CN110079081B - 具有减少的辐射噪声的聚酰胺树脂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有减少的辐射噪声的聚酰胺树脂组合物，基于整个树脂组合物，该聚酰胺树脂组合物包含50至66wt％的聚酰胺66、30至40wt％的玻璃纤维和3至5wt％的减振无机材料。该减振无机材料选自由以下各项组成的群：氧化锑(Sb2O3)、硫酸钡(BaSO4)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、二氧化钛(TiO2)和氧化铁(Fe2O3)。
Description
相关申请的引用
根据35 U.S.C.§119，本申请要求于2018年1月25日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2018-0009054的优先权，其公开内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开涉及具有减少的辐射噪声的聚酰胺树脂组合物，更具体地涉及这样的具有减少的辐射噪声的聚酰胺树脂组合物：其包含聚酰胺66、玻璃纤维和减振无机材料并且抑制由车辆发动机部件产生的辐射噪声。
背景技术
一般而言，在车辆的发动机室中安装有运行车辆需要的各种装置，例如驾驶需要的发动机、利用由发动机产生的能量的传动装置、与燃料和废气的流入和排出相关的吸入和排出装置以及对由发动机产生的热进行有效处理的冷却装置。
其中，发动机起最重要的作用，其通过燃烧汽车燃料产生驱动力。发动机包括：气缸体，其具有在其中形成的多个缸膛；活塞，其插入气缸体的每个缸膛中并往复运动；气缸盖，其设置于气缸体的上端部并形成多个燃烧室，其与其中的每个缸膛相对应；曲轴箱，其设置于气缸体的下部、具有与活塞相连的曲轴并且将活塞的往复运动转化为活塞的旋转运动，等。
由于在发动机被驱动时会产生活塞在气缸中的上下运动和曲轴的旋转运动，它们伴随着强力，因此发动机自身中会产生大的振动。同时，由振动从部件表面产生旋转声音，激振力越高，辐射声的幅度就越高，因此声音变为噪音形式。
特别地，由于汽车工业中的趋势，其中将用来增加输出和扭矩同时减小发动机尺寸的各种技术结合，因此发动机的振动进一步加剧，并且由于振动引起的噪声的幅度也进一步增加。
因此，具有与金属相比相对更佳减振能力和更高阻尼比的聚合物被应用至气缸盖、正时皮带/正时链罩以及发动机油盘部件，它们为安装在汽车发动机上的外罩部件。
根据相关领域，发动机部件中通常使用的材料为玻璃纤维强化的聚酰胺66，并且减振能力水平仅处于3.0至3.5％的阻尼比水平。
因此，本公开致力于相对于3.0至3.5％的阻尼比水平(其为根据相关领域的材料的阻尼能力水平)而言通过显著改进减振能力来抑制由发动机表面产生的振动的幅度，并降低辐射声的幅度。
发明内容
本公开致力于提供具有减少的辐射噪声的聚酰胺树脂组合物，其通过降低由发动机表面产生的振动的幅度并抑制振动变为辐射声的程度来降低噪声幅度。
根据本公开的一个示例性实施方式，具有减少的辐射噪声的聚酰胺树脂组合物包含：基于整个树脂组合物，50至66wt％的聚酰胺66、30至40wt％的玻璃纤维和3至5wt％的减振无机材料。
可以进一步包含0.3至1.0wt％的氨基硅烷偶联剂。
聚酰胺66可以具有2.7至3.5的相对粘度。
聚酰胺66可以具有20,000至50,000的数均分子量。
玻璃纤维可以具有8至15μm的直径。
玻璃纤维可以具有2至5mm的长度。
减振无机材料可以选自氧化锑(Sb2O3)、硫酸钡(BaSO4)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、二氧化钛(TiO2)和氧化铁(Fe2O3)。
减振无机材料可以具有3.0至6.0的比重。
根据本公开的具有减少的辐射噪声的聚酰胺树脂组合物通过减小由发动机部件的表面产生的振动的幅度以抑制振动变为辐射声的程度，从而提供降低噪声幅度的效果。
本公开旨在解决的技术问题并不局限于以上提到的技术问题，本领域普通技术人员根据本公开的描述将会容易地理解未提到的其他技术问题。
附图说明
图1是一个剖视图，其中由部件振动产生辐射噪声。
图2是示出根据本公开的一个示例性实施方式的样品的振动测试方法的示意图。
图3是示出根据本公开的一个示例性实施方式的样品的振动测试测量的示意图。
图4是示出根据本公开的振动测试结果的图。
图5是示出计算根据本公开的一个示例性实施方式的减振特性的方法的图。
具体实施方式
在下文中，将详细地描述本公开的示例性实施方式。在描述之前，说明书和权利要求书中所使用的术语或词语不应理解为限制为一般含义或词典含义，根据发明人可适当地定义术语的概念的原则应理解为符合本公开的技术精神的含义和概念，以便以最佳方法来描述他/她自己的发明。因此，由于本说明书中所述的示例性实施方式仅仅是本公开最优选的示例性实施方式，并不代表本公开的所有技术精神，因此应理解，可替代这些示例性实施方式的各种等价物和改进的实例在提交本申请时是可能的。
当用来增加输出和扭矩同时减小发动机的尺寸的各种技术被结合时，发动机的振动进一步加剧，并且由振动引起的噪声的幅度也进一步增加。
图1是一个剖视图，其中由部件振动产生辐射噪声，图1中的发动机部件可以是气缸盖、正时皮带/正时链罩以及发动机油盘部件，它们为安装在汽车发动机上的外罩部件。通过图1可以确定，随着发动机部件在驱动发动机过程中上下振动，由部件表面的振动产生辐射声。振动和辐射噪声可大大影响车辆的耐用性和稳定性，而本公开致力于解决该问题。
根据相关领域，相对于金属具有相对更佳减振能力和更高阻尼比的聚合物被应用至气缸盖、正时皮带/正时链罩以及发动机油盘部件，它们为安装在汽车发动机上的外罩部件。特别地，聚合物为玻璃纤维强化的聚酰胺66，而减振能力水平仅处于3.0至3.5％的阻尼比水平。
因此，本公开致力于相对于3.0至3.5％的阻尼比水平(其为根据相关领域的材料的阻尼能力水平)而言，通过显著改进减振能力来抑制由发动机表面产生的振动的幅度，并降低辐射声的幅度。
在下文中，将详细地描述本公开。本公开涉及具有减少的辐射噪声的聚酰胺树脂组合物。
在本公开中，应用减振无机材料以改进聚酰胺66材料的减振能力，并且同时，使用偶联剂来增强无机材料与树脂之间的相容性。
也就是说，使用根据本公开的组合物制造的塑料发动机部件可以通过在由活塞与曲轴之间的运动产生的振动被转移至塑料部件时降低振动的幅度以抑制振动变为辐射声的程度，从而获得降低噪声幅度的效果。
当更具体地描述本公开时，提供了一种具有减少的辐射噪声的聚酰胺树脂组合物，基于整个树脂组合物，包含50至66wt％的聚酰胺66、30至40wt％的玻璃纤维和3至5wt％的减振无机材料。
在本公开中，可以进一步包含0.3至1.0wt％的氨基硅烷偶联剂。根据本公开的氨基硅烷偶联剂用来增强聚酰胺66与减振无机材料之间的相容性，可能会出现这样的问题：当氨基硅烷偶联剂以小于0.3wt％的量存在时，树脂的分散性会由于相容性不足而劣化，当氨基硅烷偶联剂以大于1.0wt％的量存在时，表面特性会由于氨基硅烷偶联剂会从表面流出并产生气体的问题而劣化。另外，氨基硅烷偶联剂可以是基于硅烷的材料，其具有有机官能团，例如乙烯基、环氧基、巯基和胺基。另外，使用由Dow Corning Corporation制造的z-6121作为本公开中的氨基硅烷偶联剂。
在本公开中，聚酰胺66可以具有2.7至3.5的相对粘度(20℃下1g聚酰胺66树脂在100ml 96％的硫酸中的溶液)。更具体地，本公开的组合物具有这样的问题：当所用聚酰胺66具有小于2.7的相对粘度时，硬度、冲击强度以及耐热性劣化，而当聚酰胺66具有大于3.5的相对粘度时，在模制机中的螺杆与树脂之间产生过量的摩擦热，树脂会分解，否则模制需要高压，因此由于在模制机与模具之间产生过大的力而难以进行注塑。因此，在本公开中，聚酰胺66的相对粘度被限制为2.7至3.5，但是并不局限于此。
聚酰胺66可以具有20,000至50,000的数均分子量。当聚酰胺66具有小于20,000的数均分子量时，就会出现硬度劣化的问题，当聚酰胺66具有大于50,000的数均分子量时，流动性由于高粘度而不佳，因此在熔融捏合过程中可能会发生问题。因此在本公开中，聚酰胺66的数均分子量被限制为20,000至50,000，但是并不局限于此。另外，使用由AscendLaboratories制造的PA66Vydyne 50BW作为聚酰胺66，并且为了制备根据本公开的树脂组合物，PA66Vydyne 50BW制备为碎片的形式，并在除湿型干燥器中充分干燥之后使用。
在本公开中，玻璃纤维可以具有8至15μm的直径，并且呈切段形式。当玻璃纤维具有小于8μm的直径时就会出现问题，玻璃纤维容易断裂，因此硬度不会充分增强，而当玻璃纤维具有大于15μm的直径时，玻璃纤维则不容易断裂，因此硬度被增强，但是由于玻璃纤维从其表面突出的问题因此可能不会获得优异的外观质量。因此在本公开中，玻璃纤维的直径被限制为8至15μm，但是并不局限于此。
玻璃纤维可以具有2至5mm的长度。当玻璃纤维具有小于2mm的长度时就会出现问题，由于玻璃纤维的长度较短因此它不足以增强硬度，而当玻璃纤维具有大于5mm的长度时，硬度被增强，但是由于玻璃纤维较长并突出的问题因此可能不会获得优异的外观质量。因此在本公开中，玻璃纤维的长度被限制为2至5mm，但是并不局限于此。
基于整个聚酰胺树脂组合物，玻璃纤维的含量可以是30至40wt％。当玻璃纤维的含量小于30wt％时就会出现问题，赋予硬度的作用可能会极小，而当玻璃纤维的含量大于40wt％时，赋予硬度的作用是优异的，但是玻璃纤维会从其表面突出，因此外观质量可能会劣化，并且模制制品可能会频繁发生翘曲和扭曲。因此，根据本公开的玻璃纤维的含量被限制为30至40wt％，但是并不局限于此。另外，使用由KCC Corporation制造的CS311作为根据本公开的玻璃纤维，并使用经偶联处理剂处理的表面作为表面。
本公开包括减振无机材料。在本公开中，减振无机材料用来增强强化聚酰胺树脂组合物的表面特性的作用和阻挡振动传递的作用。也就是说，在本公开中，玻璃纤维用来加强聚酰胺树脂组合物的强度，但是当仅使用玻璃纤维时，由于玻璃纤维从其表面突出、流痕等，难以确保优异的表面特性，因此添加减振无机材料以增强阻隔噪音的作用。
根据本公开，减振无机材料可以选自氧化锑(Sb2O3)、硫酸钡(BaSO4)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、二氧化钛(TiO2)和氧化铁(Fe2O3)。
但是，减振无机材料的比重与基础聚合物的比重之间的差别越高，振动被阻止转移的现象就越容易发生，因此优选使用具有较高比重的减振无机材料。更具体地，如果包括与基础聚合物相比具有大的比重差的添加剂，就会发生基质中的振动被阻止转移的阻抗失配现象，该现象表现得越明显，减振能力就越佳。同时，添加剂能量吸收能力越好，作用就越显著。
因此在本公开中，可以选择具有从3.0至6.0的比重的那些作为减振无机材料。当比重小于3.0时，它可有效增强机械强度，但是该比重与玻璃纤维的重量(2.4至2.6)类似，由于每单位面积的材料质量被增加的作用因此隔振特征极小。另外，在减振无机材料具有大于6.0的比重的情况下，当减振无机材料与塑料混合和加工时可加工性由于高比重而较差，并且减振无机材料不适合用作塑料增强剂。
减振无机材料的含量可以是3至5wt％。当减振无机材料的含量小于3wt％时就会出现问题：由减振无机材料引起的改进减振特性的作用变得极小，而当该含量大于5wt％时，就会出现像冲击强度这样的机械特性会劣化的问题。因此在本公开中，减振无机材料的含量被限制为3至5wt％，但是并不局限于此。
实施例
在下文中，本公开将通过实施例进行更详细的描述。这些实施例仅仅为了对本公开进行举例说明，并且对于本领域技术人员而言显而易见的是，本公开的范围不应理解为受到这些实施例的限制。
[制备方法]
可以通过将如以上所述的组分(即聚酰胺66、玻璃纤维、减振无机材料以及氨基硅烷偶联剂)施加至挤出机并挤出所得混合物来制备根据本公开的具有减少的辐射噪声的聚酰胺树脂组合物。
具体而言，可以通过使用双轴螺杆挤出机将如上所述的聚酰胺树脂组合物组分在240℃至280℃下捏合来制备聚酰胺树脂组合物。
在这种情况下，为了最大化聚酰胺树脂组合物的捏合，通过使用具有三个入口的挤出机，将聚酰胺树脂引入主入口中，在一些情况下可以与如抗冲改性剂这样的添加剂一起引入。将减振无机材料颗粒引入第二入口中，并将玻璃纤维引入第三入口中。另外，在熔融捏合过程中，将停留时间最小化以防止聚酰胺树脂组合物热分解，并且考虑到聚酰胺树脂组合物的分散性将螺杆的旋转调节至大约150至800rpm。
如以上所述，根据本公开的聚酰胺树脂组合物可以包含聚酰胺树脂、玻璃纤维、减振无机材料、氨基硅烷偶联剂以及抗冲改性剂，在噪音阻断特性方面具有优异的效果，同时保持优异的拉伸强度、挠曲强度、挠曲模量以及冲击强度，该效果可以通过以下测试和评估结果来确定。
图2是示出根据本公开的样品的振动测试方法的示意图，图3是示出根据本公开的样品的振动测试测量的示意图。通过振动测试仪和方法对包括根据本公开的组合物的样品进行测试，上下摇动从图3中的左侧转移，由位于右侧端的加速度传感器感测振动，并测量振动和辐射噪声。更具体地，制造样品使得该样品可以如实际的发动机部件一样上下振动，安装加速度传感器，通过加速度传感器测量频率，并且结果示于图4中。
图4是示出根据本公开的振动测试结果的图。如图4中所标记，水平轴表示频率(Hz)，垂直轴表示辐射噪声的大小(dB)。也就是说，图4是通过使用图2和图3中的振动测试和测量方法所显示的测试结果。图4中的圆圈标记表示第1种模式阻尼比，并且可以确定辐射噪声的幅度会随着频率增加而逐渐降低。
更具体地，振动幅度可以通过对比图4中的Y轴强度(dB)值进行相对比较，Y轴刻度表示对数的10倍，负(-)值意味着等于或小于定量值的小数点的值。图4中的实线表示根据相关领域的振动的幅度，虚线表示根据本公开的振动的幅度。通过各条线可以从根据本公开的虚线得到间接对比：由辐射引起的噪音在振动幅度方面与相关领域相比较小。
通过图4，可以通过对比各峰的锐度来比较阻尼能力。可以通过参考图5中的图并将各值转化来对比各峰的锐度。图5是示出计算根据本公开的减振特性的方法的图。更具体地，使用图5中的图来获得图4中的结果值，也就是计算减振特性。另外，显示减振特性的阻尼比按照以下方程。
也就是说，在基于图4中峰值点的左侧和右侧的Y轴值中，当低3dB的各点的X轴(Hz)值被分别指定为ω1和ω2，并且峰值点的Hz被指定为ωn时，可以通过相对比较r＝(ω2-ω1)/ωn的值来比较阻尼特性。在图4中的峰值点中，形状越尖锐，r值越小，形状越平缓，r值越大。因此可以确定，虚线的r值比实线的r值更大，并且因此可以看出，本公开具有比相关领域更佳的阻尼特性。
通过图4和图5可以看出，与相关领域相比，本公开抑制振动的幅度并且具有优异的阻尼特性。
根据本公开的聚酰胺树脂组合物表现出以下物理性质：根据ASTM评估方法D638测量的拉伸强度为1,900kg/cm2至2,350kg/cm2，根据ASTM评估方法D790测量的挠曲强度为3,100kg/cm2至3,400kg/cm2，根据ASTM评估方法D256测量的冲击强度为130J/m至140J/m，并且可以将根据本公开的聚酰胺树脂组合物应用至汽车发动机室部件。特别地，本公开适合作为用来制造车辆的气缸盖的材料，其需要如强度这样的机械特性同时需要噪音阻断特性。
在下文中将提出通过所述制备方法制备的实施例和测试，以帮助理解本公开。但是，提供以下实施例仅仅是为了更容易理解本公开，本公开的内容并不受到各实施例的限制。
[表1]
[表2]
作为参考，使用了由KOCH Co.，Ltd.制造的KCB-8000硫酸钡(比重4.5g/cc)、由Hanil Chemical Ind.Co.，Ltd.制造的KS-1氧化锌(比重5.5g/cc)以及由KOCH Co.，Ltd.制造的KCNAP-400氧化锑(比重4.5g/cc)作为根据本公开的减振无机材料，其在表1和表2中进行了描述。
根据表2中的结果可以确定，与实施例4至11相比，实施例1至3具有优异的机械强度、表面特性和振动性能，并且与实施例4至7相比，实施例1至3具有优异的减振特性。另外，根据表2中的结果可以看出，与实施例8、10和11相比，实施例1至3具有优异的表面特性，并且与实施例5、6和8至11相比，实施例1至3具有优异的机械强度。
根据表2中的结果可以确定，整体上，随着减振无机材料的含量增加，表面特性和机械强度变差。但是，在减振无机材料为Sb2O3的情况下，可以看出随着含量增加，减振特性是优异的。因此根据本公开，可以说使用Sb2O3作为减振无机材料是最优选的。
可以确定，表现出根据本公开的树脂组合物的减振特性的阻尼比平均为约4.0％，比相关领域的3.0至3.5％的水平好得多。
也就是说，根据本公开的具有减少的辐射噪声的聚酰胺树脂组合物通过减小发动机部件表面产生的振动的幅度来抑制振动变为辐射声的程度，从而提供降低噪声幅度的效果。
如以上所述，已经参考本公开特定的示例性实施方式对本公开进行描述，但是具体的示例性实施方式仅仅是说明性的，而本公开并不局限于此。本公开所属领域的技术人员可以对所描述的示范性的实施例进行改变和变更，只要不偏离本公开的范围的即可，并且可以在本公开的技术精神内和将在以下描述的权利要求书的等价范围内进行各种变动和更改。
Claims (6)
1.一种具有减少的辐射噪声的聚酰胺树脂组合物，包含：
基于整个聚酰胺树脂组合物，50至66wt％的聚酰胺66、30至40wt％的玻璃纤维、3至5wt％的减振无机材料和0.3至1.0wt％的氨基硅烷偶联剂，其中：
所述减振无机材料选自氧化锑(Sb2O3)。
2.根据权利要求1所述的聚酰胺树脂组合物，其中
所述聚酰胺66具有2.7至3.5的相对粘度。
3.根据权利要求1所述的聚酰胺树脂组合物，其中
所述聚酰胺66具有20,000至50,000g/摩尔的数均分子量。
4.根据权利要求1所述的聚酰胺树脂组合物，其中
所述玻璃纤维具有8至15μm的直径。
5.根据权利要求1所述的聚酰胺树脂组合物，其中
所述玻璃纤维具有2至5mm的长度。
6.根据权利要求1所述的聚酰胺树脂组合物，其中
所述减振无机材料具有3.0至6.0的比重。
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