得复合纤维。

本实施例增强工程塑料的制备方法，与实施例一不同之处在于：造粒时各区温度均增加3～5℃，主机的转速要相对加快，为450～600RPM；材料成型时的牵引速度稍微下调，为10～50cm/min。

实施例四

本实施例增强工程塑料的组分及重量份配比，与实施例一不同之处在于：

复合纤维：25份，其中玻璃纤维为无碱的长玻纤；

无机填料：碳酸钙晶须，15份；

增韧剂：聚丙烯-辛烯-马来酸酐共聚物，11份；

抗氧化剂：亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯，0.2份，四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，0.4份；

光稳定剂：2-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑，0.2份；

热稳定剂：硬脂酸钡，0.2份。

本实施例的复合纤维由以下方法制得：

S1、将玻璃纤维、陶瓷纤维和岩棉纤维按照1:21：3的重量比混合，并由开松机将混合纤维开松，得蓬松状的混合纤维；

S2、将滑石粉、高岭土粉和液体酚醛树脂按照10:10：3的重量比混合，得表面活化粉料；

S3、将聚丙烯酸、聚羧酸减水剂、硫酸铝钾和硫酸镁按100:21:12:6的重量比混合制成，得改性剂；

S4、将所述蓬松状的混合纤维和表面活化粉料按照6:4的重量比混合实现活化后，按照所述混合纤维和改性剂6:0.5的重量比，再加入所述改性剂，混合实现改性，得复合纤维。

本实施例增强工程塑料的制备方法与实施例一相同。

实施例五

本实施例增强工程塑料的组分及重量份配比，与实施例二不同之处在于：

复合纤维：28份，其中玻璃纤维为无碱的长玻纤；

无机填料：碳酸钙晶须，10份；

热稳定剂：0.2份的稀土稳定剂；

光稳定剂为：2-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑0.1份，2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，0.1份。

本实施例的复合纤维由以下方法制得：

S1、将玻璃纤维、陶瓷纤维和岩棉纤维按照1:21：6的重量比混合，并由开松机将混合纤维开松，得蓬松状的混合纤维；

S2、将滑石粉、高岭土粉和液体酚醛树脂按照10:10：3的重量比混合，得表面活化粉料；

S3、将聚丙烯酸、聚羧酸减水剂、硫酸铝钾和硫酸镁按100:21:12:6的重量比混合制成，得改性剂；

S4、将所述蓬松状的混合纤维和表面活化粉料按照6:4的重量比混合实现活化后，按照所述混合纤维和改性剂6:0.5的重量比，再加入所述改性剂，混合实现改性，得复合纤维。

本实施例增强工程塑料的制备方法，与实施例一不同之处在于：造粒时的喂料速率稍微减慢，为30～50RPM。

对比例一

本对比例工程塑料的组分及重量份配比，与实施例一不同之处在于：

实施例一的复合纤维替换为同等重量份数的无碱的长玻璃纤维。

本对比例工程塑料的的制备方法与实施例一相同。

对比例二

本对比例增强工程塑料的组分及重量份配比，与实施例二不同之处在于：

实施例二的复合纤维替换为同等重量份数的无碱的短玻璃纤维，，玻纤长度为2～5μm。

本对比例工程塑料的的制备方法与实施例一相同。

对比例三

本对比例工程塑料的组分及重量份配比，与实施例三不同之处在于：

实施例三的复合纤维替换为同等重量份数的无碱的长玻璃纤维。

本对比例工程塑料的的制备方法与实施例一相同。

本发明增强工程塑料产品的组份配比以及制备方法中的各工艺参数不局限于上述列举的实施例。

上述各实施例及对比例的产品性能指标如表1所示。

表1本发明各实施例及对比例产品性能指标

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (9)

1.一种增强工程塑料，其特征在于，由以下重量份配比的组分组成：100份的尼龙树脂、10～40份的复合纤维、5～25份的无机填料、10～15份的增韧剂、0.5～2份的偶联剂、1.2～2.0份的分散润滑剂、0.5～1.0份的抗氧化剂、0.1～0.5份的光稳定剂、0.1～0.5份的热稳定剂和2～5份的色母粒；

其中，所述复合纤维由以下方法制得：

S1、将玻璃纤维、陶瓷纤维和岩棉纤维按照1:7～30：2～9的重量比混合，并由开松机将混合纤维开松，得蓬松状的混合纤维；

S2、将滑石粉、高岭土粉和液体酚醛树脂按照10:10：2～4的重量比混合，得表面活化粉料；

S3、将聚丙烯酸、聚羧酸减水剂、硫酸铝钾和硫酸镁按照100:18～23:9～17:5～10的重量比混合制成，得改性剂；

S4、将所述蓬松状的混合纤维和表面活化粉料按照6:4的重量比混合实现活化后，按照所述混合纤维和改性剂6:0.5的重量比，再加入所述改性剂，混合实现改性，得复合纤维。

2.如权利要求1所述增强工程塑料，其特征在于：所述复合纤维的玻璃纤维为无碱玻纤。

3.如权利要求2所述增强工程塑料，其特征在于：所述增韧剂为聚乙烯、聚丙烯、三元乙丙橡胶、乙烯-辛烯共聚物与马来酸酐的接枝共聚物。

4.如权利要求3所述增强工程塑料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂的一种或混合物。

5.如权利要求4所述增强工程塑料，其特征在于：所述分散润滑剂为脂肪酸酰胺类、脂肪酸酯类、金属皂类、石蜡类和有机硅氧烷类的一种或混合物。

6.如权利要求5所述增强工程塑料，其特征在于：所述抗氧化剂为硫代酯类、亚磷酸酯类、受阻酚类和酚类的一种或混合物。

7.如权利要求6所述增强工程塑料，其特征在于：所述无机填料为空心微珠、硫酸钡、硅灰石、碳酸钙晶须、高岭土和云母中的一种或混合物。

8.如权利要求7所述增强工程塑料，其特征在于：所述无机填料为800～2500目。

9.一种权利要求1所述增强工程塑料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)用偶联剂对复合纤维进行预处理；

2)将上述份量配比的尼龙树脂、增韧剂、分散润滑剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、无机填料和色母粒混合均匀后，放进双螺杆挤出机中，预处理后的复合纤维从玻纤口加入；双螺杆挤出机各区的温度控制在240℃～290℃，主机的转速为350～600RPM，喂料速率为30～60RPM；经双螺杆挤出机熔融共混，制得拉料；

3)把制得的粒料放在烘箱里于90～120℃下烘4～6小时；

4)把烘好的粒料放进单螺杆挤出机中，在螺杆转速为30～50RPM、各区温度为250℃～330℃的条件下熔融挤出；并通过模具定型，既得到各种形状的增强工程塑料。