CN112322032A - 一种汽车底盘用高强度高韧性pa6复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料，按质量百分比，包括如下成分：59‑60％的预处理玻璃纤维、37‑38％的PA6、0.2‑1％的炭黑、0.2‑1％的抗氧剂、0.2‑1％的润滑剂、0.1‑0.5％的流动改性剂；其中，所述预处理玻璃纤维的制备方法为：将短切玻璃纤维置于相容剂中进行共混预处理，得到预处理玻璃纤维。本发明还公开了一种汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料的制备方法。本发明的汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料通过高比例预处理玻璃纤维的添加，组分之间相容性好；制备方法与材料配比二者相结合，使得通过该方法和配比制备的复合材料制成的汽车底盘成品具有高强度、高韧性、表面光滑度高的特性。
Description
技术领域
本发明涉及改性塑料技术领域，具体涉及一种汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料及其制备方法。
背景技术
随着汽车高速化和轻量化水平的不断提高，汽车制造业已成为尼龙工程塑料的一大消费市场。尼龙工程塑料可用于汽车的所有部位，在用于汽车底盘时，需要其具有高韧性、高强度、耐冲击且成品表面光滑度高等性能。目前，为了提高汽车底盘的强度、韧性一般采用添加玻璃纤维对PA6材料进行增强，但是，随着PA6中的玻璃纤维的高比例的添加，对玻璃纤维与PA6的粘合度、相容性具有一定的影响，造成制得的塑料粒制品中部分玻璃纤维与PA6树脂脱粘，从而大大降低了后期汽车底盘成品的力学性能，同时，还使得成品的表面光滑度下降，影响产品的美观度。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种高比例玻璃纤维添加的情况下，组分之间相容性好的汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料以及该复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料，按质量百分比，包括如下成分：59-60％的预处理玻璃纤维、37-38％的PA6、0.2-1％的炭黑、0.2-1％的抗氧剂、0.2-1％的润滑剂、0.1-0.5％的流动改性剂；其中，所述预处理玻璃纤维的制备方法为：将短切玻璃纤维置于相容剂中进行共混预处理，得到预处理玻璃纤维。优选的是，所述短切玻璃纤维的直径为10-12μm，纤维长度为3-3.5mm。本发明对短纤玻璃纤维通过相容剂的预处理，改变预处理玻璃纤维表面外形，使其出现明显的褶皱，从而增大玻璃纤维与PA6树脂的接触面积，提高玻璃纤维和PA6树脂的粘接强度，从而提高最终成品的拉伸强度和冲击强度等力学性能；加入流动改性剂，改善PA6复合材料的加工流动性，；添加润滑剂和抗氧化剂，增强复合材料综合力学性能，提升了复合材料的适用范围，使得该复合材料制成的成品具备优异的刚性、韧性和表面光滑度。
优选的技术方案为，所述相容剂由环氧树脂和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶组成，所述环氧树脂和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的重量比例为1：(1-1.5)。由环氧树脂和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶组成的相容剂，两者的共同作用，提高对玻璃纤维表面的处理效果。
进一步优选的技术方案为，所述抗氧剂包括抗氧剂A和抗氧剂B；所述抗氧剂A为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1024、抗氧剂264、抗氧剂3125、抗氧剂3114和抗氧剂KY-586中的一种或两种以上；所述的抗氧剂B为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，2-甲基-4，6-(1,1’-二甲基乙基)苯酚]磷酸乙基酯、四(2,4-二叔丁基八烷氧基-4，4-联苯基)磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、(2,4,6-三叔丁基苯基，2-丁基-2-乙基)-1，3-丙二醇亚磷酸酯、二(2,4-二对异丙基苯基)季戊四醇双亚磷酸酯、2,2’-亚乙基双(4,6-二叔丁基苯基)氟代亚磷酸酯和四(2,4-二叔丁基苯基-4,4-联苯基)双磷酸酯中的一种或两种以上。采用抗氧化剂A和抗氧化剂B两种抗氧化剂进行混合使用，进一步提升了复合材料的稳定性，兼顾抗氧效果和抗氧成本。
进一步优选的技术方案为，所述抗氧化剂A与抗氧化剂B的质量比为1：(6-8)。
进一步优选的技术方案为，所述润滑剂为为KJ硅酮类润滑剂，所述流动改性剂为流动改性剂CYD 701C。硅酮类润滑剂与表面处理后的玻璃纤维联合使用，进一步增强了PA6复合材料的韧性；流动改性剂CYD 701C可以有效提高树脂流动性，改善加工性能，并提高制品的厚度均匀性和尺寸精确性。
本发明还提供了一种汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先，室温下将短切玻璃纤维和相容剂加入高速混料机中搅拌13-15min后静置20-30min，随后进行冲洗、干燥；接着将干燥后的玻璃纤维和PA6置于40-60wt％的硅烷偶联剂水醇溶液中进行水解缩合反应；然后将处理的PA6、玻璃纤维、炭黑、抗氧剂、润滑剂、流动改性剂由加料口加入双螺杆挤出机共混、熔融、挤出、牵条、切粒、烘干后得到汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料，其中，双螺杆挤出机是同向双螺杆挤出机，长径比为40，螺纹杆的进料段、啮合段和输出段的长度比例为1:(2-5):(5-10)。目前，一般还是通过原料的配伍来提高复合材料的强度、韧性和表面光滑度，因此，需要在PA材料中增加各种各样的无机填料，这些填料或多或少会影响PA材料的物理性状，甚至影响材料原有的应用，本发明一方面只采用单一的玻璃纤维作为无机填料，并提高玻璃纤维的添加量，达到60％的比例，然后对高比例的玻璃纤维先采用相容剂处理，使玻璃纤维的表面先出现褶皱，然后采用硅烷偶联剂进行表面处理，玻璃纤维的表面具有由硅烷偶联剂水解缩合而成的网状poss结构，网状poss结构一端与具有褶皱表面的玻璃纤维结合，另一端的有机官能团与PA相结合，同时，玻璃纤维表面的褶皱，也提高了整体的微观网状结构的稳定性；通过对玻璃纤维表面褶皱和微观成网的两步处理，增加高比例玻璃纤维与PA6之间的相容性，同时，对双螺杆挤出机的螺杆的进料段、啮合段和输出段的长度比例进行调整，减小螺杆之间的剪切力，尽量减少对PA6和玻璃纤维之间形成的网状结构的破坏，二者相结合，使得通过该方法和配比制备的PA6复合材料制成的汽车底盘成品具有高强度、高韧性、表面光滑度高的特性。
优选的技术方案为，所述硅烷偶联剂为KH系列硅烷偶联剂，所述水解缩合反应的时间为10-15h，反应温度为55-60℃，优选的反应时间为12h，反应温度为60℃。
进一步优选的技术方案为，所述K系列硅烷偶联剂为KH-560，KH-570，KH580，KH590和KH602中的至少一种。
进一步优选的技术方案为，所述双螺杆挤出机的转速为250-300r/min，挤出温度为210℃-260℃。
本发明的优点和有益效果在于：该汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料通过高比例的预处理玻璃纤维的添加，具有高强度、高韧性，组分之间相容性好，成品表面光滑度高的优点。本发明一方面只采用单一的玻璃纤维作为无机填料，并提高玻璃纤维的添加量，达到59-60％的比例，然后对高比例的玻璃纤维先采用相容剂处理，使玻璃纤维的表面先出现褶皱，然后采用硅烷偶联剂进行表面处理，玻璃纤维的表面具有由硅烷偶联剂水解缩合而成的网状poss结构，网状poss结构一端与具有褶皱表面的玻璃纤维结合，另一端的有机官能团与PA6相结合，同时，玻璃纤维表面的褶皱，也提高了整体的微观网状结构的稳定性；通过对玻璃纤维表面褶皱和微观成网的两步处理，增加高比例玻璃纤维与PA6之间的相容性，同时，对双螺杆挤出机的螺杆的进料段、啮合段和输出段的长度比例进行调整，减小螺杆之间的剪切力，尽量减少对PA6和玻璃纤维之间形成的网状结构的破坏，二者相结合，使得通过该方法和配比制备的PA6复合材料制成的汽车底盘成品具有高强度、高韧性、表面光滑度高的特性；加入流动改性剂，改善PA6复合材料的加工流动性，；添加润滑剂和抗氧化剂，增强复合材料综合力学性能，提升了复合材料的适用范围，使得该复合材料制成的成品具备优异的刚性、韧性和表面光滑度。
附图说明
图1是本发明用于制备PA6复合材料的双螺杆挤出机的螺杆的结构示意图。
图中：1、螺杆芯；2、进料段；3、啮合段；4、输出段。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本发明是一种汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料，包括如下成分：60％的预处理玻璃纤维、38％的PA6、0.5％的炭黑、0.6％的抗氧剂，其中抗氧剂1010和抗氧剂三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯的重量比为1:7，0.6％的润滑剂KJ-A103、0.3％的流动改性剂CYD701C。
所述PA6复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先，室温下将短切玻璃纤维和相容剂加入高速混料机中搅拌13-15min后静置20-30min，相容剂与玻璃纤维的重量比为1:25，随后去离子水冲洗2次、干燥；其中，相容剂的环氧树脂和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的重量比例为1：1.2；接着将干燥后的玻璃纤维和PA6置于50wt％的硅烷偶联剂KH-560水醇溶液中进行水解缩合反应；所述水解缩合反应的时间为12h，反应温度为60℃，然后将处理的PA6、玻璃纤维、炭黑、抗氧剂、润滑剂、流动改性剂由加料口加入双螺杆挤出机共混、熔融、挤出、牵条、切粒、烘干后得到汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料；其中，挤出机的转速为280rpm，挤出温度为230℃。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，一种汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料，包括如下成分：59％的预处理玻璃纤维、1％的炭黑、1％的润滑剂、0.4％的流动改性剂。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，一种汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料，包括如下成分：37％的PA6、1％的抗氧剂、1％的润滑剂、0.5％的流动改性剂。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，所述PA6复合材料的制备方法，相容剂的环氧树脂和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的重量比例为1：1；干燥后的玻璃纤维和PA6置于40％的硅烷偶联剂KH-560水醇溶液中进行水解缩合反应。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，所述PA6复合材料的制备方法，相容剂的环氧树脂和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的重量比例为1：1.5；干燥后的玻璃纤维和PA6置于60wt％的硅烷偶联剂KH-560水醇溶液中进行水解缩合反应。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于，所述PA6复合材料的制备方法，双螺杆挤出机是同向双螺杆挤出机，长径比为40，如图1所示，螺纹杆的螺纹芯1上螺纹的螺距、角度等特征分为进料段2、啮合段3和输出段4，在本实施例中，将螺纹杆的进料段、啮合段和输出段的长度比例设置为为1：2：8。
实施例7
实施例7与实施例1的区别在于，所述PA6复合材料的制备方法，双螺杆挤出机是同向双螺杆挤出机，长径比为40，螺纹杆的进料段、啮合段和输出段的长度比例为1：3：7。
实施例8
实施例8与实施例1的区别在于，所述PA6复合材料的制备方法，双螺杆挤出机是同向双螺杆挤出机，长径比为40，螺纹杆的进料段、啮合段和输出段的长度比例为1：5：10。
对比例1
一种汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料，包括如下成分：60％的短切玻璃纤维、38％的PA6、0.5％的炭黑、0.6％的抗氧剂1010，0.6％的润滑剂KJ-A103。所述PA6复合材料的制备方法，包括将PA6、玻璃纤维、炭黑、抗氧剂、润滑剂、流动改性剂由加料口加入双螺杆挤出机共混、熔融、挤出、牵条、切粒、烘干；其中，挤出机的转速为280rpm，挤出温度为230℃。
为验证本发明的效果，按照相应的标准分别测试上述实施例1-8以及对比例1制得的试样的拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性进行测试，测试结果如下表：
实施例6中，高比例玻璃纤维，经过两步预处理和双螺杆进料段、啮合段和输出段的长度比例的调整，使得PA6与玻璃纤维之间的相容性好，该试样的强度最高，韧性最好。
对比例1中，尽管玻璃纤维的含量较大，但是没有经过预处理和工艺方法的改进，导致含量较少的PA6与玻璃纤维之间的相容性变差，性能下降。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料，其特征在于，按质量百分比，包括如下成分：59-60％的预处理玻璃纤维、37-38％的PA6、0.2-1％的炭黑、0.2-1％的抗氧剂、0.2-1％的润滑剂、0.1-0.5％的流动改性剂；其中，所述预处理玻璃纤维的制备方法为：将短切玻璃纤维置于相容剂中进行共混预处理，得到预处理玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料，其特征在于，所述相容剂由环氧树脂和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶组成，所述环氧树脂和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的重量比例为1：(1-1.5)。
3.根据权利要求2所述的汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料，其特征在于，所述抗氧剂包括抗氧剂A和抗氧剂B；所述抗氧剂A为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1024、抗氧剂264、抗氧剂3125、抗氧剂3114和抗氧剂KY-586中的一种或两种以上；所述的抗氧剂B为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，2-甲基-4，6-(1,1’-二甲基乙基)苯酚]磷酸乙基酯、四(2,4-二叔丁基八烷氧基-4，4-联苯基)磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、(2,4,6-三叔丁基苯基，2-丁基-2-乙基)-1，3-丙二醇亚磷酸酯、二(2,4-二对异丙基苯基)季戊四醇双亚磷酸酯、2,2’-亚乙基双(4,6-二叔丁基苯基)氟代亚磷酸酯和四(2,4-二叔丁基苯基-4,4-联苯基)双磷酸酯中的一种或两种以上。
4.根据权利要求3所述的汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂A与抗氧化剂B的质量比为1：(6-8)。
5.根据权利要求4所述的汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料，其特征在于，所述润滑剂为KJ硅酮类润滑剂，所述流动改性剂为流动改性剂CYD 701C。
6.一种根据权利要求5所述的汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，室温下将短切玻璃纤维和相容剂加入高速混料机中搅拌13-15min后静置20-30min，随后去离子水冲洗2次、干燥；接着将干燥后的玻璃纤维和PA6置于40-60wt％的硅烷偶联剂水醇溶液中进行水解缩合反应；然后将处理的PA6、玻璃纤维、炭黑、抗氧剂、润滑剂、流动改性剂由加料口加入双螺杆挤出机共混、熔融、挤出、牵条、切粒、烘干后得到汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料，其中，双螺杆挤出机是同向双螺杆挤出机，长径比为40，螺纹杆的进料段、啮合段和输出段的长度比例为1:(2-5):(5-10)。
7.根据权利要求6所述的汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH系列硅烷偶联剂，所述水解缩合反应的时间为10-15h，反应温度为55-60℃。
8.根据权利要求7所述的汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料的制备方法，其特征在于，所述K系列硅烷偶联剂为KH-560，KH-570，KH580，KH590和KH602中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的汽车底盘用高强度高韧性PA6复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的转速为250-300r/min，挤出温度为210℃-260℃。
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