CN109054366A - 一种汽车用抗静电耐油尼龙及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车用抗静电耐油尼龙及其制备方法，属于工程塑料技术领域，按质量份数计，包括如下组分：尼龙40‑60份、碳纤维20‑40份、抗静电剂2‑3份、润滑剂0.5‑2份、防老剂0.1‑1份、热稳定剂0.2‑2份、染色剂0.7‑2.5份，依次通过尼龙烘干、碳纤维表面处理、称量、初步混合以及挤塑成型而加工而成，具有良好的抗静电性能、机械性能、耐油性能、抗老化性能和热稳定性能，同时兼具良好的色泽度。

Description

一种汽车用抗静电耐油尼龙及其制备方法

技术领域

本发明属于工程塑料技术领域，特别涉及一种汽车用抗静电耐油尼龙及其制备方法。

背景技术

随着科技的迅速发展，汽车已经成为人们生活、工作中不可或缺的代步工具，为了提高汽车燃油利用率以及节省汽车油耗，轻量化是目前汽车材料研究的重要主题之一。

为满足汽车发展的多样化以及各个国家的政策要求，汽车在近些年来安装上了各种应用的零部件，这种情况导致了在过去的30年中，汽车的重量在不断的上升。近几年为了适应汽车轻量化发展，汽车公司和零部件公司加大展开对汽车轻量化研究，各种新材料、新技术层出不穷。

其中，尼龙具有良好的物理、机械性能，如拉伸强度高、耐磨性优异、抗冲击性能好等，是五大工程塑料中应用最广的品种，被广泛适用于轻量化汽车材料中。目前在加工一些汽车燃料供给系统中常用的急流或湍流气体的部件(比如加油箱或油路接头)时，通常使用添加有碳纤维的尼龙，以此增加尼龙的机械性能，同时阻止静电的堆积和油品的渗漏，消除火花和爆炸的危险。

然而，在实际应用过程中，由于碳纤维在尼龙基材中相当于固体粒子，在加工时，碳纤维与尼龙基材分子间容易产生界面滑移，使得碳纤维难以均匀的分散于尼龙基材中，进而导致碳纤维对尼龙在机械性能、抗静电性能以及耐油性能上难以得到较好的改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车用抗静电耐油尼龙，使得碳纤维均匀的分散于尼龙中，有效提高了碳纤维对尼龙在机械性能、抗静电性能以及耐油性能上的改善。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种汽车用抗静电耐油尼龙，其特征在于，按质量份数计，包括如下组分：

采用上述方案，抗静电剂通常为表面活性剂，其分子结构中兼具有极性基团和非极性基团，其极性基团能够较好的与碳纤维中结构稳定性较低的碳原子的结合，而其非极性基团与尼龙分子链相容性较好，从而使得抗静电剂不但能够有效增加改性尼龙的抗静电效果，同时能促使碳纤维均匀的分散于尼龙中，有效改善改性尼龙在加工过程中碳纤维与尼龙发生界面滑移的状况；此外，再通过润滑剂、防老剂、热稳定剂的添加，从而使得其制得的改性尼龙具有良好的机械性能、抗静电性、耐油性、抗老化性以及导热耐热性。

进一步优选为：所述尼龙为尼龙12，其相对粘度为2.3-3.0。

采用上述方案，尼龙通常吸水率较大，其中尼龙6>尼龙66>尼龙610>尼龙1010>尼龙11>尼龙12，因此选用尼龙12更为适用于轻量化汽车零件的制造；此外，选用相对粘度在2.3-3.0的尼龙，其成本较低，同时还能够在一定程度上增加碳纤维在改性尼龙加工时的分散效果，增加改性尼龙的机械性能、抗静电性能以及耐油性能；其具体检测方法为往40g不同粘度的尼龙12中混入20g碳纤维，测定其制得的改性尼龙的拉伸强度，具体检测结果如下表。

相对粘度	2.0	2.3	2.5	2.7	3.0	3.2
							拉伸强度(MPa)	130	145	148	150	147	133

进一步优选为：所述碳纤维为表面经过氧化处理过的碳纤维。

采用上述方案，碳纤维表面经过氧化处理后会在其表面形成分子尺寸的刻蚀坑，大大提高了碳纤维的表面粗糙度，增加了其比表面积，当碳纤维与尼龙复合时，尼龙熔融体会流入并填充至碳纤维表面的刻蚀坑中，产生良好的机械嵌合效应，使得尼龙与碳纤维的粘接强度增加，减少改性尼龙在加工过程中碳纤维与尼龙的界面滑移。

进一步优选为：所述抗静电剂为聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸共聚体、聚醚酯酰胺、聚醚酯乙酰胺、聚氧化乙烯、环氧丙烷共聚合物的一种或两种以上的混合物。

采用上述方案，聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸共聚体、聚醚酯酰胺、聚醚酯乙酰胺、聚氧化乙烯、环氧丙烷共聚合物均为高分子型永久抗静电剂，其非极性基团与尼龙的分子链相类似，能够均匀的分布于尼龙中，呈筋状或网状，形成泄漏电荷的通路；而其极性基团能较好的对碳纤维加以吸附，使碳纤维均匀的分散于尼龙中，与抗静电剂发生协同作用，有效提高电荷的释放效率，增加改性尼龙的抗静电性能。

进一步优选为：所述润滑剂为N，N-亚乙基双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺中的一种或两种以上的混合物。

采用上述方案，N，N-亚乙基双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺均为脂肪酸酰胺类润滑剂，其生物毒性低，在尼龙加工过程中起到良好的润滑效果，同时还具有一定的抗静电性能，增加改性尼龙的抗静电效果。

进一步优选为：所述防老剂为受阻酚类抗氧剂。

采用上述方案，受阻酚类抗氧剂结构中含有-OH官能团，比较容易给出氢原子，通过质子给予作用，从而破环自由基自动氧化链反应，其生成的芳氧自由基较为稳定，兼具捕获活性自由基的能力，进而还能终止非自由基产物的产生，以此保障尼龙良好的抗氧化性能。

进一步优选为：所述热稳定剂为铜盐稳定剂。

采用上述方案，铜盐稳定剂在改性尼龙加工过程中，能够与酰胺基团进行螯合反应，从而保护酰胺基团在长期的紫外、热氧的工作环境中，免受热氧基团与其它活性基团的攻击，防止分子链断裂降解，从而使得的值得的改性尼龙具体良好的耐热性能和抗氧化性能，便于轻量化汽车零件的制造。

进一步优选为：所述染色剂为有机黑色母或有机炭黑中的一种或两种的混合物。

采用上述方案，有机黑色母和有机炭黑与尼龙的相容性较好，因此能够较好的分散于尼龙中，对尼龙具有良好的上色效果；此外，有机黑色母和有机炭黑还能在一定程度上对尼龙进行补强，增加改性尼龙的机械性能。

进一步优选为：所述汽车用抗静电耐油尼龙还包括2-4份的聚多巴胺。

采用上述方案，聚多巴胺具有强黏附性，能够将染色剂高效的吸附于尼龙中，聚多巴胺分子中又富含氨基、羟基等各种官能团，能够对氧化的碳纤维进行还原，在碳纤维表面形成保护剂，提高碳纤维的表面活性，有助于碳纤维均匀的分散于尼龙中；此外，聚多巴胺还能与抗静电剂和润滑剂之间产生氢键作用，使得抗静电剂和润滑剂的分子间能量升高，降低其发生聚集的可能性；由上可得，多巴胺的添加能有效增加碳纤维、抗静电剂、润滑剂以及染色剂在尼龙中的分散性能，提高改性尼龙的机械性能和导电性能，使得其色泽更加均匀。

本发明的另一个目的是提供一种汽车用抗静电耐油尼龙的制备方法，包括以下步骤：a、尼龙烘干：将尼龙置于烘箱内，95-105℃的温度下烘干4h，冷却至室温后，暂存于该烘箱内；

b、碳纤维表面处理：将碳纤维置于加热炉中，450℃的温度下保温20-30min，待加热炉冷却内至室温后，取出碳纤维待用；

c、称量：按上述质量份数称取干燥后的尼龙、经表面处理后的碳纤维、抗静电剂、润滑剂、防老剂、热稳定剂、染色剂及其他助剂；

d、初步混合：把c中的尼龙、抗静电剂、润滑剂、防老剂、热稳定剂、染色剂及其他助剂投入至高速搅拌机混合均匀，得到共混物料；

e、挤塑成型：将d中得到的共混物料投入至双螺杆挤出机中进行熔融混合，同时从双螺杆挤出机的侧喂料口加入c中称量的碳纤维，使得碳纤维均匀的分散于共混物料中，随后依次经挤出、冷却、风干后进行造粒，得到改性尼龙。

采用上述方案，尼龙吸水性较强，通过烘箱将尼龙携带的水分加以去除，便于后期与助剂更好的相容；碳纤维在450℃下保温20-30min，能够大量去除碳纤维表面的氮、氢、氧等非碳元素，使得碳纤维表面形成较多的侵蚀坑；将碳纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，减少碳纤维在搅拌过程中其分子链发生断裂的状况，从而保证其良好的机械强度。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过在尼龙中同时添加碳纤维和抗静电剂，再结合润滑剂、防老剂、热稳定剂的添加，使得其制得的改性尼龙具有良好的机械性能、抗静电性、耐油性、抗老化性以及导热耐热性；

2、本发明通过选用聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸共聚体、聚醚酯酰胺、聚醚酯乙酰胺、聚氧化乙烯、环氧丙烷共聚合物的一种或两种以上的混合物作为抗静电剂，能够与碳纤维发生协同作用，有效增加尼龙的抗静电性能；

3、本发明通过在尼龙中添加聚多巴胺，能够有效增加碳纤维、抗静电剂、润滑剂以及染色剂在尼龙中的分散性能，提高改性尼龙的机械性能和导电性能，使得改性尼龙的色泽更加均匀。

附图说明

图1为汽车用抗静电耐油尼龙的制备方法。

具体实施方式

需要说明的是，本发明中的使用的尼龙、碳纤维、抗静电剂、润滑剂、防老剂、热稳定剂、染色剂以及聚多巴胺均选用市售产品，用于制备改性尼龙的设备和装置同样为市售产品；

其中，本发明中尼龙优选为尼龙12，其相对粘度为2.3-3.0，除此之外，还可以为其他品种的尼龙；碳纤维优选为3-5mm的短纤，除此之外，还可以为其他类型的碳纤维；

抗静电剂优选为聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸共聚体、聚醚酯酰胺、聚醚酯乙酰胺、聚氧化乙烯、环氧丙烷共聚合物的一种或两种以上的混合物，除此之外，还可以为烷基酚聚氧乙烯醚等其他抗静电剂；

润滑剂优选为N，N-亚乙基双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺中的一种或两种以上的混合物，除此之外，还可以为硬脂酸酰胺等其他润滑剂；

防老剂优选为受阻酚类抗氧剂，如二丁基羟基甲苯、1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯等，除此之外，还可以为其他类型的防老剂；

热稳定剂优选为有机或无机的铜盐稳定剂，除此之外，还可以为其他的热稳定剂；本发明中使用广州咏玖精细化工有限公司的型号为KL-36的尼龙铜盐热稳定剂。

染色剂优选为有机黑色母或有机炭黑中的一种或两种的混合物，除此之外，还可为其他的染色剂；本发明中使用广州通点化工色母厂的型号为P的有机黑色母，使用天津天一世纪化工产品科技发展有限公司的型号为ZY-1粉的高色素炭黑；

以下结合附图以及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种汽车用抗静电耐油尼龙的制备方法，包括以下步骤：

a、尼龙烘干：取适量的尼龙12置于烘箱内，95-105℃的温度下烘干4h，自然冷却至室温后，暂存于该烘箱内；

b、碳纤维表面处理：将适量的碳纤维置于加热炉中，450℃的温度下保温20-30min，以8℃/min的速度进行冷却，待加热炉冷却内至室温后，取出碳纤维待用；

c、称量：称取a中干燥后的尼龙40kg、b中经表面处理后的碳纤维20kg、抗静电剂聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸共聚体2kg、润滑剂0.5kg、防老剂0.1kg、热稳定剂0.2kg和染色剂0.7kg；

d、初步混合：把c中的尼龙、抗静电剂、润滑剂、防老剂、热稳定剂和染色剂依次投入至高速搅拌机，在300-350r/min的搅拌速度下混合均匀，得到共混物料；

e、挤塑成型：将d中得到的共混物料投入至双螺杆挤出机中，设置参数为一区温度100-120℃、二区温度210-230℃、三区温度180-200℃、机头温度210-230℃，进行熔融混合；同时从双螺杆挤出机的侧喂料口加入c中称量的碳纤维，使得碳纤维均匀的分散于共混物料中，随后依次经挤出、冷却、风干后进行造粒，得到改性尼龙。

实施例2-实施例10

实施例2-实施例10均在实施例1的方法基础上，对其组分以及组分的质量份数作出调整，单位为kg，具体调整状况如下表：

对比例1

与实施例1的不同之处在于，本对比例中未添加抗静电剂，添加碳纤维22kg；

对比例2

与实施例1的不同之处在于，本对比例中未添加碳纤维，添加聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸共聚体22kg；

对比例3

与实施例1的不同之处在于，本对比例中添加的抗静电剂为烷基酚聚氧乙烯醚；

对比例4

与实施例1的不同之处在于，本对比例中添加的润滑剂为硬脂酸酰胺。

将上述实施例1至实施例9以及对比例1至对比例4制得改性尼龙进行如下检测试验：拉伸强度：按ASTM D638标准测试，试样尺寸(mm)为(178±2)×(12.8±0.2)×(3.2±0.2)，拉伸速率为50mm/min；

弯曲强度和弯曲模量：按ASTM D790标准测试，试样尺寸(mm)为(128±2)×(12.8±0.2)×(3.2±0.2)，速率为20mm/min；

缺口冲击强度：按ASTM D256标准测试，试样类型为V型缺口型，试样尺寸(mm)为(63±2)×(12.8±0.2)×(4.2±0.2)，缺口剩余厚度为2.4mm；

体积电阻率：按ASTM D257标准测试，试样尺寸(mm)为(128±2)×(12.8±0.2)×(3.2±0.2)；

热老化保留率：按GB/T 7141标准测试，试样厚度为0.3mm，置于170℃的鼓风热烘箱中500h，测定拉伸强度的保留率；

热变形温度：按ASTM D648标准测试，负载为1.82MPa，跨距为100mm，试样尺寸为(128±2)×(12.8±0.2)×(3.2±0.2)；

色差：使用色差仪对试样不同部位进测定，取最大值与最小值的差值；

耐油性：试样尺寸为(128±2)×(12.8±0.2)×(3.2±0.2)，置于白油中浸泡100h，随后测定浸泡前后试样的拉伸强度差值。

具体检测结果如下表：

由上表可得，将实施例1至实施例6和分别与对比例1和对比例2进行对比，可以得到，同时使用碳纤维和抗静电剂能够起到协同作用，增加改性尼龙的抗静电效果，同时有助于碳纤维均匀分散于尼龙中，增加改性尼龙的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、缺口冲击强度以及耐油效果，进而有效提高改性尼龙的机械性能和耐油性能；

将实施例1至实施例6与实施例7至实施例9进行对比，可以得到，添加聚多巴胺能够在原有的协同作用下进一步提高改性尼龙的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、缺口冲击强度、抗静电性和耐油效果；此外聚多巴胺还有助于改善防老剂、热稳定剂以及染色剂在尼龙中的分散效果，增加改性尼龙的抗氧化性、稳定性以及色泽的均匀度；

将实施例1至实施例6分别与对比例3进行对比，可以得到，选用聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸共聚体、聚醚酯酰胺、聚醚酯乙酰胺、聚氧化乙烯、环氧丙烷共聚合物的一种或两种以上的混合物作为抗静电剂与碳纤维的协同效果更佳优良，有助于更好的改善改性尼龙机械性能、耐油性以及抗静电性能；

将实施例1至实施例6分别与对比例4进行对比，可以得到，选用N，N-亚乙基双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺中的一种或两种以上的混合物为润滑剂，为改性尼龙起到润滑的同时，还能够在一定程度上提高改性尼龙的抗静电性能；

综上，本发明制得的改性尼龙具有良好的抗静电性能、机械性能、耐油性能、抗老化性能和热稳定性能，同时兼具良好的色泽度。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种汽车用抗静电耐油尼龙，其特征在于，按质量份数计，包括如下组分：

2.根据权利要求1所述的一种汽车用抗静电耐油尼龙，其特征在于，所述尼龙为尼龙12，其相对粘度为2.3-3.0。

3.根据权利要求1所述的一种汽车用抗静电耐油尼龙，其特征在于，所述碳纤维为表面经过氧化处理过的碳纤维。

4.根据权利要求1或3所述的一种汽车用抗静电耐油尼龙，其特征在于，所述抗静电剂为聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸共聚体、聚醚酯酰胺、聚醚酯乙酰胺、聚氧化乙烯、环氧丙烷共聚合物的一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种汽车用抗静电耐油尼龙，其特征在于，所述润滑剂为N，N-亚乙基双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺中的一种或两种以上的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种汽车用抗静电耐油尼龙，其特征在于，所述防老剂为受阻酚类抗氧剂。

7.根据权利要求1所述的一种汽车用抗静电耐油尼龙，其特征在于，所述热稳定剂为铜盐稳定剂。

8.根据权利要求1所述的一种汽车用抗静电耐油尼龙，其特征在于，所述染色剂为有机黑色母或有机炭黑中的一种或两种的混合物。

9.根据权利要求1或3所述的一种汽车用抗静电耐油尼龙，其特征在于，所述汽车用抗静电耐油尼龙还包括2-4份的聚多巴胺。

10.根据权利要求1所述的一种汽车用抗静电耐油尼龙的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、尼龙烘干：将尼龙置于烘箱内，95-105℃的温度下烘干4h，冷却至室温后，暂存于该烘箱内；

b、碳纤维表面处理：将碳纤维置于加热炉中，450℃的温度下保温20-30min，待加热炉冷却内至室温后，取出碳纤维待用；

c、称量：按上述质量份数称取干燥后的尼龙、经表面处理后的碳纤维、抗静电剂、润滑剂、防老剂、热稳定剂、染色剂及其他助剂；

d、初步混合：把c中的尼龙、抗静电剂、润滑剂、防老剂、热稳定剂、染色剂及其他助剂投入至高速搅拌机混合均匀，得到共混物料；

e、挤塑成型：将d中得到的共混物料投入至双螺杆挤出机中进行熔融混合，同时从双螺杆挤出机的侧喂料口加入c中称量的碳纤维，使得碳纤维均匀的分散于共混物料中，随后依次经挤出、冷却、风干后进行造粒，得到改性尼龙。