CN111138853B - 一种塑料打火机外壳用改性pa材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及打火机技术领域,尤其是涉及一种塑料打火机外壳用改性PA材料及其制备方法。所述改性PA材料包括以下重量份的组分:PA66 60‑70份、玻璃纤维30‑40份、聚乙烯醇10‑12份、硅烷偶联剂5‑8份、氯化石蜡3‑5份、二月桂酸二丁基锡1‑3份、白炭黑10‑15份、硬脂酰胺2‑5份,具有优异的防碎裂迸溅性能。本发明的改性PA材料通过加热干燥、物料混合和挤出造粒的工序制备而得,具有工序简单、操作方便的特点,便于批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及打火机技术领域,尤其是涉及一种塑料打火机外壳用改性PA材料及其制备方法。
背景技术
塑料打火机是现在人们常用的一种简易的取火方式,目前塑料打火机外壳使用的是苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)。然而,苯乙烯-丙烯腈共聚物虽然质地坚硬、透明,但其抗冲击性较差,容易断裂。在一些高温情况下,如靠近明火,由苯乙烯-丙烯腈共聚物制得的塑料打火机容易爆裂,进而给人们的日常生活带来了安全隐患。
为此,申请公布号为CN109676854A的中国发明专利公开了一种塑料打火机外壳,外壳包括苯乙烯-丙烯腈共聚物与玄武岩纤维的混合材料,采用注塑工艺将混合材料注入外壳模具制作而成,减少塑料打火机外壳碎裂迸溅而伤到人。
上述打火机机壳在制备时中,玄武岩纤维因熔点(1450-1500℃)高而难以熔化,呈丝状或粉末状分散于熔融的苯乙烯-丙烯腈共聚物中,对苯乙烯-丙烯腈共聚物产生一定摩擦,而苯乙烯-丙烯腈共聚物本身的耐疲劳性较差,以此会降低苯乙烯-丙烯腈共聚物的机械性能,影响其制得的打火机机壳在防碎裂迸溅上的改进效果。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的之一是提供一种塑料打火机外壳用改性PA材料,使用玻璃纤维以及其他加工助剂对PA66进行改性,具有优异的防碎裂迸溅性能。
本发明的目的之二是提供一种塑料打火机外壳用改性PA材料的制备方法,其通过加热干燥、物料混合和挤出造粒的工序制备而得,具有工序简单、操作方便的特点,便于批量生产。
本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的:
一种塑料打火机外壳用改性PA材料,包括以下重量份的组分:PA66 60-70份、玻璃纤维30-40份、聚乙烯醇10-12份、硅烷偶联剂5-8份、氯化石蜡3-5份、二月桂酸二丁基锡1-3份、白炭黑10-15份、硬脂酰胺2-5份。
通过采用上述技术方案,PA66具有优异的耐疲劳性、耐热性和刚性,玻璃纤维在硅烷偶联剂的辅助下能够均匀的分善于PA66中,有效提高PA66的力学性能、尺寸稳定性和耐热性,以此有效提高由改性PA材料制得的打火机外壳的防碎裂性。
聚乙烯醇还具有一定的粘接性能,其在熔融状态下能对本申请中的PA66和玻璃纤维在均匀分散后加以粘接固定,其冷却固化后还能对粘接的PA66、玻璃纤维和硅烷偶联剂起到良好的缓冲作用,使得打火机外壳不易碎裂,即便在极端情况下仍能对PA66和玻璃纤维加以固定,避免外壳碎裂迸溅而伤到人。
相对于现有技术中的打火机外壳材料,本申请材料中玻璃纤维对PA66磨损较小,由此能够保证PA66良好的机械性能。此外,本申请中聚乙烯醇是直接对原料加以粘接,相对于物料的掺杂,具有更为优异的防碎裂迸溅性能。再者本申请的原料成本低廉、获得渠道广泛,更适合企业的生产推广,具有良好的市场应用前景。
由于PA66和聚乙烯醇均具有一定的吸湿性,为此,本申请添加有氯化石蜡和二月硅酸二丁基锡,两者在烷基偶联剂的作用下能够较好的分散于PA66和聚氯乙烯中,并在制得的改性PA材料表面形成一防水隔膜,进而有效降低改性PA材料的吸湿性,保证改性PA材料的高耐水性。另外,二月桂酸二丁基锡具有优良的透明性、润滑性和耐侯性,可用作本申请的稳定剂,以此保证PA66优良的机械性能。
白炭黑能够对PA66进行补强,另外在本申请中添加白炭黑还能提高改性PA材料的着色性能,以满足不同颜色需求的材料的制备。
硬脂酰胺可用作本申请的润滑剂和脱模剂,具有优良的外部润滑效果和脱模性能,其能与氯化石蜡和二月硅酸二丁基锡协同作用,使得制得的改性PA材料在制备打火机外壳时具有良好的光泽度和外观。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:所述玻璃纤维为E-CR玻璃纤维。
通过采用上述技术方案,E-CR玻璃纤维是一种改进的无硼无碱玻璃纤维,其耐水性比无碱玻纤改善7-8倍,耐酸性也明显优于中碱玻纤。本申请中由于聚乙烯醇的pH(4.5-6.5)呈弱酸性,因此使用E-CR玻璃纤维能够更好的保证玻璃纤维的优异性能,进而使得PA66的改性达到最佳。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:所述玻璃纤维为短玻纤,长径比为100:1。
通过采用上述技术方案,上述短玻纤不但能够保证玻璃纤维优异的机械性能,还能有助于其均匀分散于本申请的PA66中,对PA66加以性能改善,使得该玻璃纤维可以无需额外单独添加,方便改性PA材料的制备。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:所述硅烷偶联剂为KH560和KH570的混合物。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:所述KH560和KH570的重量比为3:1。
通过采用上述技术方案,KH560可以改善用玻璃纤维粗纱增强的硬复合材料的强度性能,在调湿期后,把强度性能保持在最大程度。KH570可使PA66和玻璃纤维发生偶联,提高改性PA材料的机械强度、耐候性和耐腐蚀性。本申请中同时使用KH560和KH570,能够明显提高玻璃纤维对PA66性能的改善效果,且当KH560和KH570的重量比为3:1时,其改善效果最佳,因此将其作为优选。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:所述聚乙烯醇的粘度为21.0-33.0mPa·s。
通过采用上述技术方案,本申请中聚乙烯醇对PA66、玻璃纤维和硅烷偶联剂的粘结效果与其粘度相关。若粘度过低,原料之间的稳定性则会相对下降,改性PA材料在制备过程中玻璃纤维会发生团聚;若粘度过高,改性PA材料的加工性能则会下降。因此优选粘度为21.0-33.0mPa·s的聚乙烯醇。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:所述聚乙烯醇由PVA1799和PVA2499按1:4的重量比混合而成。
通过采用上述技术方案,PVA1799的聚合度为1700,醇解度为99%;PVA2499的聚合度为2400,醇解度为99%。由此复合得到的聚乙烯醇能够有效提高改性PA材料的耐碎裂迸溅性,因此将其作为优选。
本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的:
一种塑料打火机外壳用改性PA材料的制备方法,包括以下步骤:
①、加热干燥
将PA66、聚乙烯醇置于95-105℃的温度下,干燥8-10h;
②、物料混合
往干燥后的PA66和聚乙烯醇中加入玻璃纤维和硅烷偶联剂,在250-300r/min的转速下搅拌2-3min,依次加入氯化石蜡、二月硅酸二丁基锡、白炭黑和硬脂酰胺,继续搅拌3-5min,得到混合料;
③、挤出造粒
将混合料投入挤出机中,控制一段温度为260-270℃、二段温度为255-265℃、三段温度为250-260℃、四段温度为245-255℃,机头温度为260-265℃,挤出冷却后造粒,得到最终的改性PA材料。
通过采用上述技术方案,本申请通过加热干燥,先对PA66和聚乙烯醇中的水分加以去除,同时起到预热的效果。随后先加入玻璃纤维和硅烷偶联剂进行搅拌,再依次加入其他原料,该操作有助于玻璃纤维的均匀分散。最后通过挤出造粒的方式对原料进一步熔融混合,以此制得的改性PA材料具有优异的耐碎裂迸溅性,较好的适用于打火机外壳的制备。其在制备时工序简单、操作方便,便于批量生产。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:步骤①中,所述PA66和聚乙烯醇干燥后的含水率为≤1.0%。
通过采用上述技术方案,将PA66和聚乙烯醇的含水率控制在1.0%以下,能够获得结构稳定性更为优异的改性PA材料,因此将其作为优选。
综上所述,本发明包括以下至少一种有益技术效果:
1.本申请的改性PA材料使用玻璃纤维以及其他加工助剂对PA66进行改性,具有优异的防碎裂迸溅性能,能够较好的适用于塑料打火机外壳的制备;
2.本申请选用特定的玻璃纤维、硅烷偶联剂以及聚乙烯醇,以此进一步改善改性PA材料的机械强度、耐候性、耐腐蚀性和加工性能;
3.本申请的改性PA材料通过加热干燥、物料混合和挤出造粒的工序制备而得,具有工序简单、操作方便的特点,便于批量生产。
附图说明
图1是制备改性PA材料的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
1、原料
PA66:注塑级,具体以美国杜邦8063为例;
玻璃纤维:具体以长玻纤(巨石258系列)、短玻纤1(Advantex SE1500,E-CR玻璃纤维,长径比为100:1)、短玻纤2(巨石560,无碱玻璃纤维,长径比为100:1)、短玻纤3(巨石560,无碱玻璃纤维,长径比为80:1)
硅烷偶联剂:KH560和KH570均购自广州市南太化工有限公司;
聚乙烯醇:PVA1799,购自上海凯杜国际贸易有限公司;PVA2499,购自广州穗欣化工有限公司;
氯化石蜡:购自江苏森迪化工科技有限公司,氯化石蜡52;
二月桂酸二丁基锡:购自Sigma-Aldrich,CAS号为77-58-7,含量为95%;
白炭黑:购自焦作市科邦精细材料有限公司,二氧化硅含量为98%;
硬脂酰胺:购自Sigma-Aldrich,CAS号为124-26-5,含量为83%。
2、实施例
2.1、实施例1
一种塑料打火机外壳用改性PA材料,包括以下重量份的组分:PA66 65份、玻璃纤维30份、聚乙烯醇10份、硅烷偶联剂6份、氯化石蜡5份、二月桂酸二丁基锡2份、白炭黑12份、硬脂酰胺3份。
其中,玻璃纤维为短玻纤1;聚乙烯醇为PVA1799和PVA2499按1:4的重量比混合而成,粘度为28.5mPa·s;硅烷偶联剂为KH560和KH570按3:1的重量比混合而成。
上述塑料打火机外壳用改性PA材料的制备方法,参见图1,包括以下步骤:
①、加热干燥
将PA66、聚乙烯醇置于100℃的温度下,干燥9h;
②、物料混合
往干燥后的PA66和聚乙烯醇中加入玻璃纤维和硅烷偶联剂,在280r/min的转速下搅拌3min,依次加入氯化石蜡、二月硅酸二丁基锡、白炭黑和硬脂酰胺,继续搅拌5min,得到混合料;
③、挤出造粒将混合料投入挤出机中,控制一段温度为265℃、二段温度为260℃、三段温度为255℃、四段温度为250℃,机头温度为260℃,挤出冷却后造粒,得到最终的改性PA材料。
2.2、实施例2-6
实施例2-6均在实施例1的方法基础上,对改性PA材料的组分参数加以调整,具体调整情况参见下表一。
表一 实施例1-6的组分参数表
2.2、实施例7-10
实施例7-10均在实施例1的方法基础上,对改性PA材料组分中的聚乙烯醇和硅烷偶联剂加以调整,具体调整情况参见下表二。
表二 实施例1、7-10的组分参数表
2.3、实施例11-12
实施例11-11均在实施例1的方法基础上,对改性PA材料的制备工艺参数加以调整,具体调整情况参见下表三。
表三 实施例1、11-12的工艺参数表
实施例1 | 实施例11 | 实施例12 | |
干燥温度/℃ | 100 | 95 | 105 |
干燥时间/h | 9 | 10 | 8 |
搅拌速度/r/min | 280 | 300 | 250 |
第一次搅拌时间/min | 3 | 2 | 2 |
第二次搅拌时间/min | 5 | 4 | 3 |
一段温度/℃ | 265 | 260 | 270 |
二段温度/℃ | 260 | 255 | 265 |
三段温度/℃ | 255 | 250 | 260 |
四段温度/℃ | 250 | 245 | 255 |
机头温度/℃ | 260 | 265 | 263 |
3、对比例
3.1、对比例1
对比例1在实施例1的方法基础上,未添加聚乙烯醇。
3.2、对比例2
对比例2在实施例1的方法基础上,未添加氯化石蜡。
3.3、对比例3
对比例3在实施例1的方法基础上,未添加二月硅酸二丁基锡。
3.4、对比例4
对比例4在实施例1的方法基础上,未添加硬脂酰胺。
3.5、对比例5
对比例5的原料为重量为90%的苯乙烯-丙烯腈共聚物和10%的玄武岩纤维,玄武岩纤维的长度为60mm,按照实施例1的中步骤③的挤出参数制得相应的打火机外壳用改性材料。
4、性能检测
将上述实施例1-12以及对比例1-5的改性材料按相同注塑条件制成打火机外壳,作为试样,对该外壳进行如下性能检测,检测结果参见下表四。
4.1、外观:目测;A表示表面平整光滑、色泽均匀,B表示表面存在少量凹坑或浮纤,C表示表面存在较多凹坑或浮纤。
4.2、耐碎裂迸溅性能:将试样外壳固定后,使用10kg重力锤自由落下而对外壳加以撞击,观察外壳的碎裂迸溅情况,A表示外壳完好无碎裂,B表示外壳有轻微碎裂但无迸溅,C表示外壳严重碎裂但无迸溅,D表示外壳有严重碎裂且发生迸溅。
4.3、吸水率:将试样外壳置于湿度为80%、温度为60℃的环境中48h,使用吸水率测定仪检测试样外壳的水分增加率。
表四 实施例1-12以及对比例1-5的外壳检测结果
外观 | 耐碎裂迸溅性能 | 水分增加率% | |
实施例1 | A | A | 0.8 |
实施例2 | A | A | 0.9 |
实施例3 | A | A | 0.9 |
实施例4 | B | C | 1.0 |
实施例5 | B | C | 1.0 |
实施例6 | B | B | 0.9 |
实施例7 | A | C | 1.4 |
实施例8 | A | C | 0.9 |
实施例9 | B | B | 1.0 |
实施例10 | B | B | 1.0 |
实施例11 | A | A | 0.9 |
实施例12 | A | A | 1.0 |
对比例1 | B | D | 0.9 |
对比例2 | C | B | 3.3 |
对比例3 | C | C | 2.5 |
对比例4 | C | C | 1.9 |
对比例5 | C | C | 2.7 |
参见表四,将实施例1和对比例1-5的检测结果进行比较,可以得到,本申请的打火机外壳用改性PA材料通过玻璃纤维、聚乙烯醇、氯化石蜡、二月硅酸二丁基锡以及硬脂酸胺相辅相成对PA66加以改性,其形成一个组合物体系,使得该材料制得的打火机外壳具有优异的外观、耐碎裂迸溅性能耐水性(体现在水分增加率)。
实施例1-3和实施例11-12分别验证了按照本申请的组分原料配比和制备工艺参数,能够值得加工性能优异、高耐碎裂迸溅性能和高耐水性的改性PA材料。另外,由于玻璃纤维优异的机械性能、耐候性和耐化学腐蚀性,进而使得其值得的改性PA材料亦具备上述性能。
将实施例1与实施例4-6的检测结果进行比较,可以得到,本申请选用长径比为100:1的E-CR玻璃纤维,能够有效改善改性PA材料的加工性能、耐碎裂迸溅性能。
将实施例1与实施例7-8的检测结果进行比较,可以得到,本申请选用粘度为21.0-33.0mPa·s、由PVA1799和PVA2499按1:4的重量比混合而成的聚乙烯醇,其制得的改性PA材料具有优异的耐碎裂迸溅性能,因此将其作为优选。
将实施例1与实施例9-10的检测结果进行比较,可以得到,当硅烷偶联剂为KH560和KH570的混合物且KH560和KH570的重量比为3:1时,其能够有效改善改性PA材料的加工性能、耐碎裂迸溅性能,因此将其作为优选。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例,并非依此限制本发明的保护范围,故:凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种塑料打火机外壳用改性PA材料,其特征在于,包括以下重量份的组分:PA66 60-70份、玻璃纤维30-40份、聚乙烯醇10-12份、硅烷偶联剂5-8份、氯化石蜡3-5份、二月桂酸二丁基锡1-3份、白炭黑10-15份、硬脂酰胺2-5份;
所述硅烷偶联剂为KH560和KH570的混合物;
所述KH560和KH570的重量比为3:1;
所述聚乙烯醇的粘度为21 .0-33 .0mPa•s;
所述聚乙烯醇由PVA1799和PVA2499按1:4的重量比混合而成;
所述聚乙烯醇用于对粘接的PA66、玻璃纤维和硅烷偶联剂起到良好的缓冲作用;
所述氯化石蜡和二月硅酸二丁基锡用于降低PA材料的吸湿性,从而提高改性PA材料的高耐水性。
2.根据权利要求1所述的一种塑料打火机外壳用改性PA材料,其特征在于,所述玻璃纤维为E-CR玻璃纤维。
3.根据权利要求1所述的一种塑料打火机外壳用改性PA材料,其特征在于,所述玻璃纤维为短玻纤,长径比为100:1。
4.权利要求1至3中任意一项所述的一种塑料打火机外壳用改性PA材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
①、加热干燥将PA66、聚乙烯醇置于95-105℃的温度下,干燥8-10h;
②、物料混合往干燥后的PA66和聚乙烯醇中加入玻璃纤维和硅烷偶联剂,在250-300r/min的转速下搅拌2-3min,依次加入氯化石蜡、二月硅酸二丁基锡、白炭黑和硬脂酰胺,继续搅拌3-5min,得到混合料;
③、挤出造粒将混合料投入挤出机中,控制一段温度为260-270℃、二段温度为255-265℃、三段温度为250-260℃、四段温度为245-255℃,机头温度为260-265℃,挤出冷却后造粒,得到最终的改性PA材料。
5.根据权利要求4所述的一种塑料打火机外壳用改性PA材料的制备方法,其特征在于,步骤①中,所述PA66和聚乙烯醇干燥后的含水率为≤1 .0%。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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