CN109722022A - 一种新型挤出、吹塑级玻纤增强尼龙材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型挤出级玻纤增强尼龙材料及其制备方法，材料由如下重量百分比的组分组成：尼龙57～100％；玻纤：5～30％；增韧剂：1～10％；成核剂0.1～0.5％；抗氧剂0.1～0.5％；润滑剂：0.1～1％；黑母粒0.1～1％。本发明通过选择一种高粘与尼龙相容性较好的组分，通过其本身的黏度增加复合材料的黏度，并且利用增粘材料带有的活性官能团MAH与尼龙末端官能团之间的相互反应增加与尼龙相容性，高粘组分均匀分布在材料中，在生产过程中螺杆剪切的作用下，随着剪切变稀，不会增加剪切阻力，不会增加生产过程的能耗，有利于成型加工生产控制，并且该材料的加入对于挤出成型有显著的提高成型效率，成型速度可以提高30％及以上。
Description
技术领域
本发明涉及到提高尼龙材料的黏度，满足挤出、吹塑等成型工艺对尼龙材料黏度的要求，相比于高黏度原料和常规的增粘方法，提高尼龙材料黏度的条件下不会增加生产过程的能耗，提高了生产效率，实现了一些白色和浅颜色的尼龙材料在挤出、吹塑级成型方式零件的应用。
背景技术
尼龙工业自1935年杜邦公司合成了PA66,1943年拜耳用己内酰胺合成了PA6得到快速发展，尼龙中占90％以上的是PA6和PA66。尼龙具有耐油、减震、防噪音等优点，尼龙作为工程塑料的一种在汽车、电子电器、家电等领域得到广泛的应用，其中近年来汽车工业迅速发展，提高安全性、舒适性、节能等逐渐成为汽车研究的主要方向，尼龙以其独特的性能几乎在所有汽车所有的部位都有应用，汽车已经成为尼龙最大的应用市场。
1958年锦纶的成功生产是我国首次成功生产尼龙，近几年国内尼龙6发展迅速产量占比约75％，PA66由于主要原料之一己二腈的先进生产技术目前被英威达、罗地亚等公司所控制，尤其是英威达几乎垄断了全球己二腈的贸易而产能，全球PA66产能前5位的公司占据全球80％以上的市场份额，行业前三强--英威达、罗地亚、首诺公司占据着全球垄断地位。在尼龙66原料生产方面，我们的企业与世界有不小的差距，我们尼龙生产的原料还被国外化工巨头握在手里。
尼龙材料作为一种工程塑料，主要应用在对温度要求较高的发动机周边，尼龙材料的成型方式包括注塑成型、挤出成型、吹塑成型、滚塑成型等方式。不同的成型方式对于原料的加工性能要求不一致，挤出、吹塑品级材料要求原料黏度较高，较高的黏度有利于成型，但是黏度较高对于设备能耗较大，在满足挤出、吹塑成型对于黏度要求的同时降低加工过程的能耗对于提高尼龙材料在挤出、吹塑等零件的使用具有重要的意义。
发明内容
本发明提供了一种新型挤出级玻纤增强尼龙材料的制备方法，通过在配方中增加一种高粘组份满足挤出、吹塑成型方式对于尼龙材料黏度的要求，同时由于高粘组份与尼龙基料良好的相容性，在剪切作用下剪切变稀的幅度更明显，不会影响加工性能；提高了生产效率，满足了挤出、吹塑等成型方式对尼龙材料黏度的要求。
本发明为解决所提出的技术问题，采用的技术方案为：
一种新型挤出级玻纤增强尼龙材料的制备方法，其包括以下按重量百分比计的原料：
所述尼龙可以是PA6、PA66、PA66和PA6的共聚物、PA610、PA612、PPA中的一种。
所述的玻纤既可以是一种直径10μm，短切长度3mm的表面涂覆硅烷基浸润剂应用在尼龙材料的玻璃纤维也可以是直径10～13μm，长度50～200μm的磨碎玻纤。
所述的增黏助剂是一种含有马来酸酐官能基团的高分子量SEEPS，马来酸酐含量1.3％，熔融指数MVR(320℃,21.6kg)：10cm3/10min。
所述的复合材料中还可包括润滑剂、抗氧剂、成核剂等功能性助剂。
本发明提供一种新型挤出级玻纤增强尼龙材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方比例称取干澡后的各原料；通过高速搅拌机混合均匀，备用；
(2)将上述混合原料通过双螺杆挤出机的主喂料口加入，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到所述的新型挤出级玻纤增强尼龙材料。
与现有技术相比，本发明的优势在于：尼龙挤出、吹塑成型工艺对于原料的黏度要求较高，选择高粘度的原料限制了对原料的选择，并且无论是选择高黏度原料或使用传统的增粘助剂都会使分子量增加，导致在加工过程的能耗增加，材料黏度低又会导致生产过程中容易断条，影响生产效率，本发明采用一种新型增粘剂，利用增粘剂本身的高黏度提高材料的黏度，满足挤出、吹塑成型方式对尼龙黏度的要求，同时增粘剂与尼龙有很好的相容性，在尼龙基料中均匀分散，在加工过程中随着剪切熔体黏度变稀的幅度比较大，不会增加加工阻力，同时利用增粘助剂本身高黏度由有助于成型性，可以大幅度提高生产效率，与市场上现有的材料比，生产效率可以提高30％以上。
具体实施方式
为了使本方法要解决的技术问题、技术方案及有益效果表述的更加清楚，下面将结合具体的实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的具体实施例选用下列物料：
尼龙：PA66-EPR27，平顶山神马工程塑料有限责任公司；
尼龙：PA6-MF800，江苏瑞美福实业有限公司；
增粘剂：含有马来酸酐官能基团的高分子量SEEPS，BYK公司
ADR4468：PA扩链剂BASF公司；
玻璃纤维：301HP，直径10μm，重庆国际复合材料有限公司；
玻璃纤维：EMG200，直径9～14μm，平均长度200μm，重庆国际复合材料有限公司；
润滑剂：硅酮粉，工业级，市售；
抗氧剂；有机铜盐H318，德国布吕格曼公司；
黑色母：炭黑含量30％，市售；
产品性能测试方法：
密度：按ISO 1183方法，样条尺寸：10*10*4mm。
拉伸性能：按ISO527-2方法，样条尺寸：170*10*4mm，试验速度5mm/min。
弯曲性能：按ISO178-1方法，样条尺寸：80*10*4mm，试验速度2mm/min。
缺口冲击性能：按ISO 180方法，样条尺寸：80*10*4mm。
熔指：按ISO 1133方法；测试条件PA66：275℃，2.16kg，PA6:230℃，5kg
最高生产转速：采用螺杆直径是35mm的单螺杆挤出成型设备，保证产品状态一致的前提下，最高生产的转速。
实施例1：
称取PA66-EPR27 6.8kg，于100℃下烘干4h，备用。
称取玻璃纤维2.5kg，备用。
称取增粘剂0.5kg，备用。
称取抗氧剂30g；润滑剂50g；黑色母100g，成核剂20g，在高速搅拌机中混合均匀，得到助剂混合物；
将干燥后的尼龙树脂、增粘剂与助剂混合物通过高速搅拌机混合均匀，然后通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝44)中，将玻纤通过侧喂料加入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为230℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为420r/min，挤出的料条经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥后切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥箱中于110℃干燥4h后在275℃的温度下注塑成标准色板样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH),放置24h进行状态调节后进行测试常规力学性能，将上述改性粒子在110℃烘料4h后测试熔指，同时将上述粒子在直径是35mm的单螺杆挤出成型设备中生产(温度：275℃、275℃、275℃、275℃、275℃)，保证产品稳定生产时的最大转速衡量其加工性能，将上述测试数据记录在表1。
实施例2：
称取PA66-EPR27 6.3kg，于100℃下烘干4h，备用。
称取玻璃纤维2.5kg，备用。
称取增粘剂1kg，备用。
称取抗氧剂30g；润滑剂50g；黑色母100g，成核剂20g，在高速搅拌机中混合均匀，得到助剂混合物；
将干燥后的尼龙树脂、增粘剂与助剂混合物通过高速搅拌机混合均匀，然后通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝44)中，将玻纤通过侧喂料加入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为230℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为420r/min，挤出的料条经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥后切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥箱中于110℃干燥4h后在275℃的温度下注塑成标准色板样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH),放置24h进行状态调节后进行测试常规力学性能，将上述改性粒子在110℃烘料4h后测试熔指，同时将上述粒子在直径是35mm的单螺杆挤出成型设备中生产(温度：275℃、275℃、275℃、275℃、275℃)，保证产品稳定生产时的最大转速衡量其加工性能，，将上述测试数据记录在表1。。
实施例3：
称取PA66-EPR27 5.8kg，于100℃下烘干4h，备用。
称取玻璃纤维2.5kg，备用。
称取增粘剂1.5kg，备用。
称取抗氧剂30g；润滑剂50g；黑色母100g，成核剂20g，在高速搅拌机中混合均匀，得到助剂混合物；
将干燥后的尼龙树脂、增粘剂与助剂混合物通过高速搅拌机混合均匀，然后通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝44)中，将玻纤通过侧喂料加入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为230℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为420r/min，挤出的料条经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥后切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥箱中于110℃干燥4h后在275℃的温度下注塑成标准色板样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH),放置24h进行状态调节后进行测试常规力学性能，将上述改性粒子在110℃烘料4h后测试熔指，同时将上述粒子在直径是35mm的单螺杆挤出成型设备中生产(温度：275℃、275℃、275℃、275℃、275℃)，保证产品稳定生产时的最大转速衡量其加工性能，，将上述测试数据记录在表1。。
实施例4：
称取PA66-EPR27 7.3kg，于100℃下烘干4h，备用。
称取玻璃纤维1.5kg，备用。
称取增粘剂1.0kg，备用。
称取抗氧剂30g；润滑剂50g；黑色母100g，成核剂20g，在高速搅拌机中混合均匀，得到助剂混合物；
将干燥后的尼龙树脂、增粘剂与助剂混合物通过高速搅拌机混合均匀，然后通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝44)中，将玻纤通过侧喂料加入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为230℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为420r/min，挤出的料条经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥后切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥箱中于110℃干燥4h后在275℃的温度下注塑成标准色板样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH),放置24h进行状态调节后进行测试常规力学性能，将上述改性粒子在110℃烘料4h后测试熔指，同时将上述粒子在直径是35mm的单螺杆挤出成型设备中生产(温度：275℃、275℃、275℃、275℃、275℃)，保证产品稳定生产时的最大转速衡量其加工性能，将上述测试数据记录在表1。。
实施例5：
称取PA66-EPR27 6.3kg，于100℃下烘干4h，备用。
称取玻璃纤维3.0kg，备用。
称取增粘剂1.0kg，备用。
称取抗氧剂30g；润滑剂50g；黑色母100g，成核剂20g，在高速搅拌机中混合均匀，得到助剂混合物；
将干燥后的尼龙树脂、增粘剂与助剂混合物通过高速搅拌机混合均匀，然后通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝44)中，将玻纤通过侧喂料加入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为230℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为420r/min，挤出的料条经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥后切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥箱中于110℃干燥4h后在275℃的温度下注塑成标准色板样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH),放置24h进行状态调节后进行测试常规力学性能，将上述改性粒子在110℃烘料4h后测试熔指，同时将上述粒子在直径是35mm的单螺杆挤出成型设备中生产(温度：275℃、275℃、275℃、275℃、275℃)，保证产品稳定生产时的最大转速衡量其加工性能，将上述测试数据记录在表1。
比较例1：
称取PA66-EPR27 3.0kg，于100℃下烘干4h，称取PA66-EPR32 4.3kg，于100℃下烘干4h，备用。
称取玻璃纤维2.5kg，备用。
称取抗氧剂30g；润滑剂50g；黑色母100g，成核剂20g，在高速搅拌机中混合均匀，得到助剂混合物；
将干燥后的尼龙树脂、增粘剂与助剂混合物通过高速搅拌机混合均匀，然后通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝44)中，将玻纤通过侧喂料加入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为230℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为420r/min，挤出的料条经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥后切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥箱中于110℃干燥4h后在275℃的温度下注塑成标准色板样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH),放置24h进行状态调节后进行测试常规力学性能，将上述改性粒子在110℃烘料4h后测试熔指，同时将上述粒子在直径是35mm的单螺杆挤出成型设备中生产(温度：275℃、275℃、275℃、275℃、275℃)，保证产品稳定生产时的最大转速衡量其加工性能，将上述测试数据记录在表1。
比较例2：
称取PA66-EPR32 7.3kg，于100℃下烘干4h，备用。
称取玻璃纤维2.5kg，备用。
称取抗氧剂30g；润滑剂50g；黑色母100g，成核剂20g，在高速搅拌机中混合均匀，得到助剂混合物；
将干燥后的尼龙树脂、增粘剂与助剂混合物通过高速搅拌机混合均匀，然后通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝44)中，将玻纤通过侧喂料加入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为230℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为420r/min，挤出的料条经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥后切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥箱中于110℃干燥4h后在275℃的温度下注塑成标准色板样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH),放置24h进行状态调节后进行测试常规力学性能，将上述改性粒子在110℃烘料4h后测试熔指，同时将上述粒子在直径是35mm的单螺杆挤出成型设备中生产(温度：275℃、275℃、275℃、275℃、275℃)，保证产品稳定生产时的最大转速衡量其加工性能，将上述测试数据记录在表1。
比较例3：
称取PA66-EPR27 7.25kg，于100℃下烘干4h，备用。
称取玻璃纤维2.5kg，备用。
称取抗氧剂30g；ADR4468 50g，润滑剂50g；黑色母100g，成核剂20g，在高速搅拌机中混合均匀，得到助剂混合物；
将干燥后的尼龙树脂、增粘剂与助剂混合物通过高速搅拌机混合均匀，然后通过主喂料口加入到双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm，长径比为L/D＝44)中，将玻纤通过侧喂料加入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为230℃、240℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，双螺杆挤出机转速为420r/min，挤出的料条经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥后切粒得到产品。
将上述材料在鼓风干燥箱中于110℃干燥4h后在275℃的温度下注塑成标准色板样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50％RH),放置24h进行状态调节后进行测试常规力学性能，将上述改性粒子在110℃烘料4h后测试熔指，同时将上述粒子在直径是35mm的单螺杆挤出成型设备中生产(温度：275℃、275℃、275℃、275℃、275℃)，保证产品稳定生产时的最大转速衡量其加工性能，将上述测试数据记录在表1。。
表1：性能测试结果。
通过比较实施例1、实施例2和实施例3可以看出增黏剂的加入可以有效降低材料的熔指，这对于提高加工性能有极大的帮助，增粘剂含量从5％增加到10％最高加工转速大幅度提升，继续增加加工效率影响不大，材料的强度略微降低，比例10％是一个比较理想的添加量，通过实施例1、实施例4、实施例5可以看出，该技术在不同品级的材料中均可以起到较为理想的效果，通过实施例1和比较例1、比较例2和比较例3对比可以看出，该方法所制备的挤出级尼龙材料的加工效率远高于常规手段，由此可见该方法在制备挤出级玻纤增强尼龙材料不仅增加了对原料的选择范围，同时对提高生产效率有积极的意义。
Claims (9)
1.一种新型挤出、吹塑级玻纤增强尼龙材料，其特征在于：包括以下按重量百分比计的原料：
2.根据权利要求1所述的一种新型挤出、吹塑级玻纤增强尼龙材料，其特征在于：所述尼龙材料包括：所述尼龙可以是PA6、PA66、PA66和PA6的共聚物、PA610、PA612、PPA中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种新型挤出、吹塑级玻纤增强尼龙材料，其特征在于：所述的玻纤既可以是一种直径10μm，短切长度3mm的表面涂覆硅烷基浸润剂应用在尼龙材料的玻璃纤维也可以是直径10～13μm，长度50～200μm的磨碎玻纤。
4.根据权利要求1所述的一种新型挤出、吹塑级玻纤增强尼龙材料，其特征在于：所述的增黏助剂是一种含有马来酸酐官能基团的高分子量SEEPS，马来酸酐含量1.3％，熔融指数MVR(320℃,21.6kg)：10cm3/10min。
5.根据权利要求1所述的一种新型挤出、吹塑级玻纤增强尼龙材料，其特征在于：所述的抗氧剂是碘化钾、碘化亚铜、溴化钾、氧化亚铜中的一种或几种混合物。
6.根据权利要求1所述的一种新型挤出、吹塑级玻纤增强尼龙材料，其特征在于：所述的黑色母是以PA6位载体的炭黑含量30％的黑母粒。
7.根据权利要求1所述的一种新型挤出、吹塑级玻纤增强尼龙材料，其特征在于：所述的润滑剂是聚酰胺蜡和硅酮粉的1：1的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种新型挤出、吹塑级玻纤增强尼龙材料，其特征在于：所述的成核剂可以起到增加结晶速度，缩短成型周期的作用。
9.根据权利要求1-8任意之一所述新型挤出、吹塑级玻纤增强尼龙材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按配方比例称取干燥后的各原料；通过高速搅拌机混合均匀，备用，称取玻纤备用；
(2)将上述混合原料通过双螺杆挤出机的主喂料口加入，将玻纤通过侧喂料加入，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到所述的挤出、吹塑级玻纤增强尼龙材料。
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