CN110256841B - 高性能高流动聚酰胺复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能高流动聚酰胺复合材料，原料组成包括聚酰胺树脂和无机填料，还包括蓖麻油酸钙。本发明还提供了一种所述的高性能高流动聚酰胺复合材料的制备方法，包括：将除无机填料外的所有原料混合均匀，然后从主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，再将无机填料从侧喂料料斗加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机挤出后经水冷、切粒和干燥，得到所述的高性能高流动聚酰胺复合材料。本发明利用无机填料对聚酰胺增强，同时利用蓖麻油酸钙对材料流动性的提高，在保证力学性能的前提下，极大地增加了材料的流动性，提高了注塑制件表面的光泽度。

Description

高性能高流动聚酰胺复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚酰胺复合材料技术领域，具体涉及一种高性能高流动聚酰胺复合材料及其制备方法。

背景技术

聚酰胺作为工程塑料已经被大量使用在汽车、电子电器等方向，但是本身的吸水性造成某些力学性能的降低以及尺寸不稳定性，使得制件在使用过程中出现各种问题，故需要通过改性来保持材料的使用稳定性，而玻纤增强是解决这方面问题的主要途径。但是由于玻纤的加入，导致材料流动性降低，制件外观易出现浮纤现象。对于表面光泽度要求高的制件，显然这样的材料是不符合客户要求的。

目前，解决材料的流动性问题主要通过使用低粘度的原材料，但是使用低粘度的原材料会造成力学性能降低，不利于推广使用。如公开号为CN 103342811A的中国专利文献中公开了一种高流动性PA10T聚酰胺预聚物及由其组成的聚酰胺组合物，采用高流动性聚酰胺预聚物改性聚酰胺复合物，能够有效降低复合材料的流动性，但是添加聚酰胺预聚物之后复合材料的力学性能有所下降，不是最佳组合。

另一部分文献也是通过添加改性的高流动性原材料，保证了材料的力学性能，但是其原材料和加工成本的增加，易会造成材料推广难度加大。如公开号为CN 105504803A的中国专利文献中公开了一种高流动性纤维增强尼龙复合材料及其制备方法，通过添加石墨烯改性高流动性的尼龙66来改善材料的流动性能，力学性能优异。但是现阶段石墨烯价格昂贵，并且改性高流动PA66带来的加工成本增加，故此材料并非最佳选择。

因此，如何在提高材料流动性的同时维持材料力学性能不降低且综合考虑成本因素的前提下，开发一种低成本高性能高流动的聚酰胺复合材料成为目前亟待解决的问题。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种高性能高流动聚酰胺复合材料，通过添加蓖麻油酸钙，在保证材料的力学性能的前提下，同时大大提高流动性，生产工艺简单，可进行推广使用。

一种高性能高流动聚酰胺复合材料，原料组成包括聚酰胺树脂和无机填料，还包括蓖麻油酸钙。

作为优选，所述原料中蓖麻油酸钙的重量百分比为0.1％～1％。蓖麻油酸钙加入量过少，对材料流动性无法起到明显的改善作用，蓖麻油酸钙加入量过多，材料的力学性能等会有所下降。进一步优选，所述原料中蓖麻油酸钙的重量百分比为0.1％～0.6％。

所述的聚酰胺树脂可以为PA6、PA66、PA56、PA46、PA610、PA12、PA6T、PA9T、PA10T中的至少一种。

本发明通过添加蓖麻油酸钙这种已工业化的材料，再筛选特定的尼龙品种，在保证力学性能的前提下，极大地增加了复合材料的流动性，提高了制件表面光泽度。

作为优选，所述的聚酰胺树脂选自PA6和/或PA66。这些聚酰胺树脂和蓖麻油酸钙的匹配性能较好。

为了取得更好的发明效果，进行如下优选：

所述的PA6的相对粘度为2.0～2.8；进一步优选，相对粘度为2.0和2.4，具体采用新会美达M2000和M2400。

所述的PA66的相对粘度为2.4～2.7；进一步优选，相对粘度为2.4，具体采用神马PA66EPR24。

所述的无机填料可选自无碱玻璃纤维、碳纤维、硅灰石和滑石粉中的至少一种。进一步优选，玻纤直径为10μm，长度为4.5mm，表面浸润剂为硅烷型，具体采用重庆玻纤生产的301HP短纤。

作为优选，所述的蓖麻油酸钙纯度为99％以上，具体厂家可选择德超化工等。

作为优选，按重量百分比计，所述的高性能高流动聚酰胺复合材料原料组成包括：

上述特定含量的各组分组合下，复合材料可兼具较佳的力学性能和流动性。

作为优选，所述的增韧剂为乙烯辛烯共聚物或者乙烯丙烯酸共聚物。进一步优选，所述的增韧剂选自马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚弹性体(POE-g-MAH)，熔指为1.5～2.4g/10min(190℃)，接枝率为1％～1.5％；更进一步熔指为1.5g/10min(190℃)，接枝率为1.5％，具体采用三井POE MD715。

作为优选，所述原料组成还包括抗氧剂、润滑剂和黑色母。

所述的抗氧剂包括辅抗氧剂和主抗氧剂，所述的辅抗氧剂为亚磷酸酯类，优选抗氧剂168；所述的主抗氧剂为受阻酚类，优选抗氧剂1098。更优选地，所述辅抗氧剂和主抗氧剂的质量比为1:1。

作为优选，所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺(EBS)、防玻纤外露剂(TAF)、聚乙烯蜡、硅酮粉或者硬脂酸钙中的至少一种，进一步优选为硅酮粉，具体为中蓝晨光GM-100。

作为优选，所述的黑色母以PA或EVA为载体，炭黑含量为30wt％～60wt％。进一步优选，所述的黑色母以PA为载体，具体为卡博特3785。

按重量百分比计，再优选，所述的高性能高流动聚酰胺复合材料原料组成包括：

更进一步优选，所述的高性能高流动的聚酰胺复合材料原料组成包括：

上述组分及其组成比例条件下得到的复合材料的力学性能和流动性最佳。

本发明还提供了一种所述的高性能高流动聚酰胺复合材料的制备方法，包括：

将除无机填料外的所有原料混合均匀，然后从主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，再将无机填料从侧喂料料斗加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机挤出后经水冷、切粒和干燥，得到所述的高性能高流动聚酰胺复合材料。

作为优选，所述的混合在搅拌机中进行，条件为：转速为600～800转/分钟，时间为5～8min；进一步优选800转/分钟混合7min。

所述的双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度区至第九温度区的温度设定为240～320℃，模头的温度为230～280℃。针对PA6生产，第一温度区至第九温度区进一步优选为：230℃、240℃、240℃、230℃、230℃、220℃、220℃、210℃、210℃，模头温度230℃。针对PA66生产，第一温度区至第九温度区进一步优选为：270℃、280℃、280℃、270℃、260℃、260℃、250℃、250℃、250℃，模头温度270℃。

上述方法制备的高性能高流动聚酰胺复合材料具有高性能和高流动性，且注塑制件表面无浮纤，光泽度高。对于一些表面光泽度要求高的制件是一个非常好的选择。

本发明与现有技术相比，主要优点包括：

(1)本发明利用无机填料对聚酰胺增强，同时利用蓖麻油酸钙对材料流动性的提高，在保证力学性能的前提下，极大地增加了材料的流动性，提高了注塑制件表面的光泽度。

(2)蓖麻油酸钙与现有的普通PA增强材料的原料相容性、匹配性好。本发明聚酰胺增强材料的制备方法简单，工业化生产与现有的普通PA增强材料一致，后续大规模生产易于控制，具有良好的经济效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

具体的制备方法如下：

将尼龙、蓖麻油酸钙、增韧剂、黑色母、抗氧剂和润滑剂加入搅拌锅中，均匀混合7min，然后从主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，将玻纤从侧喂料料斗加入双螺杆挤出机中。经特定温度的双螺杆挤出机挤出后经水冷、切粒和干燥，得到性能高流动的聚酰胺复合材料。上述原料的加入质量配比如表1所示，分别为对比例1～4和实施例1～8。

表1实施例1～8和对比例1～4的配方表，单位wt％

将实施例和对比例所得玻纤增强尼龙复合材料通过注射机成型加工成测试样条，并对其进行力学性能测试。具体测试方法如下：

拉伸性能测试按ISO 527-2进行；弯曲性能测试按ISO 178进行；简支梁缺口冲击强度按ISO 179进行；熔融指数测试按ISO 1133进行，测试条件：275℃，2.16kg。

螺旋熔长测试方法：通过固定注塑工艺，对比注塑样品的长度。

光泽度测试方法：将材料注塑成圆片，通过毕克光泽仪进行测试，测试角度：60°。

对比例1～4和实施例1～8对应的力学性能和其它物性的测试结果如表2所示。

表2实施例1～8和对比例1～4的测试结果

从实施例1～8和对比例1～4的测试结果可以看出，蓖麻油酸钙的加入对材料的力学性能基本无影响。材料流动性同时体现在螺旋熔长上，也间接反映了与制件表面光泽度关系。比较实施例1和实施例2可知，玻纤加入量的增加可明显提高材料的力学性能，但同时也明显降低了材料的流动性，制件外观易出现浮纤现象，无法制备表面光泽度要求高的制件。通过比较对比例1和实施例1，对比例2和实施例5，以及对比例4和实施例6～7可知，蓖麻油酸钙的加入，在维持材料原有力学性能的基础上，进一步提高了材料流动性，注塑螺旋熔长增加，浮纤减少，制件表面光泽度提高。

本发明的蓖麻油酸钙与常用的聚酰胺复合材料原料具有较好的匹配性，无副作用，不会降低材料的力学性能，且有助于材料的流动性提高，包括增强复合材料和增韧复合材料。

此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种高性能高流动聚酰胺复合材料，原料组成包括聚酰胺树脂和无机填料，其特征在于，按重量百分比计，所述原料组成具体包括：

聚酰胺树脂 45%~85%；

无机填料 15%~55%；

蓖麻油酸钙 0.1%~0.6%；

增韧剂 0%~15%；

所述原料组成的重量百分比为100%；

所述聚酰胺树脂选自PA6和/或PA66；

所述的PA6的相对粘度为2.0~2.8；

所述的PA66的相对粘度为2.4~2.7。

2.根据权利要求1所述的高性能高流动聚酰胺复合材料，其特征在于，所述原料组成还包括抗氧剂、润滑剂和黑色母。

3.根据权利要求2所述的高性能高流动聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的黑色母以PA或EVA为载体，炭黑含量为30wt%~60wt%。

4.根据权利要求2或3所述的高性能高流动聚酰胺复合材料，其特征在于，按重量百分比计，所述原料组成具体包括：

聚酰胺树脂 45%~85%；

无机填料 15%~55%；

蓖麻油酸钙 0.1%~0.6%；

增韧剂 0%~15%；

抗氧剂 0.1%~1%；

润滑剂 0.2%~1%；

黑色母 0.5%~1.5%。

5.根据权利要求4所述的高性能高流动聚酰胺复合材料，其特征在于，按重量百分比计，所述原料组成具体包括：

聚酰胺树脂 50%~70%；

无机填料 30%~50%；

蓖麻油酸钙 0.1%~0.6%；

增韧剂 0%~10%；

抗氧剂 0.1%~0.5%；

润滑剂 0.2%~0.5%；

黑色母 0.5%~1.3%。

6.一种根据权利要求1~5任一权利要求所述的高性能高流动聚酰胺复合材料的制备方法，包括：

将除无机填料外的所有原料混合均匀，然后从主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，再将无机填料从侧喂料料斗加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机挤出后经水冷、切粒和干燥，得到所述的高性能高流动聚酰胺复合材料。

7.根据权利要求6所述的高性能高流动聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度区至第九温度区的温度设定为240~320℃，模头的温度为230~280℃。