CN109943062A

CN109943062A - 一种高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN109943062A
Application number: CN201910083481.XA
Authority: CN
Inventors: 王研石; 卢文勇
Original assignee: Lechang Wo Fu New Material Co Ltd
Current assignee: Lechang Wo Fu New Material Co Ltd
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2019-06-28

Abstract

本发明涉及复合材料技术领域，具体为一种高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法，所述复合材料由以下原料按照重量份组成：尼龙6、尼龙66、长玻璃纤维、聚丙烯、相容剂、偶联剂、润滑剂、增强填料；其制备方法包括以下步骤：S1、原料干燥；S2、原料熔化混合；S3、原料交融混合；S4、混合挤出；S5、冷却切粒。该制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，提高复合材料的性能，适于工业化生产。

Description

一种高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体为一种高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法。

背景技术

现有技术中，发动机进气管(或称歧管、进气歧管)采用的材料一般有两种，一种是铝合金，具有质量轻、强度高的优点，但铸造时形成的毛坯比较粗糙，进气管内壁不平，对进气量影响较大；另外一种是塑料，质量更轻，比铝合金材料进气管减轻重量达50％以上，内壁不存在粗糙不平的情况，因而发动机动力性能显著提升，材料的制造成本大幅度降低，经济性、排放性能也明显改善，但该类材料目前在耐热、耐久性能方面还存在不足。

聚酰胺纤维俗称尼龙(Nylon)，简称PA，密度1.15g/cm3，是分子主链上含有重复酰胺基团[NHCO]的热塑性树脂总称。聚酰胺6(聚己内酰胺)是最普通的聚酰胺纤维之一，又称尼龙6，其熔点较低，而且工艺温度范围很宽，抗冲击性和抗溶解性比尼龙66塑料要好。浇铸尼龙6是一种利用阴离子聚合方法制备的尼龙6，其广泛用于石油化工、国防工业、机械和纺织等工业领域，是一种重要的工程塑料。但其在耐热性和机械强度方面存在一定缺陷。为了提高浇铸尼龙6的机械特性，经常加入各种各样的改性剂对其进行改性。尼龙材料具有较高的强度和韧性，优异的抗疲劳性及较大幅度的改性范围，在汽车行业具有较好的应用前景，用其研制的汽车用系列产品因具有强度高、弹性好、质量轻、减振、降噪、绝缘、耐磨、抗腐蚀、耐疲劳等优点，已在汽车行业得到广泛的应用，但是国内普通单牌号尼龙材料难以满足高铁的高强度、高韧性、高耐久性等要求。为此，我们提出一种高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法，所述复合材料由以下原料按照重量份组成：

其制备方法包括以下步骤：

S1、原料干燥：

将尼龙6、尼龙66、长玻璃纤维和聚丙烯在82-88℃温度下干燥7-8h，尼龙6、尼龙66、长玻璃纤维和聚丙烯的含水率均小于0.4％；

S2、原料熔化混合：

将尼龙6、尼龙66、聚丙烯和增强填料依次倒入至混炼机中，充入氮气保护，升高温度至245-265℃，启动混炼机开练混合，开练混合55-75min，得到熔融状态的混合物A；

S3、原料交融混合：

将步骤S2中混炼机泄压至常压，将相容剂、偶联剂和润滑剂依次加入混炼机中与混合物A混合，再次充入氮气保护，温度保持在245-265℃，启动混炼机继续开练混合，开练混合2-3h，得到熔融状态的混合物B；

S4、混合挤出：

将步骤S3中得到的混合物B从双螺杆挤出机挤出，同时，从双螺杆挤出机的玻纤入口加入经步骤S1干燥的长玻璃纤维，使之与混合物B混合挤出，得到混合物C；

S5、冷却切粒：

将步骤S4得到的混合物C常温冷却凝固后，经切粒机切割成细小颗粒，再将粒料在65-75℃温度下干燥8-10h，得到高强耐热长玻纤尼龙复合材料。

优选的，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，其接枝度为26-28％。

优选的，所述偶联剂为铝酸酯偶联剂与钛酸酯偶联剂按3:2的比例混合而成。

优选的，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、改性乙撑双硬脂酰胺、改性聚乙烯蜡的一种或两种以上。

优选的，所述增强填料为经硅氧烷处理的玻璃微珠、滑石粉、芳纶纤维按照3:1:2的比例混合而成，且其经研磨成粒径小于0.1mm的颗粒。

优选的，高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法还可以包括如下步骤：

S6、注塑成型：

将步骤S5得到的高强耐热长玻纤尼龙复合材料加热熔融后，倒入相应零件模型的注塑机内注塑成型，然后经冷却后得到高强耐热长玻纤尼龙复合材料产品。

优选的，所述步骤S4中，双螺杆挤出机螺筒内的温度分为三段，且一区段温度为255-265℃，二区段温度为260-270℃，三区段温度为245-255℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的高强耐热长玻纤尼龙复合材料，通过尼龙与聚丙烯相容剂、偶联剂、增强填料等发生协同作用，对尼龙进行改性，以克服尼龙的熔体强度低、抗熔锤能力差、熔体粘度对温度敏感并在熔点附近会突然降低、容易结晶的技术问题，以及克服现有玻璃纤维增强尼龙材料难以吹塑成型和各向异性的技术问题，提升了复合材料的耐冲击性，机械性质强韧，从而赋予了该尼龙复合材料同时具有强化的刚性和硬度、耐热性、尺寸稳定性、抗低温性、耐老化，并适宜于吹塑成型的特性，并使得该尼龙复合材料适合吹塑成型，能满足各种汽车、仪器仪表、电子电气等结构部件对更高性能的要求。该制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，提高复合材料的性能，适于工业化生产。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供如下技术方案：

实施例1

其制备方法包括以下步骤：

S1、原料干燥：

将尼龙6、尼龙66、长玻璃纤维和聚丙烯在82℃温度下干燥7h，尼龙6、尼龙66、长玻璃纤维和聚丙烯的含水率均小于0.4％；

S2、原料熔化混合：

将尼龙6、尼龙66、聚丙烯和增强填料依次倒入至混炼机中，充入氮气保护，升高温度至245℃，启动混炼机开练混合，开练混合55min，得到熔融状态的混合物A；

S3、原料交融混合：

将步骤S2中混炼机泄压至常压，将相容剂、偶联剂和润滑剂依次加入混炼机中与混合物A混合，再次充入氮气保护，温度保持在245℃，启动混炼机继续开练混合，开练混合2h，得到熔融状态的混合物B；

S4、混合挤出：

S5、冷却切粒：

将步骤S4得到的混合物C常温冷却凝固后，经切粒机切割成细小颗粒，再将粒料在65℃温度下干燥8h，得到高强耐热长玻纤尼龙复合材料。

相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，其接枝度为26％；偶联剂为铝酸酯偶联剂与钛酸酯偶联剂按3:2的比例混合而成；润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、改性乙撑双硬脂酰胺、改性聚乙烯蜡的一种或两种以上；增强填料为经硅氧烷处理的玻璃微珠、滑石粉、芳纶纤维按照3:1:2的比例混合而成，且其经研磨成粒径小于0.1mm的颗粒；步骤S4中，双螺杆挤出机螺筒内的温度分为三段，且一区段温度为255℃，二区段温度为260℃，三区段温度为245℃。

高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法还可以包括如下步骤：

S6、注塑成型：

实施例2

其制备方法包括以下步骤：

S1、原料干燥：

将尼龙6、尼龙66、长玻璃纤维和聚丙烯在85℃温度下干燥7.5h，尼龙6、尼龙66、长玻璃纤维和聚丙烯的含水率均小于0.4％；

S2、原料熔化混合：

将尼龙6、尼龙66、聚丙烯和增强填料依次倒入至混炼机中，充入氮气保护，升高温度至255℃，启动混炼机开练混合，开练混合65min，得到熔融状态的混合物A；

S3、原料交融混合：

将步骤S2中混炼机泄压至常压，将相容剂、偶联剂和润滑剂依次加入混炼机中与混合物A混合，再次充入氮气保护，温度保持在255℃，启动混炼机继续开练混合，开练混合2.5h，得到熔融状态的混合物B；

S4、混合挤出：

S5、冷却切粒：

将步骤S4得到的混合物C常温冷却凝固后，经切粒机切割成细小颗粒，再将粒料在70℃温度下干燥9h，得到高强耐热长玻纤尼龙复合材料。

相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，其接枝度为27％；偶联剂为铝酸酯偶联剂与钛酸酯偶联剂按3:2的比例混合而成；润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、改性乙撑双硬脂酰胺、改性聚乙烯蜡的一种或两种以上；增强填料为经硅氧烷处理的玻璃微珠、滑石粉、芳纶纤维按照3:1:2的比例混合而成，且其经研磨成粒径小于0.1mm的颗粒；步骤S4中，双螺杆挤出机螺筒内的温度分为三段，且一区段温度为260℃，二区段温度为265℃，三区段温度为250℃。

S6、注塑成型：

实施例3

其制备方法包括以下步骤：

S1、原料干燥：

将尼龙6、尼龙66、长玻璃纤维和聚丙烯在88℃温度下干燥8h，尼龙6、尼龙66、长玻璃纤维和聚丙烯的含水率均小于0.4％；

S2、原料熔化混合：

将尼龙6、尼龙66、聚丙烯和增强填料依次倒入至混炼机中，充入氮气保护，升高温度至265℃，启动混炼机开练混合，开练混合75min，得到熔融状态的混合物A；

S3、原料交融混合：

将步骤S2中混炼机泄压至常压，将相容剂、偶联剂和润滑剂依次加入混炼机中与混合物A混合，再次充入氮气保护，温度保持在265℃，启动混炼机继续开练混合，开练混合3h，得到熔融状态的混合物B；

S4、混合挤出：

S5、冷却切粒：

将步骤S4得到的混合物C常温冷却凝固后，经切粒机切割成细小颗粒，再将粒料在75℃温度下干燥10h，得到高强耐热长玻纤尼龙复合材料。

相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，其接枝度为28％；偶联剂为铝酸酯偶联剂与钛酸酯偶联剂按3:2的比例混合而成；润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、改性乙撑双硬脂酰胺、改性聚乙烯蜡的一种或两种以上；增强填料为经硅氧烷处理的玻璃微珠、滑石粉、芳纶纤维按照3:1:2的比例混合而成，且其经研磨成粒径小于0.1mm的颗粒；步骤S4中，双螺杆挤出机螺筒内的温度分为三段，且一区段温度为265℃，二区段温度为270℃，三区段温度为255℃。

S6、注塑成型：

为体现本发明的有益效果，做出如下实验：

本发明人将按照实施例1-3的制作方法经同一注塑模具制得复合材料试样，同时，选用市面上售卖的两种不同品牌的高强耐热长玻纤尼龙复合材料经同一注塑模具制得复合材料试样，试样尺寸为120mm*80mm*6mm，作为对比例1和对比例2，进行性能测试，得到如下表1所示结果：

表1

由表1数据可知，实施例1-3所制得的高强度耐热长玻纤尼龙复合材料产品的弹性模量、拉伸强度、弯曲模量、冲击强度和热变形性能均优于对比例1-2的高强度耐热长玻纤尼龙复合材料产品，因此，本发明提供的长玻纤尼龙复合材料其具有更优的高强耐热性能。

本发明提供的高强耐热长玻纤尼龙复合材料，通过尼龙与聚丙烯相容剂、偶联剂、增强填料等发生协同作用，对尼龙进行改性，以克服尼龙的熔体强度低、抗熔锤能力差、熔体粘度对温度敏感并在熔点附近会突然降低、容易结晶的技术问题，以及克服现有玻璃纤维增强尼龙材料难以吹塑成型和各向异性的技术问题，提升了复合材料的耐冲击性，机械性质强韧，从而赋予了该尼龙复合材料同时具有强化的刚性和硬度、耐热性、尺寸稳定性、抗低温性、耐老化，并适宜于吹塑成型的特性，并使得该尼龙复合材料适合吹塑成型，能满足各种汽车、仪器仪表、电子电气等结构部件对更高性能的要求。该制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，提高复合材料的性能，适于工业化生产。

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、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料由以下原料按照重量份组成：

其制备方法包括以下步骤：

S1、原料干燥：

S2、原料熔化混合：

S3、原料交融混合：

S4、混合挤出：

S5、冷却切粒：

2.根据权利要求1所述的一种高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，其接枝度为26-28％。

3.根据权利要求1所述的一种高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：所述偶联剂为铝酸酯偶联剂与钛酸酯偶联剂按3:2的比例混合而成。

4.根据权利要求1所述的一种高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、改性乙撑双硬脂酰胺、改性聚乙烯蜡的一种或两种以上。

5.根据权利要求1所述的一种高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：所述增强填料为经硅氧烷处理的玻璃微珠、滑石粉、芳纶纤维按照3:1:2的比例混合而成，且其经研磨成粒径小于0.1mm的颗粒。

6.根据权利要求1所述的一种高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法还可以包括如下步骤：

S6、注塑成型：

7.根据权利要求1所述的一种高强耐热长玻纤尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，双螺杆挤出机螺筒内的温度分为三段，且一区段温度为255-265℃，二区段温度为260-270℃，三区段温度为245-255℃。