CN112430391A - 一种超韧超耐低温超耐磨柔性尼龙合金材料及其制备方法 - Google Patents
一种超韧超耐低温超耐磨柔性尼龙合金材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种超韧超耐低温超耐磨柔性尼龙合金材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域，包括由尼龙、聚乙烯、相容剂、增塑剂、抗氧剂和脱模剂按照质量百分比制得的尼龙合金，其中相容剂为由聚烯烃热塑性弹性体、马来酸接枝物和聚丙烯按一定质量百分比制得的多组分复合型相容剂，该相容剂不仅可以实现柔性尼龙合金的增韧效果，同时又可以对柔性尼龙合金的各组分起到相容效果，使制得的尼龙合金在韧性、耐低温性能以及耐磨损性能方面得到显著的提升。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种尼龙合金，具体而言，涉 及一种超韧超耐低温超耐磨柔性尼龙合金材料及其制备方法。
背景技术
尼龙合金也称尼龙掺混物或尼龙共混物，是采用相容化技术在尼龙中 掺入其他聚合物而制得的一类改性塑料的总称。尼龙合金通过利用尼龙和 其他助剂的相容共混可以提高材料的综合性能，改善尼龙本身存在的性能 短板，使其满足不同环境下的使用需求。但在尼龙的相容共混过程中，也 会因为各功能助剂之间协效性或相容性的问题，导致尼龙合金中的部分性 能下降，例如制得的尼龙合金具有耐低温、高韧性的优点，但机械强度较 差，缺口冲击强度较低；或者机械强度得到显著提升，但韧性较差。
为了解决这种问题，行业内的技术人员进行了众多尝试，例如中国专 利CN201710828328.6公开了一种耐低温超韧无卤阻燃尼龙合金及其制备方 法，通过加入少量的以纤维材料增强的聚烯烃树脂作为增强剂、适量的马 来酸酐接枝的聚烯烃弹性树脂作为增韧剂，使获得的尼龙合金具有较强的 抗拉伸性能和较强低温抗冲击性能，同时加入阻燃剂，在协同其他各助剂 的基础之上获得了较佳的阻燃效果。但耐磨性较差，表面的摩擦系数较高， 其使用范围受到限制。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种具有高韧性、耐低温、耐磨损的柔性尼 龙合金材料，通过对助剂的添加量以及助剂种类的协调配合，改善尼龙的 性能。在该目的的基础之上，本发明的另一目的是提供上述尼龙合金的制 备方法。
基于以上目的，本发明对尼龙合金的助剂、配比以及混合顺序进行适 当的改进，从而改善尼龙合金的各项性能，使制得的尼龙合金具有高韧性、 耐低温、耐磨损的性能。具体的，本发明提供了一种超韧超耐低温超耐磨 柔性尼龙合金材料，按质量百分比计算，包括以下原料组成：
尼龙：25％-40％；
聚乙烯：10％-30％；
相容剂：15％-25％；
增塑剂：10％-20％；
抗氧剂：0.1％-0.2％；
脱模剂：0.1％-1％。
优选的，按质量百分比计算，包括以下原料组成：
尼龙：30％-40％；
聚乙烯：15％-30％；
相容剂：15％-20％；
增塑剂：15％-20％；
抗氧剂：0.1％-0.2％；
脱模剂：0.1％-1％。
进一步优选的，所述尼龙为尼龙6，所述聚乙烯为超高分子量聚乙烯。
优选的，所述相容剂包括聚烯烃热塑性弹性体(POE)、马来酸接枝物和 聚丙烯(PP)，按质量百分比计算，各组分的含量为：
POE：50％-70％；
马来酸接枝物：1％-5％；
PP：25％-40％。
进一步优选的，所述聚烯烃热塑性弹性体(POE)、马来酸接枝物和聚丙 烯(PP)，按质量百分比计算，各组分的含量为：
POE：55％-65％；
马来酸接枝物：1％-5％；
PP：30％-40％。
优选的，所述增塑剂为N-丁基苯磺酰胺。
优选的，所述抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂或耐高温抗氧剂中的至少一种。
进一步优选的，抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂1010、抗氧 剂CA、抗氧剂1216、抗氧剂9228中的一种或几种。
优选的，所述脱模剂为硅油、聚乙二醇、低分子量聚乙烯中的至少一 种。
本发明还基于另一目的，提供了一种超韧超耐低温超耐磨柔性尼龙合 金材料的制备方法，至少包括以下几个步骤：
a：按质量百分比取样，将POE、马来酸接枝物与PP通过高速混合机混 匀，制得第一混合组分备用；
b：按质量百分比取样，将增塑剂、抗氧剂、脱模剂与第一混合组分通 过高速混合机混匀，制得第二混合组分备用；
c：按质量百分比取样，将尼龙、聚乙烯与第二混合组分通过高速混合 机混匀，制得第三混合组分；
d：将所得第三混合组分通过双螺旋挤压造粒机挤出，制得柔性尼龙合 金材料。
优选的，所述双螺旋挤压造粒机的挤出温度为200-230℃，螺杆转速为 800-1000r/min。
本发明的有益效果在于：1、采用多组分混合的复合型相容剂，不仅可 以实现柔性尼龙合金的增韧效果，同时又可以对柔性尼龙合金的各组分起 到相容效果。2、本发明制得的柔性尼龙合金在韧性、耐低温性能、耐磨损 性能方面得到显著提升，通过测试数据显示，室温下简支梁缺口冲击≥
25JNB，低温下简支梁缺口冲击≥24JNB，室温下简支梁无缺口冲击≥25JNB， 低温下简支梁无缺口冲击≥24JNB，拉伸强度≥35MPa、断裂伸长率≥260， 弯曲强度≥10MPa，邵氏D硬度≥50。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，下面描述的实施例是示例性的，旨在 用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
按质量百分比计算，由以下含量的各组分制备相容剂：
POE：63.2％；
马来酸接枝物：3.5％；
PP：33.3％。
按质量百分比计算，由以下含量的各组分制备柔性尼龙合金：
尼龙6：37.2％；
超高分子量聚乙烯：25.5％；
新制相容剂：18.3％；
N-丁基苯磺酰胺：18.6％；
抗氧剂1010：0.2％；
硅油：0.2％。
本实施例中的柔性尼龙合金材料的制备方法：
a：按质量百分比取样，将POE、马来酸接枝物与PP在高速混合机中混 合15-20min，制得第一混合组分备用；
b：按质量百分比取样，将N-丁基苯磺酰胺、抗氧剂1010、硅油与第一 混合组分在高速混合机中混合20-30min，制得第二混合组分备用；
c：按质量百分比取样，将尼龙6、超高分子量聚乙烯与第二混合组分 在高速混合机中混合15-25min，制得第三混合组分；
d：将所得第三混合组分通过双螺旋挤压造粒机挤出，挤出温度为 215℃，螺杆转速为950r/min制得柔性尼龙合金材料。
实施例2
按质量百分比计算，由以下含量的各组分制备相容剂：
POE：60.8％；
马来酸接枝物：2.7％；
PP：36.5％。
按质量百分比计算，由以下含量的各组分制备柔性尼龙合金：
尼龙6：35.8％；
超高分子量聚乙烯：27.3％；
新制相容剂：18.4％；
N-丁基苯磺酰胺：18.1％；
抗氧剂168：0.1％；
聚乙二醇：0.3％。
本实施例中的柔性尼龙合金材料的制备方法：
a：按质量百分比取样，将POE、马来酸接枝物与PP在高速混合机中混 合15-20min，制得第一混合组分备用；
b：按质量百分比取样，将N-丁基苯磺酰胺、抗氧剂168、聚乙二醇与 第一混合组分在高速混合机中混合25-30min，制得第二混合组分备用；
c：按质量百分比取样，将尼龙6、超高分子量聚乙烯与第二混合组分 在高速混合机中混合15-25min，制得第三混合组分；
d：将所得第三混合组分通过双螺旋挤压造粒机挤出，挤出温度为 228℃，螺杆转速为875r/min制得柔性尼龙合金材料。
实施例3
按质量百分比计算，由以下含量的各组分制备相容剂：
POE：57.3％；
马来酸接枝物：4.5％；
PP：38.2％。
按质量百分比计算，由以下含量的各组分制备柔性尼龙合金：
尼龙6：34.4％；
超高分子量聚乙烯：28.2％；
新制相容剂：17.8％；
N-丁基苯磺酰胺：19.3％；
抗氧剂168：0.1％；
聚乙二醇：0.2％。
本实施例中的柔性尼龙合金材料的制备方法：
a：按质量百分比取样，将POE、马来酸接枝物与PP在高速混合机中混 合20-25min，制得第一混合组分备用；
b：按质量百分比取样，将N-丁基苯磺酰胺、抗氧剂168、聚乙二醇与 第一混合组分在高速混合机中混合25-30min，制得第二混合组分备用；
c：按质量百分比取样，将尼龙6、超高分子量聚乙烯与第二混合组分 在高速混合机中混合15-25min，制得第三混合组分；
d：将所得第三混合组分通过双螺旋挤压造粒机挤出，挤出温度为220℃，螺杆转速为920r/min制得柔性尼龙合金材料。
实施例4
按质量百分比计算，由以下含量的各组分制备相容剂：
POE：60.3％；
马来酸接枝物：3.2％；
PP：36.5％。
按质量百分比计算，由以下含量的各组分制备柔性尼龙合金：
尼龙6：38.2％；
超高分子量聚乙烯：24.3％；
新制相容剂：19.6％；
N-丁基苯磺酰胺：17.2％；
抗氧剂CA：0.1％；
低分子量聚乙烯：0.6％。
本实施例中的柔性尼龙合金材料的制备方法：
a：按质量百分比取样，将POE、马来酸接枝物与PP在高速混合机中混 合15-25min，制得第一混合组分备用；
b：按质量百分比取样，将N-丁基苯磺酰胺、抗氧剂CA、低分子量聚乙 烯与第一混合组分在高速混合机中混合30～35min，制得第二混合组分备 用；
c：按质量百分比取样，将尼龙6、超高分子量聚乙烯与第二混合组分 在高速混合机中混合20～25min，制得第三混合组分；
d：将所得第三混合组分通过双螺旋挤压造粒机挤出，挤出温度为 220℃，螺杆转速为960r/min制得柔性尼龙合金材料。
对比例
尼龙：20％；
超高分子量聚乙烯：36％；
乙烯单体与丙烯酸甲酯单体形成的二元共聚物：4％；
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物：40％。
a:首先将乙烯单体与丙烯酸甲酯单体形成的二元共聚物加入密炼机中 进行充分混合，在200℃密炼15分钟；然后加入超高分子量聚乙烯，继续 密炼10分钟；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，继续密炼15分钟；卸 料、冷却至室温、粉碎即得复合增韧剂；
b:将尼龙和复合增韧剂进行高速搅拌混合，然后由精密计量的喂料器 送入双螺杆挤出机中最后经挤出制得。
将实施例和对比例制得的尼龙合金材料的各项数据进行测试，测试结 果如表1所示。
表1尼龙合金材料的各项测试结果
通过以上实验数据可以看出，在采用多组分混合的复合型相容剂以及 对尼龙合金的各助剂种类、各组分之间的百分比进行改进之后，首先得到 的尼龙合金的低温性能得到显著提升，其低温下的简支梁缺口冲击和简支 梁无缺口冲击的测试结果与常温下的测试结果相当或性能略有下降，因此 使得制得的尼龙合金材料具有更强的耐低温性能，可以在低温环境下正常 使用；其次，测试数据显示拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度也得到了一定程度的提升，使尼龙合金材料的韧性得到改观；最后邵氏D硬度得到了显 著的提升，从而使得制得的尼龙合金在耐磨损性能上表现优异，耐磨损性 能提高以后，可以使使用寿命得到延长。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技 术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施方式和说明书 中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下， 本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的 范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种超韧超耐低温超耐磨柔性尼龙合金材料，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下原料组成：
尼龙：25％～40％；
聚乙烯：10％～30％；
相容剂：15％～25％；
增塑剂：10％～20％；
抗氧剂：0.1％～0.2％；
脱模剂：0.1％～1％。
2.根据权利要求1所述的超韧超耐低温超耐磨柔性尼龙合金材料，其特征在于，所述尼龙为尼龙6，所述聚乙烯为超高分子量聚乙烯。
3.根据权利要求1或2所述的超韧超耐低温超耐磨柔性尼龙合金材料，其特征在于，所述相容剂包括聚烯烃热塑性弹性体(POE)、马来酸接枝物和聚丙烯(PP)，按质量百分比计算，各组分的含量为：
POE：50％-70％；
马来酸接枝物：1％-5％；
PP：25％-40％。
4.根据权利要求3所述的超韧超耐低温超耐磨柔性尼龙合金材料，其特征在于，所述增塑剂为N-丁基苯磺酰胺。
5.根据权利要求3所述的超韧超耐低温超耐磨柔性尼龙合金材料，其特征在于，所述抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂或耐高温抗氧剂中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的超韧超耐低温超耐磨柔性尼龙合金材料，其特征在于，抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂1010、抗氧剂CA、抗氧剂1216、抗氧剂9228中的一种或几种。
7.根据权利要求3所述的超韧超耐低温超耐磨柔性尼龙合金材料，其特征在于，所述脱模剂为硅油、聚乙二醇、超高分子量聚乙烯中的至少一种。
8.根据权利要求3所述的超韧超耐低温超耐磨柔性尼龙合金材料的制备方法，其特征在于，至少包括以下几个步骤：
a：按质量百分比取样，将POE、马来酸接枝物与PP通过高速混合机混匀，制得第一混合组分备用；
b：按质量百分比取样，将增塑剂、抗氧剂、脱模剂与第一混合组分通过高速混合机混匀，制得第二混合组分备用；
c：按质量百分比取样，将尼龙、聚乙烯与第二混合组分通过高速混合机混匀，制得第三混合组分；
d：将所得第三混合组分通过双螺旋挤压造粒机挤出，制得柔性尼龙合金材料。
9.根据权利要求8所述的超韧超耐低温超耐磨柔性尼龙合金材料的制备方法，其特征在于，所述双螺旋挤压造粒机的挤出温度为200～230℃，螺杆转速为800～1000r/min。
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