CN110041696B - 一种聚酰胺复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚酰胺复合材料，按重量份计，包括以下组分：共混聚酰胺100份；多元醇、多元胺、氨基酸中的至少一种2‑15份；高分子相态改性剂2‑25份；所述的共混聚酰胺由半芳香族聚酰胺和脂肪族聚酰胺共混组成。本发明的聚酰胺复合材料通过对其进行相态改性，减少微观结构中折光率不同的相态的改变，从而减少了因折光率不同的相态界面而导致的光的散射，因此增加了透光率，具有优良的激光焊接功能。

Description

一种聚酰胺复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种聚酰胺复合材料及其制备方法。
背景技术
聚酰胺是目前使用量最大的工程塑料品种之一，广泛应用于电子电器、汽车、家电、体育用品等领域。随着车载零部件的结构复杂度提高，很难甚至不可能使用直接注塑的方式制得，因此需要将部件进行激光焊接。与传统的塑料焊接工艺相比，激光透射焊接技术具有许多优点：焊接速度快、良好的焊接质量、清洁、无振动。因此，该焊接工艺在塑料精密部件，尤其在汽车部件的连接中得到广泛的应用，如汽车钥匙、涡轮增压废气门执行器、汽车燃油管路系统等。
激光焊接的最重要的指标是激光焊接强度，激光焊接性能好表现为最终焊接的强度与材料本体强度越接近越好，相对焊接强度超过80%可认为激光焊接性能很好。而良好焊接性能的获得在很大程度上取决于材料的激光透过率，越高的激光透过率材料的激光焊接性能越好。树脂组合物中，影响激光透过率的因素主要因自身微观相态、添加剂及填充物带来的折光率的不同，导致光的透过率差异。
对于激光焊接塑料材料而言，目前关注有通过色粉体系的调整，以达到减少色粉对体系透光率的影响，以提高激光焊接效果。例如专利CN 105400189A便公开了一种能透射激光束的树脂组合物及透光性黑色塑料制品，专利CN 108884315 A公开了一种黑色聚酰胺组合物，采用含铬偶氮染料制备可用于激光焊接的材料。但是，在材料中加入色粉体系，材料的透光率会明显降低，无法从本质上改善体系的透光率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种聚酰胺复合材料，其具有优良的激光焊接功能。
本发明的另一目的在于，提供上述聚酰胺复合材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种聚酰胺复合材料，按重量份计，包括以下组分：
共混聚酰胺 100份；
多元醇、多元胺、氨基酸中的至少一种 2-15份；
高分子相态改性剂 2-25份；
所述的共混聚酰胺由半芳香族聚酰胺和脂肪族聚酰胺共混组成。
在半芳香族聚酰胺和脂肪族聚酰胺共混下，加入多元醇、多元胺、氨基酸中的至少一种和高分子相态改性剂对聚酰胺组合物的相态进行影响，减少微观结构相态的界面，从而减少了相态过渡而引发的光散射，增加透光率。
所述的高分子相态改性剂选自聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、聚酮、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚有机硅氧烷、乙烯-乙烯醇共聚物的至少一种；
优选的，所述的高分子相态改性剂选自聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、聚酮中的至少一种，其与聚酰胺基体具有良好的相容性，可减少不同相态的界面，抑制光散射，增加透光率；
所述的聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物可为线形高分子或支化高分子。
本发明的聚酮可以是一氧化碳和乙烯进行聚合反应得到的聚合物。一般来说，聚酮的分子量约为104~106，熔点为260℃左右。
所述的共混聚酰胺中，半芳香族聚酰胺占共混聚酰胺的重量百分比为30%-90%；
优选的，半芳香族聚酰胺占共混聚酰胺的重量百分比为50%-70%。
半芳香族聚酰胺占共混聚酰胺的总量对于微观结构的影响是关键的，在优选的含量范围下复配高分子相态改性剂和多元醇、多元胺、氨基酸中的至少一种更能够促进微观结构的改变，减少折光率不同的相态界面，进而增加了透光率。
所述的共混聚酰胺中，半芳香族聚酰胺选自PA6T/66、PA6I、PA6T/6I、PA6T/M5T、PA9T、PA9T/66、PA10T、PA10T/66、PA10T/10I、PA10T/1010、PA12T、PA12I中的至少一种，所述的脂肪族聚酰胺选自PA6、PA66、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212、PA11、PA12中的至少一种。
所述的多元醇选自二元醇、三元醇、羟基数量大于等于四的多元醇、聚多元醇中的至少一种；所述的二元醇选自1，2-乙二醇、1，3-丙二醇、2，3-丁二醇、1，5-戊二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、聚醚二醇类中的至少一种；所述的三元醇选自甘油、三羟甲基丙烷、2，3-二(2′-羟乙基)环己烷-1-醇、1，2，6-己三醇、1，1，1-三-(羟甲基)乙烷、3-(2′-羟乙氧基)丙烷-1，2-二醇、3-(2′-羟丙氧基)丙烷-1，2-二醇、2-(2′- 羟乙氧基)己烷-1，2-二醇、6-(2′-羟丙氧基)己烷-1，2-二醇、1，1，1-三[(2′-羟乙氧基)甲基]乙烷、1，1，1-三[(2′-羟丙氧基)甲基]丙烷、1，1，1-三(4′-羟苯基)乙烷、1，1，1- 三(羟苯基)丙烷、1，1，5-三(羟苯基)-3-甲基戊烷、三羟甲基丙烷乙氧基化物、三羟甲基丙烷丙氧基化物中的至少一种；所述的羟基数量大于等于四的多元醇选自1，1，3-三(二羟基-3-甲基苯基)丙烷、1，1，4- 三(二羟基苯基)丁烷、二(三羟甲基丙烷)中的至少一种；所述的聚多元醇选自1,1,3,3-四（甲氧基）丙烷、季戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇中的至少一种。
所述的多元胺选自二元胺、三元胺、氨基数量大于等于四的多元胺中的至少一种；所述的二元胺选自1，2-乙二胺、1，3-丙二胺、1，6-己二胺、1，9-壬二胺、1，10-癸二胺，间苯二甲胺中的至少一种；所述的三元胺选自二亚乙基三胺、二亚丙基三胺、2-氨基-丁二胺中的至少一种；所述的氨基数量大于等于四的多元胺选自三亚乙基四胺、三亚丙基四胺中的至少一种。
所述的氨基酸选自甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸中的至少一种；优选的，所述的氨基酸选自丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、赖氨酸中的至少一种。
多元醇、多元胺、氨基酸的用量可以是2份、5份、8份、12份、15份中任意数，主要根据聚酰胺的种类、高分子相态改性剂的种类、用量而调整。
如果需要提高聚酰胺复合材料的力学性能，按重量份计，还包括0-50重量份的填充剂；所述的填充剂选自玻璃纤维、钛酸钾晶须、玻璃微珠、玻璃鳞片、滑石粉、云母、高岭土、二氧化硅、硅灰土、硅藻土或碳酸钙中的至少一种。
根据聚酰胺复合材料的其他性能的需求，按重量份计，还包括1-10份的助剂；所述的助剂选自色粉、抗氧剂、润滑剂、抗紫外线剂中的至少一种；
所述的色粉选自偶氮络合物、胺基酮、萘环酮、吡啶蒽酮、喋啶、钒酸铋、苝、酞青蓝、酞青绿、蒽醌、群青紫、芘酮、金属络合物、钛白粉、硫化锌、苯胺黑、碳黑、偶氮橙中的至少一种。
所述的润滑剂选自硬脂酸盐类润滑剂、脂肪酸类润滑剂、硬脂酸酯类润滑剂、硅酮类润滑剂中的至少一种；所述的硬脂酸盐类润滑剂选自硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌中的至少一种；所述的脂肪酸类润滑剂选自脂肪酸、脂肪酸衍生物、脂肪酸酯中的至少一种；所述的硬脂酸酯类润滑剂选自季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种；所述的硅酮类润滑剂选自分子量范围是500-1000。
优选的，所述的润滑剂选自脂肪酸类润滑剂、硬脂酸酯类润滑剂中的至少一种。
抗氧剂包括主抗氧剂或稳定剂(如受阻酚和/或仲芳基胺)和任选的辅助抗氧化剂(例如磷酸酯和/或硫酯)。合适的抗氧化剂包括例如有机磷酸酯，例如亚磷酸三(壬基苯基)酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、二(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯等等，烷基化的一元酚或多元酚；多元酚与二烯的烷基化反应产物，例如四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷等等；对甲酚或二环戊二烯的丁基化反应产物；烷基化氢醌；羟基化硫代二苯醚；烷叉双酚；苄基化合物；β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸与一元醇或多元醇的酯；β-(5-叔丁基-4-羟基-3-甲基苯基)-丙酸与一元醇或多元醇的酯；硫烷基或硫芳基化合物的酯，例如二硬脂基硫代丙酸酯、二月桂基硫代丙酸酯、二(十三烷基)硫代丙酸酯、十八烷基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯、季戊四醇-四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)]丙酸酯等等；β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸的酰胺等等；或者包含至少一种前述抗氧化剂的组合。
合适的抗紫外线剂包括例如羟基二苯甲酮类；羟基苯并三唑类；羟基苯并三嗪类；氰基丙烯酸酯类；草酰二苯胺类；苯并噁嗪酮类；2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚(CYASORM 5411)；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(CYASORM 531)；2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)苯酚(1164)；2,2’-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮)( CYASORM UV-3638)；1,3-双[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]-2，2-双[[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]甲基]丙烷(UVINUL 3030)；纳米尺寸的无机材料，例如氧化钛、氧化铈和氧化锌，所有这些的粒度小于100nm，或类似物；或含至少一种前述抗紫外线剂的组合。
上述的聚酰胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：将共混聚酰胺、（多元醇、多元胺、氨基酸中的至少一种）、高分子相态改性剂、助剂混合均匀，再通过双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度：280-350℃，转速：200-600 rpm，得到聚酰胺复合材料。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果
本发明通过半芳香族聚酰胺和脂肪族聚酰胺共混，并加入（多元醇、多元胺、氨基酸中的至少一种）、高分子相态改性剂来改善聚酰胺组合物中的微观结构的相态，减少微观结构中折光率不同的相态的改变，从而减少了因折光率不同的相态界面而导致的光的散射，因此增加了透光率，增强了激光焊接性能。
附图说明
图1：激光焊接时激光透过示意图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的技术方案，以下实施例进行举例，但是不能理解为对本发明进行限制。
本发明所用的原料如下：
PA6T/66：PPA A-6000；
PA1010：RILSAN TMFO F；
PA6T/6I: PPA A-1007；
PA6：PA6 VOLGAMID27；
多元醇：三季戊四醇；
多元胺：三亚乙基四胺；
氨基酸：丝氨酸；
乙烯-乙烯醇共聚物：AT4403B；
聚氧乙烯：Ncepowd WSR-205 PEG-14M；
聚酮：Hyosung Polyketone M330A；
聚乙烯亚胺：EPOMIN SP-012；
色粉：偶氮橙，H554；
抗氧剂：受阻酚，IRGANOX 1098；
润滑剂：硅酮类润滑剂，分子量为500-1000，MB50-002；
实施例和对比例聚酰胺复合材料的制备方法：按照表1配比，将一种或多种聚酰胺、（多元醇、多元胺、氨基酸中的至少一种）、高分子相态改性剂、助剂混合均匀，再通过双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度：280-350℃，转速：200-600 rpm，得到聚酰胺复合材料。
各项性能测试方法：
（1）激光透过率（940nm/1064nm）：制备1mm厚度的标准色板，激光透光率测试参照标准ISO 13468-2，使用近红外光谱测试仪，获得940nm及1064nm的透光率。
（2）相对激光焊接强度：将复合材料注塑成标准试样（尺寸为125mm×13mm×2mm），制成样品均为透射激光样条，采用Nd：YAG激光器对搭接样条进行激光焊接，焊接速率采用30mm/s，焊接样条依照国家标准ISO 527-2进行拉伸强度测试，并与样条本体强度进行比较，焊接样条拉伸强度：样条本体拉伸强度的比值为相对焊接强度。
表1：实施例和对比例聚酰胺复合材料各组分配比（重量份）及各项性能测试结果
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
PA6T/66 25 30 50 70 90 70 70 70
PA6T/6I - - - - - - - -
PA6 - - - - - - - -
PA1010 75 70 50 30 10 30 30 30
多元醇 5 5 5 5 5 5 5 5
多元胺 - - - - - - - -
氨基酸 - - - - - - - -
乙烯-乙烯醇共聚物 15 15 15 15 15 - - -
聚氧乙烯 - - - - - 15 - -
聚酮 - - - - - - 15 -
聚乙烯亚胺 - - - - - - - 15
抗氧剂 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
润滑剂 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
色粉 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
激光透过率，% 48 59 71 70 62 60 74 75
相对激光焊接强度，% 70 81 86 87 82 81 90 91
续表1
实施例9 实施例10 实施例11 实施例12 实施例13 对比例1 对比例2 对比例3
PA6T/66 - - 70 - 60 100 70 70
PA6T/6I 60 50 - 50 - - - -
PA6 - 20 30 50 10 - - -
PA1010 40 30 - - 30 - 30 30
多元醇 - - - 15 2 5 - 5
多元胺 4 - 10 - 2 - - -
氨基酸 - 5 - - - - - -
乙烯-乙烯醇共聚物 - - - - - 15 15 -
聚氧乙烯 8 - - - - - - -
聚酮 - 20 - 10 10 - - -
聚乙烯亚胺 - - 10 - - - - -
抗氧剂 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
润滑剂 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
色粉 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
激光透过率，% 67 69 68 67 73 32 34 31
相对激光焊接强度，% 85 87 86 85 88 52 50 47
从实施例1-5可以看出，当半芳香族聚酰胺占共混聚酰胺的重量百分比为30%-90%时，激光焊接性能较好；优选的，半芳香族聚酰胺占共混聚酰胺的重量百分比为50%-70%时，激光焊接性能最好。从对比例1可以看出，只有半芳香族聚酰胺和脂肪族聚酰胺复配使用，高分子相态改性剂和（多元醇、多元胺、氨基酸）才能有效的改善基体树脂的相态，以提高激光透过率，提升激光焊接性能。
从实施例4/6/7/8可以看出，优选的高分子相态改性剂，对于改善基体树脂的相态更有利，激光焊接性能更好。
从对比例2/3可以看出，高分子相态改性剂和（多元醇、多元胺、氨基酸）需要相互复配才具有改善基体树脂相态的效果。

Claims (12)

1.一种聚酰胺复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
共混聚酰胺 100份；
多元醇、多元胺、氨基酸中的至少一种 2-15份；
高分子相态改性剂 2-25份；
所述的共混聚酰胺由半芳香族聚酰胺和脂肪族聚酰胺共混组成；
所述的高分子相态改性剂选自聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、聚酮、乙烯-乙烯醇共聚物、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚有机硅氧烷的至少一种。
2.根据权利要求1所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的高分子相态改性剂选自聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、聚酮中的至少一种；所述的聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物为线形高分子或支化高分子。
3.根据权利要求1所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的共混聚酰胺中，半芳香族聚酰胺占共混聚酰胺的重量百分比为30%-90%。
4.根据权利要求3所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，半芳香族聚酰胺占共混聚酰胺的重量百分比为50%-70%。
5.根据权利要求1所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的共混聚酰胺中，半芳香族聚酰胺选自PA6T/66、PA6I、PA6T/6I、PA6T/M5T、PA9T、PA9T/66、PA10T、PA10T/66、PA10T/10I、PA10T/1010、PA12T、PA12I中的至少一种，所述的脂肪族聚酰胺选自PA6、PA66、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212、PA11、PA12中的至少一种。
6. 根据权利要求1所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的多元醇选自二元醇、三元醇、羟基数量大于等于四的多元醇、聚多元醇中的至少一种；所述的二元醇选自1，2-乙二醇、1，3-丙二醇、2，3-丁二醇、1，5-戊二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、聚醚二醇类中的至少一种；所述的三元醇选自甘油、三羟甲基丙烷、2，3-二(2′-羟乙基)环己烷-1-醇、1，2，6-己三醇、1，1，1-三-(羟甲基)乙烷、3-(2′-羟乙氧基)丙烷-1，2-二醇、3-(2′-羟丙氧基)丙烷-1，2-二醇、2-(2′- 羟乙氧基)己烷-1，2-二醇、6-(2′-羟丙氧基)己烷-1，2-二醇、1，1，1-三[(2′-羟乙氧基)甲基]乙烷、1，1，1-三[(2′-羟丙氧基)甲基]丙烷、1，1，1-三(4′-羟苯基)乙烷、1，1，1- 三(羟苯基)丙烷、1，1，5-三(羟苯基)-3-甲基戊烷、三羟甲基丙烷乙氧基化物、三羟甲基丙烷丙氧基化物中的至少一种；所述的羟基数量大于等于四的多元醇选自1，1，3-三(二羟基-3-甲基苯基)丙烷、1，1，4- 三(二羟基苯基)丁烷、二(三羟甲基丙烷)中的至少一种；所述的聚多元醇选自季戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的多元胺选自二元胺、三元胺、氨基数量大于等于四的多元胺中的至少一种；所述的二元胺选自1，2-乙二胺、1，3-丙二胺、1，6-己二胺、1，9-壬二胺、1，10-癸二胺，间苯二甲胺中的至少一种；所述的三元胺选自二亚乙基三胺、二亚丙基三胺、2-氨基-丁二胺中的至少一种；所述的氨基数量大于等于四的多元胺选自三亚乙基四胺、三亚丙基四胺中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的氨基酸选自甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的氨基酸选自丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、赖氨酸中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，按重量份计，还包括0-50重量份的填充剂；所述的填充剂选自玻璃纤维、钛酸钾晶须、玻璃微珠、玻璃鳞片、滑石粉、云母、高岭土、二氧化硅、硅灰土、硅藻土或碳酸钙中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，按重量份计，还包括1-10份的助剂；所述的助剂选自色粉、抗氧剂、润滑剂、抗紫外线剂中的至少一种；所述的色粉选自偶氮络合物、胺基酮、萘环酮、吡啶蒽酮、喋啶、钒酸铋、苝、酞青蓝、酞青绿、蒽醌、群青紫、芘酮、金属络合物、钛白粉、硫化锌、苯胺黑、碳黑、偶氮橙中的至少一种。
12. 权利要求11所述的聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将多元醇、多元胺、氨基酸中的至少一种，与共混聚酰胺、高分子相态改性剂、助剂混合均匀，再通过双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度：280-350℃，转速：200-600 rpm，得到聚酰胺复合材料。
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