CN111057370A - 一种高强度的隔热尼龙材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料领域，公开了一种高强度的隔热尼龙材料，包括以下组分：尼龙66 50‑75份，相容剂3‑15份，偶联剂0.1‑1份，润滑剂0.2‑1.2份，抗氧剂0.1‑1.5份，玻璃纤维22‑28份。本发明还公开了所述隔热尼龙材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按照配比称取各组分，除玻璃纤维外，其他物料进行混合，得到预混物；(2)将预混物和玻璃纤维投入挤出设备，经熔融挤出，冷却，制得隔热尼龙材料。所述隔热尼龙材料具备良好的机械强度，可用于制备高品质的隔热条，以替代进口隔热条的使用。

Description

一种高强度的隔热尼龙材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于复合材料领域，特别涉及一种高强度的隔热尼龙材料及其制备方法。
背景技术
隔热条作为一种隔热件和连接件，通常设置在内外铝合金框的中间，其需要具备高强度、高热变形温度、低热传导系数、尺寸稳定及耐热氧老化等性能。而传统的现有技术通常采用PVC、ABS等塑料来生产隔热条，但其产量、质量低下，在使用过程中发现其性能不能完全满足使用要求，而且还存在着严重的安全隐患。
为此，业内对此隔热材料进行了广泛的开发和研究，已有改性尼龙复合材料所制得的隔热型材得到应用，并且取得了较好的效果。但是，用于铝门窗的隔热条技术目前只有德国泰诺风等少数几家国外公司所掌握，且从原料配比到工艺生产均严格保密，不为人所知。虽然国内公司也已对此进行研究，但目前所生产的隔热条的机械强度特别是拉伸强度仍不能完全满足铝门窗应用的实际要求。
因此，希望提供一种机械性能优良、可用于隔热条的隔热尼龙材料。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高强度的隔热尼龙材料及其制备方法，所述隔热尼龙材料具备良好的机械强度，可用于制备高品质的隔热条，以替代进口隔热条的使用。
一种隔热尼龙材料，包括以下组分：
Figure BDA0002325387390000011
所述尼龙66为聚己二酰己二胺，使用前需进行充分干燥。
优选的，所述玻璃纤维的直径为10-15μm，所述玻璃纤维的长度为3-6mm。
优选的，所述相容剂选自改性聚丙烯酸酯、环氧树脂或马来酸酐接枝物中的至少一种。相容剂又称增容剂，是指借助于分子间的键合力，促使不相容的两种聚合物结合在一体，进而得到稳定的共混物的助剂。
更优选的，所述相容剂为马来酸酐接枝物。马来酸酐接枝物相容剂通过引入强极性反应性基团，使材料具有高的极性和反应性，能大大提高复合材料的相容性和填料的分散性，从而提高复合材料机械强度。
优选的，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、铬络合物偶联剂或钛酸酯偶联剂中的至少一种。偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与基体树脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能，同时还可以防止其它介质向界面渗透，改善界面状态，有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。
更优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
优选的，所述润滑剂选自硅烷聚合物、脂肪酸盐、脂肪酸酰胺、硬脂酸、油酰胺、乙烯基双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯或聚烯烃蜡中的至少一种。所述润滑剂促进各组分的熔融，有效地改进了所述复合材料熔融体的流动性，减小了加工过程中复合材料熔体与加工机械间的摩擦，同时具有较好的胶模作用，缩短了复合材料的注塑周期。
优选的，所述抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类、硫醚类或亚磷酸酯类抗氧剂的至少一种。所述抗氧剂包括但不限于抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂168、抗氧剂3114、抗氧剂619或抗氧剂DSTP。抗氧剂的作用是提高复合材料的抗热分解能力，以阻止复合材料的老化。
上述隔热尼龙材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照配比称取各组分，除玻璃纤维外，其他物料进行混合，得到预混物；
(2)将预混物和玻璃纤维投入挤出设备，经熔融挤出，冷却，制得隔热尼龙材料。
优选的，步骤(2)中所述熔融挤出的温度为260-300℃。
更优选的，所述熔融挤出的温度为：一区温度260-280℃，二区温度为270-300℃，三区温度270-300℃，四区温度260-290℃，五区温度265-300℃，六区温度265-300℃，七区温度260-290℃，八区温度260-285℃，九区温度260-280℃，机头温度270-300℃。
优选的，步骤(2)中所述挤出设备的主机转速为300-450r/min。
优选的，步骤(2)中所述挤出设备的喂料频率为4-10Hz。
优选的，步骤(2)中所述挤出设备的螺杆直径为55-65mm，螺杆长径比为(40-46)：1。
一种隔热条，包括所述隔热尼龙材料。所述隔热条采用上述隔热尼龙材料经挤出成型制得。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)本发明采用隔热尼龙材料所制得的隔热条的机械强度高，在不同温度下(-30℃至90℃)均具有良好的拉伸强度，最高可超过120MPa。
(2)本发明所制得的隔热尼龙材料表面光滑，无浮纤现象，表明所采用的制备方法能达到良好的塑化效果和剪切效果，可实现隔热尼龙材料中各组分较好的融合。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
实施例1
一种隔热尼龙材料，包括以下组分：
Figure BDA0002325387390000031
其中尼龙66为美国英威达公司的U4820L，使用前经120℃干燥4个小时；玻璃纤维的直径为10μm，长度为4mm，购自巨石集团有限公司；相容剂为改性聚丙烯酸酯(广东昊辉新材料有限公司，型号：HU280)；偶联剂为硅烷偶联剂(南京曙光化工集团有限公司，型号：KH-560)；润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯(意大利发基有限公司，型号：PETS-AP)；抗氧剂为抗氧剂Irgafos 168(巴斯夫化工有限公司)。
上述隔热尼龙材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按组分配比称取各物料，除玻璃纤维外，其他物料投入混料机进行混合，得到预混物；
(2)将预混物从主喂料口，玻璃纤维从侧喂料口加入至双螺杆挤出机，经熔融挤出，冷却后切粒，制得隔热尼龙材料。
其中双螺杆挤出机(南京瑞亚挤出装备有限公司，型号：TSE-65)的主机转速为350r/min，喂料频率为7Hz，螺杆直径为65mm，螺杆长径比为44：1。
双螺杆挤出机的温度设置为：一区温度260℃，二区温度为280℃，三区温度280℃，四区温度280℃，五区温度275℃，六区温度270℃，七区温度260℃，八区温度270℃，九区温度275℃，机头温度280℃。
实施例2
一种隔热尼龙材料，包括以下组分：
Figure BDA0002325387390000041
其中尼龙66为美国英威达公司的U4820L，使用前经120℃干燥4个小时；玻璃纤维的直径为13μm，长度为5mm，购自巨石集团有限公司；相容剂为马来酸酐接枝物(广州市合诚化学有限公司，型号：HS2-002A)；偶联剂为硅烷偶联剂(南京曙光化工集团有限公司，型号：KH-560)；润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯(意大利发基有限公司，型号：PETS-AP)；抗氧剂为抗氧剂1010(巴斯夫化工有限公司)。
上述隔热尼龙材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按组分配比称取各物料，除玻璃纤维外，其他物料投入混料机进行混合，得到预混物；
(2)将预混物从主喂料口，玻璃纤维从侧喂料口加入至双螺杆挤出机，经熔融挤出，冷却后切粒，制得隔热尼龙材料。
其中双螺杆挤出机(南京瑞亚挤出装备有限公司，型号：TSE-65)的主机转速为300r/min，喂料频率为10Hz，螺杆直径为58mm，螺杆长径比为40：1。
双螺杆挤出机的温度设置为：一区温度270℃，二区温度为290℃，三区温度295℃，四区温度290℃，五区温度285℃，六区温度280℃，七区温度275℃，八区温度280℃，九区温度285℃，机头温度295℃。
实施例3
一种隔热尼龙材料，包括以下组分：
Figure BDA0002325387390000051
其中尼龙66为美国英威达公司的U4820L，使用前经120℃干燥4个小时；玻璃纤维的直径为13μm，长度为5mm，购自巨石集团有限公司；相容剂为马来酸酐接枝物(广州市合诚化学有限公司，型号：HS2-002A)；偶联剂为钛酸酯偶联剂(南京曙光化工集团有限公司，型号：NDZ-109)；润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯(意大利发基有限公司，型号：PETS-AP)；抗氧剂为抗氧剂1098(巴斯夫化工有限公司)。
上述隔热尼龙材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按组分配比称取各物料，除玻璃纤维外，其他物料投入混料机进行混合，得到预混物；
(2)将预混物从主喂料口，玻璃纤维从侧喂料口加入至双螺杆挤出机，经熔融挤出，冷却后切粒，制得隔热尼龙材料。
其中双螺杆挤出机(南京瑞亚挤出装备有限公司，型号：TSE-65)的主机转速为380r/min，喂料频率为5Hz，螺杆直径为55mm，螺杆长径比为45：1。
双螺杆挤出机的温度设置为：一区温度280℃，二区温度为300℃，三区温度295℃，四区温度300℃，五区温度285℃，六区温度280℃，七区温度270℃，八区温度280℃，九区温度290℃，机头温度300℃。
对比例1
与实施例1相比，对比例1中所用组分原料和制备方法相同，区别之处在于各组分的用量比例，具体包括以下组分：
Figure BDA0002325387390000061
对比例2
与实施例1相比，对比例2中所用组分原料和制备方法相同，区别之处在于各组分的用量比例，具体包括以下组分：
Figure BDA0002325387390000062
对比例3
与实施例1相比，对比例3中所用组分和制备方法基本相同，区别之处仅在于：双螺杆挤出机(科倍隆(南京)机械有限公司，型号：CTE-35)的螺杆直径为35mm，螺杆长径比为40：1。
对比例4
与实施例1相比，对比例4中所用组分和制备方法基本相同，区别之处仅在于：双螺杆挤出机(南京海思挤出设备有限公司，型号：SHJ-65)的螺杆直径为65mm，螺杆长径比为32：1。
产品效果测试
对实施例1-3，对比例1-4所制得的隔热尼龙材料进行表面性能和机械性能的测试，测试结果如表1所示：
表1
Figure BDA0002325387390000071
如表1所示，实施例1-3中所制得的隔热尼龙材料的各项机械性能(拉伸强度，弯曲强度，弯曲模量和悬臂梁缺口冲击强度)更好，且材料表面光滑，不出现浮纤现象。而对比例2虽然强度较高，但是密度(比重)却超出隔热条的范围(正常值为1.3±0.05)，表面也有浮纤现象，因此不符合隔热条的使用要求。
使用实施例1-3，对比例1-4所制得的隔热尼龙材料进行隔热条挤出，将所得到的隔热条在常温(23℃)、高温(90℃)和低温(-30℃)下分别进行横向拉伸强度(单位：MPa)的测试，测试结果如表2所示：
表2
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
常温23℃ 117.04 120.11 125.66 74.3 126.58 110.52 115.3
高温90℃ 67.13 70.31 69.22 44.32 66.57 67.58 67.23
低温-30℃ 125.62 128.53 132.65 76.23 90.44 116.56 123.2
如表2所示，相比于对比例1-4，使用实施例1-3中所制得的隔热尼龙材料进行挤出得到的隔热条在常温(23℃)、高温(90℃)和低温(-30℃)下均具有更高的横向拉伸强度，可满足铝门窗应用的实际需求并替代进口隔热条的使用。而对比例2虽然常温和高温下的拉伸强度达到要求，但是低温拉伸强度仍较低，不符合要求。
将使用实施例1-3中所制得的隔热尼龙材料进行挤出所得到的隔热条，送至北京检测中心进行进一步的检测，检测结果如表3所示：
表3
Figure BDA0002325387390000081
如表3所示，测试结果表明隔热条的各项技术指标均达到预期效果，性能优良。

Claims (10)

1.一种隔热尼龙材料，其特征在于，包括以下组分：
Figure FDA0002325387380000011
2.根据权利要求1所述的隔热尼龙材料，其特征在于，所述玻璃纤维的直径为10-15μm，所述玻璃纤维的长度为3-6mm。。
3.根据权利要求1所述的隔热尼龙材料，其特征在于，所述相容剂选自改性聚丙烯酸酯、环氧树脂或马来酸酐接枝物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的隔热尼龙材料，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、铬络合物偶联剂或钛酸酯偶联剂中的至少一种。
5.一种权利要求1至4中任一项所述的隔热尼龙材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照配比称取各组分，除玻璃纤维外，其他物料进行混合，得到预混物；
(2)将预混物和玻璃纤维投入挤出设备，经熔融挤出，冷却，制得隔热尼龙材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述熔融挤出的温度为260-300℃。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述挤出设备的主机转速为300-450r/min。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述挤出设备的喂料频率为4-10Hz。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述挤出设备的螺杆直径为55-65mm，螺杆长径比为(40-46)：1。
10.一种隔热条，其特征在于，包括权利要求1至4中任一项所述的隔热尼龙材料。
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