CN111138855A - 一种用于汽车保险杠的改性尼龙材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于汽车保险杠的改性尼龙材料，它的原料组成及质量份数为：尼龙树脂40～85份；增韧剂3～8份；玻纤20～50份；强化改质填充剂3～8份，内润滑剂0.5～3份；外润滑剂3～10份；抗氧剂0.3～0.7份。本发明具有加工流动性好，对加工设备磨损小，复合材料刚性高、抗冲击性能高，吸水率低、收缩率小，耐磨性、耐热性能高，且表面光泽度优等特点。相较于现有保险杠尼龙材料，本发明产品的抗冲击强度、弯曲模量、拉伸强度、硬度和熔体流动速率均有大幅度提高。

Description

一种用于汽车保险杠的改性尼龙材料
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及尼龙改性材料，尤其涉及一种用于汽车保险杠的改性尼龙材料。
背景技术
聚酰胺俗称尼龙(Nylon)，英文名简称PA，可由内酸胺开环聚合制得，也可由二元胺与二元酸缩聚得到，其主链含有较多的酰胺基，可形成较多的氢键，因此具有较强的力学性能和较高的熔点，从而被广泛应用。最初尼龙被用作制造纤维的原料，后来由于PA具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工等特性，PA逐渐被用来代替铜、有色金属制作汽车零部件，如汽车保险杠、发动机燃油泵齿轮、支撑结构件等。随着汽车的高端化、高性能化、机械设备轻量化的进程加快，对尼龙的需求将更高更大。特别是尼龙作为结构性材料，对其强度、抗冲击强度、耐热性、耐寒性、表面光泽性等方面提出了更高的要求。
以汽车保险杠为例，传统的保险杠用尼龙材料一般通过添加玻纤来增加材料的强度，然而由于玻纤的加入会降低尼龙溶体的流动性，增加尼龙的加工流动性，增大了溶体对加工设备的磨损。同时，由于尼龙结构原因，采用尼龙树脂加工的保险杠表面光泽度较低，难以达到高端免漆塑料件的使用要求，不利于产品的推广。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于汽车保险杠的改性尼龙材料，解决玻纤增强后尼龙复合材料加工困难、对加工设备磨损大以及光泽性差等技术难题。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种用于汽车保险杠的改性尼龙材料，其特征在于,原料组分及质量份数为：
尼龙树脂40～75份；
增韧剂3～8份；
玻纤15～40份；
强化改质填充剂3～8份；
内润滑剂0.5～2份；
外润滑剂2～5份；
抗氧剂0.3～0.7份。
优选的是，所述尼龙树脂包括尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12中一种或两种。更优选的是，所述尼龙树脂由尼龙66树脂和尼龙11树脂以2～5:1组成的混合物。
本发明优选的，通过尼龙66和尼龙11复配使用，并控制其配比在2～5:1，使得尼龙改性材料具有良好的力学强度、耐磨性、耐热性、耐寒性、耐腐蚀性和较好的加工性。
优选的是，所述的增韧剂为氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝聚烯烃共聚物中的一种。
优选的是，所述玻纤为直径为5μm的无碱长玻纤。
优选的是，所述内润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙中一种。
优选的是，所述外润滑剂为氯化石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种。
优选的是，所述抗氧剂为苯并三氮唑衍生物和巯基苯并噻唑衍生物中的一种。更优选的是，所述抗氧剂为苯甲酸(1-苯并三氮唑)甲酯。
优选的是，所述强化改质填充剂为滑石粉、蒙脱石粉中的一种。
本发明还提供一种用于汽车保险杠的改性尼龙材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，尼龙树脂干燥：采用热风循环对尼龙树脂进行干燥，温度100℃，干燥时间3h；
步骤2，物料预混合：按上述质量份数称取尼龙树脂、增韧剂、强化改质填充剂、润滑剂、抗氧剂投入可变频高速混合机中进行高速混合，转速800rpm/min，温度控制在100～110℃，搅拌时间15～25min；
步骤3，混合物料输送：将步骤2混合充分后的物料通过密闭管道，通过失重式下料方式将物料输送到双螺杆挤出机加料斗，避免物料与空气水分的接触；
步骤4：通过喂料螺杆将混合物转入双螺杆挤出机塑化混合，塑化温度为210℃～250℃；
步骤5：玻纤的加入：在熔融塑化阶段，通过侧喂料口加入玻纤。玻纤的加入采用长玻纤的加入方法，不需要特别的计量装置和加料装置，只要把加挂起来的长玻纤引入双螺杆的加料口即可由捏合盘原件定速导入。
步骤6：玻纤经混合物料溶体浸润塑化后均化挤出、造粒、筛分、干燥，制得汽车保险杠的改性尼龙材料。
作用机理：
(1)尼龙66和尼龙6疲劳强度和刚性较高、耐热性能较好，但吸水性和稳定较差；而尼龙11和尼龙12具有良好的耐寒性和耐磨性、吸水性低，尺寸稳定较高，本发明通过复配技术实现上述基体材料树脂的性能优势互补；(2)本发明采用内润滑和外润滑相结合，通过内润滑提高组分间的润滑作用，提升加工性能，同时通过外润滑剂的迁移作用提升产品表面光滑度；(3)本发明采用的增韧剂、外润滑剂和抗氧剂均带有极性基团，通过相似相容原则，有利于提高配方组分间的相容性，从而提高改性复合材料的物理性能。
发明的有益效果：
与现有的技术相比，本发明具有如下有效益效果：(1)常规汽车保险杠一般采用聚丙烯或者聚丙烯复合材料为基体材料，而本发明采用尼龙树脂取代聚丙烯，使汽车保险杠具有更优良的耐磨损性能、耐寒性能、耐热性能，以及更高的刚性和强度；(2)本发明采用的基体材料为尼龙，不涉及聚丙烯等非极性材料，不需要采用树脂熔接技术进行处理，工艺相对简单且成本相对较低；(3)本发明采用内润滑和外润滑相结合，通过内润滑提高组分间的润滑作用，提升加工性能，同时通过外润滑剂的迁移作用提升产品表面光滑度；(4)本发明采用的基体材料--尼龙属于极性高聚物，对油漆的吸附力强，更有利于汽车保险杠材料后期的表面喷漆处理。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明，但不限制本发明的保护范围。对比案例1：
依照组分含量为：共聚聚丙烯68kg，尼龙10kg，乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐5kg，滑石粉15kg，抗氧剂1010 0.2kg，硅烷偶联剂KH550 0.5kg，硬脂酸钙0.2kg，成核剂NA11 0.1kg。将上述物料加入到高速搅拌均匀，然后将搅拌均匀的上述物料加入到平行双螺杆挤出机的料斗中，加工温度为160℃至210℃，主机螺杆转速为300r/min。物料经双螺杆共混熔融挤出，经冷却、风干、切料等工序得到汽车保险杠专用料，测试结果见表1。
对比案例2：
依照组分含量为：尼龙11树脂75kg，氯化聚乙烯3kg，无碱长玻纤15kg，滑石粉3kg，硬脂酸钙1.5kg，聚乙烯蜡2kg，苯甲基(1-苯并三氮唑)甲酯0.5kg的配方。采用热风循环对PA树脂进行干燥处理，温度110℃，干燥时间3h。并按上述配方量取除玻纤以外的配方组分，加入高速混合设备中进行热混合，转速800rpm/min，温度控制在110℃左右，搅拌时间控制在20min。待混合均匀后转入挤出机进行塑化捏合，挤出加工温度为210℃～250℃，在熔融塑化阶段，通过侧喂料口加入玻纤，经挤出、造粒便可得到汽车保险杠的改性尼龙材料。并用注射成型工艺制成标准样条进行力学性能、热稳定性能的检测，测试结果见表1。
对比案例3：
依照组分含量为：尼龙66树脂75kg，LLDPE 3kg，无碱长玻纤15kg，滑石粉3kg，聚乙烯蜡3.5kg，苯甲基(1-苯并三氮唑)甲酯0.5kg的配方。采用热风循环对PA树脂进行干燥处理，温度110℃，干燥时间3h。并按上述配方量取除玻纤以外的配方组分，加入高速混合设备中进行热混合，转速800rpm/min，温度控制在110℃左右，搅拌时间控制在20min。待混合均匀后转入挤出机进行塑化捏合，挤出加工温度为210℃～250℃，在熔融塑化阶段，通过侧喂料口加入玻纤，经挤出、造粒便可得到汽车保险杠的改性尼龙材料。并用注射成型工艺制成标准样条进行力学性能、热稳定性能的检测，测试结果见表1。
对比案例4：
依照组分含量为：尼龙66树脂75kg，氯化聚乙烯3kg，无碱长玻纤15kg，滑石粉3kg，硬脂酸钙1.5kg，聚乙烯蜡2kg，抗氧剂168 0.5kg的配方。采用热风循环对PA树脂进行干燥处理，温度110℃，干燥时间3h。并按上述配方量取除玻纤以外的配方组分，加入高速混合设备中进行热混合，转速800rpm/min，温度控制在110℃左右，搅拌时间控制在20min。待混合均匀后转入挤出机进行塑化捏合，挤出加工温度为210℃～250℃，在熔融塑化阶段，通过侧喂料口加入玻纤，经挤出、造粒便可得到汽车保险杠的改性尼龙材料。并用注射成型工艺制成标准样条进行力学性能、热稳定性能的检测，测试结果见表1。
实施例1：
依照组分含量为：尼龙66树脂40kg，尼龙11树脂20kg，乙烯-醋酸乙烯共聚物5kg，无碱长玻纤25kg，滑石粉5kg，氯化石蜡3kg，硬脂酸锌1.3kg，苯甲基(1-苯并三氮唑)甲酯0.7kg的配方。采用热风循环对PA树脂进行干燥处理，温度100℃，干燥时间3h。并按上述配方量取除玻纤以外的配方组分，加入高速混合设备中进行热混合，转速800rpm/min，温度控制在110℃左右，搅拌时间控制在20min。待混合均匀后转入挤出机进行塑化捏合，挤出加工温度为210℃～250℃，在熔融塑化阶段，通过侧喂料口加入玻纤，经挤出、造粒便可得到汽车保险杠的改性尼龙材料。并用注射成型工艺制成标准样条进行力学性能、热稳定性能的检测，测试结果见表1。
实施例2：
依照组分含量为：尼龙66树脂35kg，尼龙11树脂7kg，马来酸酐接枝共聚物8kg，无碱长玻纤40kg，滑石粉3kg，硬脂酸钙1.7kg，氯化聚乙烯蜡5kg，苯甲基(1-苯并三氮唑)甲酯0.3kg的配方。采用热风循环对PA树脂进行干燥处理，温度100℃，干燥时间3h。并按上述配方量取除玻纤以外的配方组分，加入高速混合设备中进行热混合，转速800rpm/min，温度控制在110℃左右，搅拌时间控制在20min。待混合均匀后转入挤出机进行塑化捏合，挤出加工温度为210℃～250℃，在熔融塑化阶段，通过侧喂料口加入玻纤，经挤出、造粒便可得到汽车保险杠的改性尼龙材料。并用注射成型工艺制成标准样条进行力学性能、热稳定性能的检测，测试结果见表1。
实施例3：
依照组分含量为：尼龙66树脂75kg，氯化聚乙烯3kg，无碱长玻纤15kg，滑石粉3kg，硬脂酸钙1.5kg，聚乙烯蜡2kg，苯甲基(1-苯并三氮唑)甲酯0.5kg的配方。采用热风循环对PA树脂进行干燥处理，温度100℃，干燥时间3h。并按上述配方量取除玻纤以外的配方组分，加入高速混合设备中进行热混合，转速800rpm/min，温度控制在110℃左右，搅拌时间控制在20min。待混合均匀后转入挤出机进行塑化捏合，挤出加工温度为210℃～250℃，在熔融塑化阶段，通过侧喂料口加入玻纤，经挤出、造粒便可得到汽车保险杠的改性尼龙材料。并用注射成型工艺制成标准样条进行力学性能、热稳定性能的检测，测试结果见表1。
实施例4：
依照组分含量为：尼龙66树脂45kg，尼龙11树脂15kg，马来酸酐接枝共聚物5kg，无碱长玻纤20kg，滑石粉8kg，硬脂酸钙2kg，氯化石蜡4.5kg，苯甲基(1-苯并三氮唑)甲酯0.5kg的配方。采用热风循环对PA树脂进行干燥处理，温度100℃，干燥时间3h。并按上述配方量取除玻纤以外的配方组分，加入高速混合设备中进行热混合，转速800rpm/min，温度控制在100℃左右，搅拌时间控制在25min。待混合均匀后转入挤出机进行塑化捏合，挤出加工温度为210℃～250℃，在熔融塑化阶段，通过侧喂料口加入玻纤，经挤出、造粒便可得到汽车保险杠的改性尼龙材料。并用注射成型工艺制成标准样条进行力学性能、热稳定性能的检测，测试结果见表1。
实施例5：
依照组分含量为：尼龙66树脂45kg，尼龙12树脂15kg，马来酸酐接枝共聚物3kg，无碱长玻纤30kg，蒙脱石3kg，硬脂酸锌0.5kg，氯化聚乙烯蜡3kg，苯甲基(1-苯并三氮唑)甲酯0.5kg的配方。采用热风循环对PA树脂进行干燥处理，温度100℃，干燥时间3h。并按上述配方量取除玻纤以外的配方组分，加入高速混合设备中进行热混合，转速800rpm/min，温度控制在110℃左右，搅拌时间控制在20min。待混合均匀后转入挤出机进行塑化捏合，挤出加工温度为210℃～250℃，在熔融塑化阶段，通过侧喂料口加入玻纤，经挤出、造粒便可得到汽车保险杠的改性尼龙材料。并用注射成型工艺制成标准样条进行力学性能、热稳定性能的检测，测试结果见表1。
实施例6：
依照组分含量为：尼龙6树脂40kg，尼龙12树脂20kg，马来酸酐接枝共聚物5kg，无碱长玻纤25kg，滑石粉5kg，硬脂酸锌1.3kg，氯化聚乙烯蜡3kg，苯甲基(1-苯并三氮唑)甲酯0.7kg的配方。采用热风循环对PA树脂进行干燥处理，温度100℃，干燥时间3h。并按上述配方量取除玻纤以外的配方组分，加入高速混合设备中进行热混合，转速800rpm/min，温度控制在110℃左右，搅拌时间控制在20min。待混合均匀后转入挤出机进行塑化捏合，挤出加工温度为210℃～250℃，在熔融塑化阶段，通过侧喂料口加入玻纤，经挤出、造粒便可得到汽车保险杠的改性尼龙材料。并用注射成型工艺制成标准样条进行力学性能、热稳定性能的检测，测试结果见表1。
依据项目相应的国家标准进行测试，其性能测试结果如下表：表1：配方组成及性能测试结果
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
缺口冲击强度(KJ/㎡) 23 18 16 21 19 21
拉伸强度(MPa) 201 213 187 204 208 204
弯曲强度(MPa) 311 343 268 319 321 318
弯曲模量(MPa) 9279 9400 8622 9285 9310 9277
热变形温度(℃) 172 165 156 168 170 171
洛氏硬度(R) 122 125 113 122 124 122
加工黏度(ml/g) 131 138 128 131 135 132
测试项目 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
缺口冲击强度(KJ/㎡) 32.5 15 14 15
拉伸强度(MPa) 19.5 193 184 185
弯曲强度(MPa) 22.1 272 238 268
弯曲模量(MPa) 1302 8832 8601 8613
热变形温度(℃) 124 159 156 156
洛氏硬度(R) 86 114 113 113
加工黏度(ml/g) 106.3 126 127 131

Claims (8)

1.一种用于汽车保险杠的改性尼龙材料，其特征在于,原料组分及质量份数为：
尼龙树脂40～75份；
增韧剂3～8份；
玻纤15～40份；
强化改质填充剂3～8份；
内润滑剂0.5～2份；
外润滑剂2～5份；
抗氧剂0.3～0.7份。
2.根据权利要求1所述的汽车保险杠的改性尼龙材料，其特征在于：所述的尼龙树脂为尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12中一种或两种。
3.根据权利要求1所述的汽车保险杠的改性尼龙材料，其特征在于：所述的增韧剂为氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝聚烯烃共聚物中的一种。
4.根据权利要求1所述的汽车保险杠的改性尼龙材料，其特征在于：所述内润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙中一种。
5.根据权利要求1所述的汽车保险杠的改性尼龙材料，其特征在于：所述外润滑剂为氯化石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种。
6.根据权利要求1所述的汽车保险杠的改性尼龙材料，其特征在于：所述抗氧剂为苯并三氮唑衍生物和巯基苯并噻唑衍生物中的一种。
7.根据权利要求1所述的汽车保险杠的改性尼龙材料，其特征在于：所述强化改质填充剂为滑石粉、蒙脱石粉中的一种。
8.一种制备如权利要求1所述的汽车保险杠的改性尼龙材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，尼龙树脂干燥：采用热风循环对尼龙树脂进行干燥，温度100℃，干燥时间3h；
步骤2，物料预混合：按上述质量份数称取尼龙树脂、增韧剂、强化改质填充剂、润滑剂、抗氧剂投入可变频高速混合机中进行高速混合，转速800rpm/min，温度控制在100～110℃，搅拌时间15～25min；
步骤3，混合物料输送：将步骤2混合充分后的物料通过密闭管道，通过失重式下料方式将物料输送到双螺杆挤出机加料斗；
步骤4：通过喂料螺杆将混合物转入双螺杆挤出机塑化混合，塑化温度为210℃～250℃；
步骤5：玻纤的加入：在熔融塑化阶段，通过侧喂料口加入玻纤，玻纤的加入采用长玻纤的加入方法，整捆长玻纤引入到双螺杆的加料口，然后由加料口的捏合盘组件定速导入玻纤；
步骤6：玻纤经混合物料溶体浸润塑化后经均化挤出造粒、筛分、干燥，制得汽车保险杠的改性尼龙材料。
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