CN110373019A - 一种汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料及其制备方法，所述尼龙塑料按重量份计，包含1‑2份纳米颗粒复合微球、1‑1.5份透明质酸、3‑5份环己烷、1‑2份丁酰乙酸乙酯、5‑6份马来酸酐、9.5‑10份酚醛树脂、50‑70份尼龙树脂、0.2‑1份抗氧剂、0.2‑1份润滑剂以及20‑40份玻璃纤维；所述纳米颗粒复合微球通过以下方法制备：将甲基丙烯酸溶解于乙腈中，随后加入乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈，混合均匀后，随后加入二氧化钛超声分散，形成预聚合溶液，随后在氮气氛围下50‑55℃反应6‑12h，将反应后的沉淀离心，干燥，得纳米颗粒复合微球；所述甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈、二氧化钛的重量比为1:30‑70:0.5‑1:0.5‑1。本发明通过长玻纤尼龙以及树脂改性，够满足汽车的轻量化降本的目的。

Description

一种汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种塑料组合物及其制备方法，特别涉及一种汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料及其制备方法。
背景技术
在汽车风扇尤其是薄壁风扇往往韧性不足。目前为了提高产品的韧性，需要添加增韧剂来满足要求，增韧剂如环氧树脂、酚醛树脂和不饱和聚酯树脂胶黏剂固化后伸长率低，脆性较大，当粘接部位承受外力时很容易产生裂纹，并迅速扩展，导致胶层开裂，不耐疲劳增韧剂对产品的颜色有影响。
《纳米无机粒子在塑料高性能化改性中的应用研究》中提到：“纳米无机粒子由于独特的“小尺寸效应”、“量子效应”和“表面效应”使其具有许多不同一般块状固体材料不同的性能。将其应用于塑料的改性应用中，可以将无机材料的高刚性、耐热性及尺寸稳定性与高分子材料的韧性、介电性、加工性等性能有机地结束起来，从而获得性能优良的无机纳米粒子/聚合物复合材料”，但是无机纳米粒子因为其在有机体系中由于自聚集而分散不佳，导致最终制备的产品性能不均一，而影响纳米粒子在塑料高性能改性中的应用。
现有技术中，中空的聚合物微球用于负载活性分子，如CN101291412A中公开的聚合物微球用于负载氯霉素分子。中空型聚合物微球可广泛用于各类皮革的复鞣，使皮革质轻、柔软，手感舒适，色泽艳丽，并具有增白效果。申请人在研究微球化技术在材料领域的应用发现，聚合物微球在塑料制备过程中可以增加材料的韧性和强度。
尼龙6(PA6)由于具有优良的物理、机械性能是应用最广的工程塑料之一，但是由于酰胺极性键的作用，使得PA6热变形温度低，吸水率高限制了其应用。针对PA6已经有多种多样的改性，而改性物质与体系的相容性导致的材料性质不均一直是难以克服的难题。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料及其制备方法，解决了现有技术中汽车用风扇用塑料韧性不足的问题。
技术方案：本发明所述的一种汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料，按重量份计，包含1-2份纳米颗粒复合微球、1-1.5份透明质酸、3-5份环己烷、1-2份丁酰乙酸乙酯、5-6份马来酸酐、9.5-10份酚醛树脂、50-70份尼龙树脂、0.2-1份抗氧剂、0.2-1份润滑剂以及20-40份玻璃纤维。
本发明中微球需要与塑料基体有较好的相容性，所述纳米颗粒复合微球通过以下方法制备：将甲基丙烯酸溶解于乙腈中，随后加入乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈，混合均匀后，随后加入二氧化钛超声分散，形成预聚合溶液，随后在氮气氛围下50-55℃反应6-12h，将反应后的沉淀离心，干燥，得纳米颗粒复合微球；所述甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈、二氧化钛的重量比为1:30-70:0.5-1:0.5-1。
本发明中利用CN101291412A公开的中空的复合物微球负载二氧化钛，解决了二氧化钛在塑料体系中的分散不均的问题，且聚合物微球与塑料体系的相容性更好，在提高塑料强度的同时，使得塑料轻质化。
优选地，所述抗氧剂为2，6-二叔丁基酚。
优选地，所述润滑剂为硬脂酸或硬脂酸锌。
优选地，所述酚醛树脂牌号为F51。
优选地，所述尼龙塑料中含有0.1-0.5重量份颜料。
本发明还提供了一种汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸溶解于乙腈中，随后加入乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈，混合均匀后，随后加入二氧化钛超声分散，形成预聚合溶液，随后在氮气氛围下50-55℃反应6-12h，将反应后的沉淀离心，干燥，得纳米颗粒复合微球；所述甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈、二氧化钛的重量比为1:30-70:0.5-1:0.5-1；
(2)按重量份计，将步骤(1)中制备的1-2份纳米颗粒复合微球、1-1.5份透明质酸、3-5份环己烷、1-2份丁酰乙酸乙酯、5-6份马来酸酐以及9.5-10份酚醛树脂在80-95℃进行捏合；
(3)将50-70份尼龙树脂、0.2-1份抗氧剂、0.2-1份润滑剂混合，随后与步骤(2)所得的混合物捏合，形成混合树脂基体，将所得的混合树脂基体加入双螺杆挤出机，在210-230℃温度下与20-40份玻璃纤维浸润在一起得尼龙塑料。
优选地，步骤(3)中，所述抗氧剂为2，6-二叔丁基酚。
优选地，步骤(3)中，所述润滑剂为硬脂酸或硬脂酸锌。
优选地，步骤(2)中，所述酚醛树脂牌号为F51。
优选地，步骤(3)中，添加0.1-0.5份颜料。
有益效果：(1)本发明中长玻纤尼龙本身有着较高的冲击性能，可以极大的增加产品的韧性；(2)本发明通过助剂的添加，解决了增韧剂易变脆的问题；(3)本发明通过长玻纤尼龙以及树脂改性，够满足汽车的轻量化降本的目的。
具体实施方式
一、原料及仪器
1.1原料来源
尼龙树脂：PA6 2500江苏海阳化纤有限公司，相对粘度2.4。
长玻纤纤维：牌号568H；
酚醛树脂：牌号为F51。
1.2主要设备
双螺杆挤出机：CTE65南京科倍隆机械有限公司；塑料成型注塑机；微机控制电子万能测试机；摆锤冲击试验机。
二、样品制备
实施例1：纳米颗粒复合微球的制备
在室温下，将30mg的甲基丙烯酸溶于100ml乙腈中，超声分散10分钟，随后加入1ml乙二醇二甲基丙烯酸酯(1.05g)和25mg偶氮二异丁腈，在超声功率为25KW下超声处理10min，随后加入20mg二氧化钛超声分散5min，随后在氮气氛围下55℃反应12h，将反应后的沉淀离心，得0.36g纳米颗粒复合微球，将制备的微球超声分散于水溶液中，制备0.1mg/mL的水溶液，利用马尔文粒度仪检测微球的粒径，平均粒径在150nm。
本实施例采用的原料二氧化钛的粒径在20-50nm，最终得到的纳米颗粒复合微球的粒径显著提高，解决了无机二氧化钛纳米颗粒自聚集的问题。
实施例2：按重量份计，将实施例1制备的1份纳米颗粒复合微球、1份透明质酸、4份环己烷、2份丁酰乙酸乙酯、6份马来酸酐以及10份酚醛树脂F51在80-95℃进行捏合，随后加入将50份尼龙树脂(PA6)、0.2份抗氧剂2，6-二叔丁基酚、0.2份润滑剂硬脂酸混合，再次在130℃捏合，形成混合树脂基体，将混合树脂基体加入双螺杆挤出机，在220℃温度下与20份玻璃纤维(568H)浸润在一起得尼龙塑料。
实施例3：按重量份计，将实施例1制备的1份纳米颗粒复合微球、1份透明质酸、4份环己烷、2份丁酰乙酸乙酯、6份马来酸酐以及10份酚醛树脂F51在80-95℃进行捏合，随后加入将70份尼龙树脂(PA6)、0.2份抗氧剂2，6-二叔丁基酚、0.2份润滑剂硬脂酸混合，再次在130℃捏合，形成混合树脂基体，将混合树脂基体加入双螺杆挤出机，在220℃温度下与30份玻璃纤维(568H)浸润在一起得尼龙塑料。
实施例4：按重量份计，将实施例1制备的1份纳米颗粒复合微球、1份透明质酸、4份环己烷、2份丁酰乙酸乙酯、6份马来酸酐以及10份酚醛树脂在80-95℃进行捏合，随后加入将60份尼龙树脂(PA6)、0.2份抗氧剂2，6-二叔丁基酚、0.2份润滑剂硬脂酸混合，再次在130℃捏合，形成混合树脂基体，将混合树脂基体加入双螺杆挤出机，在220℃温度下与40份玻璃纤维(568H)浸润在一起得尼龙塑料。
对比例1：按照实施例1的方法，在室温下，将30mg的甲基丙烯酸溶于100ml乙腈中，超声分散10分钟，随后加入1ml乙二醇二甲基丙烯酸酯(1.05g)和25mg偶氮二异丁腈，在超声功率为25KW下超声处理10min，随后在氮气氛围下55℃反应12h，将反应后的沉淀离心，得0.3g空白微球。
对比例2：按照实施例4方法以及组分，仅添加对比例1制备的空白微球，具体方法为，按重量份计，将对比例1制备的1份空白微球、1份透明质酸、4份环己烷、2份丁酰乙酸乙酯、6份马来酸酐以及10份酚醛树脂在80-95℃进行捏合，随后加入将60份尼龙树脂(PA6)、0.2份抗氧剂2，6-二叔丁基酚、0.2份润滑剂硬脂酸混合，再次在130℃捏合，形成混合树脂基体，将混合树脂基体加入双螺杆挤出机，在220℃温度下与40份玻璃纤维(568H)浸润在一起得尼龙塑料。
对比例3：按照实施例4方法以及组分，仅添加1份二氧化钛，具体方法为，按重量份计，将对比例1制备的1份二氧化钛球、1份透明质酸、4份环己烷、2份丁酰乙酸乙酯、6份马来酸酐以及10份酚醛树脂在80-95℃进行捏合，随后加入将60份尼龙树脂(PA6)、0.2份抗氧剂2，6-二叔丁基酚、0.2份润滑剂硬脂酸混合，再次在130℃捏合，形成混合树脂基体，将混合树脂基体加入双螺杆挤出机，在220℃温度下与40份玻璃纤维(568H)浸润在一起得尼龙塑料。
对比例4：按照实施例4的方法和组分，无纳米颗粒复合微球的添加，具体方法为，按重量份计，将1份透明质酸、4份环己烷、2份丁酰乙酸乙酯、6份马来酸酐以及10份酚醛树脂在80-95℃进行捏合，随后加入将60份尼龙树脂(PA6)、0.2份抗氧剂2，6-二叔丁基酚、0.2份润滑剂硬脂酸混合，再次在130℃捏合，形成混合树脂基体，将混合树脂基体加入双螺杆挤出机，在220℃温度下与40份玻璃纤维(568H)浸润在一起得尼龙塑料。制备得尼龙塑料。
对比例5：按照实施例4的方法和组分，去除透明质酸、环己烷、丁酰乙酸乙酯、马来酸酐，具体制备方法为：将实施例1制备的1份纳米颗粒复合微球、10份酚醛树脂在80-95℃进行捏合，随后加入将60份尼龙树脂(PA6)、0.2份抗氧剂2，6-二叔丁基酚、0.2份润滑剂硬脂酸混合，再次在130℃捏合，形成混合树脂基体，将混合树脂基体加入双螺杆挤出机，在220℃温度下与40份玻璃纤维(568H)浸润在一起得尼龙塑料。
对比例6：按照实施例4的方法和组分，去除环己烷以及丁酰乙酸乙酯，具体制备方法为：将实施例1制备的1份纳米颗粒复合微球、1份透明质酸、6份马来酸酐以及10份酚醛树脂在80-95℃进行捏合，随后加入将60份尼龙树脂(PA6)、0.2份抗氧剂2，6-二叔丁基酚、0.2份润滑剂硬脂酸混合，再次在130℃捏合，形成混合树脂基体，将混合树脂基体加入双螺杆挤出机，在220℃温度下与40份玻璃纤维(568H)浸润在一起得尼龙塑料。
对比例7：按照实施例4的方法和组分，去除马来酸酐，具体制备方法为：将实施例1制备的1份纳米颗粒复合微球、1份透明质酸、4份环己烷、2份丁酰乙酸乙酯以及10份酚醛树脂在80-95℃进行捏合，随后加入将60份尼龙树脂(PA6)、0.2份抗氧剂2，6-二叔丁基酚、0.2份润滑剂硬脂酸混合，再次在130℃捏合，形成混合树脂基体，将混合树脂基体加入双螺杆挤出机，在220℃温度下与40份玻璃纤维(568H)浸润在一起得尼龙塑料。
对比例8：按照实施例4的方法和组分，去除透明质酸，具体制备方法为：将实施例1制备的1份纳米颗粒复合微球、4份环己烷、2份丁酰乙酸乙酯、6份马来酸酐以及10份酚醛树脂在80-95℃进行捏合，随后加入将60份尼龙树脂(PA6)、0.2份抗氧剂2，6-二叔丁基酚、0.2份润滑剂硬脂酸混合，再次在130℃捏合，形成混合树脂基体，将混合树脂基体加入双螺杆挤出机，在220℃温度下与40份玻璃纤维(568H)浸润在一起得尼龙塑料。
三、结果检测
测试环境：测试温度23±2℃，湿度50±5％；试样前处理方式：干态；试样前处理时间24h。
检验标准：密度：ISO1183；拉伸强度：ISO527；弯曲强度：ISO178；悬臂梁缺口冲击强度(23±2℃)：ISO180；溶脂指数：ISO180；热变形温度：ISO75。
对上述样品进行性能测试，测试结果见表1所示。
表1样品产品性能
从实施例1-3与对比例3以及对比例4可以看出，本发明中通过添加聚合物纳米微球，可以将塑料的密度降低至1.30g/cm3以下，降低了产品整体的密度。从对比例2和对比例3的结果可以看出，仅含有空白微球的尼龙塑料或者仅含有二氧化钛纳米颗粒的尼龙塑料的拉伸强度、弯曲强度以及缺口冲击强度均比实施例4的结果差，但是要比对比例4未添加空白微球或者纳米颗粒的结果要好，说明纳米级别的微球或者颗粒的添加均有利于塑料的韧性增加，但是从对比例3与对比例4的缺口抗冲击强度可以看出，单独添加的二氧化钛由于自聚集的作用，导致其分布不均，其抗冲击性能要差于对比例4，且溶脂指数略差，表明材料的均一性能差。
从对比例5与对比例4的结果可以看出，本发明的透明质酸、环己烷、丁酰乙酸乙酯、马来酸酐，可增加聚合物微球以及塑料基体本身的相容性，同时增加了韧性以及拉伸强度，增加了材料的整体力学性能。从对比例5与对比例6-8的对比可以看出，本发明中的透明质酸、环己烷、丁酰乙酸乙酯、马来酸酐的添加可以极大的增加材料的力学性能，而透明质酸可以与体系中的极性键形成氢键，避免了材料因为极性不均导致局部性能较差的问题。
进一步对以上材料进行耐高温、高湿性能的检测。
测试条件：经90±2℃，相对湿度90±2％，15天后，观察样品是否有侵蚀。
表2样品耐高温及防水性能测定结果
样品 结果
实施例2 无侵蚀
实施例3 无侵蚀
实施例4 无侵蚀
对比例2 无侵蚀
对比例3 无侵蚀
对比例4 无侵蚀
对比例5 表面吸水膨胀
对比例6 表面吸水膨胀
对比例7 表面吸水膨胀
对比例8 无侵蚀
从耐高温和耐湿性能可以看出，本发明的透明质酸、环己烷、丁酰乙酸乙酯、马来酸酐影响了材料的在高温高湿环境下的性能，对结果影响更大的是环己烷、丁酰乙酸乙酯、马来酸酐，原因是本发明中通过添加马来酸酐将环己烷与尼龙树脂进行接枝，降低了树脂的极性。此外，丁酰乙酸乙酯可与酚醛树脂发生缩合反应，降低了酚醛树脂高温环境下变性的几率，使得树脂在交联增韧的同时，解决其不耐热易变脆的缺点。
四、应用例
按照实施例4的组分和制备方法，在样品中添加0.5份酞青兰B，制备的样品，制得的样品在经90±2℃，相对湿度90±2％，15天后，观察样品是否有侵蚀褪色，结果表明，样品在高温高湿环境下未发生褪色和侵蚀，可见本发明的产品具有优良的力学性能，且能够在高温下长期稳定。

Claims (10)

1.一种汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料，其特征在于，按重量份计，包含1-2份纳米颗粒复合微球、1-1.5份透明质酸、3-5份环己烷、1-2份丁酰乙酸乙酯、5-6份马来酸酐、9.5-10份酚醛树脂、50-70份尼龙树脂、0.2-1份抗氧剂、0.2-1份润滑剂以及20-40份玻璃纤维；所述纳米颗粒复合微球通过以下方法制备：将甲基丙烯酸溶解于乙腈中，随后加入乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈，混合均匀后，随后加入二氧化钛超声分散，形成预聚合溶液，随后在氮气氛围下50-55℃反应6-12h，将反应后的沉淀离心，干燥，得纳米颗粒复合微球；所述甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈、二氧化钛的重量比为1:30-70:0.5-1:0.5-1。
2.根据权利要求1所述的汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料，其特征在于，所述抗氧剂为2，6-二叔丁基酚。
3.根据权利要求1所述的汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸或硬脂酸锌。
4.根据权利要求1所述的汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料，其特征在于，所述酚醛树脂牌号为F51。
5.根据权利要求1所述的汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料，其特征在于，所述尼龙塑料中含有0.1-0.5重量份颜料。
6.一种汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸溶解于乙腈中，随后加入乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈，混合均匀后，随后加入二氧化钛超声分散，形成预聚合溶液，随后在氮气氛围下50-55℃反应6-12h，将反应后的沉淀离心，干燥，得纳米颗粒复合微球；所述甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈、二氧化钛的重量比为1:30-70:0.5-1:0.5-1；
(2)按重量份计，将步骤(1)中制备的1-2份纳米颗粒复合微球、1-1.5份透明质酸、3-5份环己烷、1-2份丁酰乙酸乙酯、5-6份马来酸酐以及9.5-10份酚醛树脂在80-95℃进行捏合；
(3)将50-70份尼龙树脂、0.2-1份抗氧剂、0.2-1份润滑剂混合，随后与步骤(2)所得的混合物捏合，形成混合树脂基体，将所得的混合树脂基体加入双螺杆挤出机，在210-230℃温度下与20-40份玻璃纤维浸润在一起得尼龙塑料。
7.根据权利要求6所述的汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述抗氧剂为2，6-二叔丁基酚。
8.根据权利要求6所述的汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述润滑剂为硬脂酸或硬脂酸锌。
9.根据权利要求6所述的汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述酚醛树脂牌号为F51。
10.根据权利要求6所述的汽车风扇用长玻纤增强尼龙塑料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，添加0.1-0.5份颜料。
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