CN112480660A - 一种高强度高耐候良外观的pa6组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度高耐候良外观的PA6组合物及其制备方法，按重量份数，组分包括PA6树脂25～45份；无定型尼龙5～10份，玻璃纤维20～50份；矿粉10～40份；炭黑0.3～0.8份；流动性改善剂0.3～0.8份；抗氧剂0.3～0.8份；润滑剂0.3～0.8份；耐候剂0.5～1份。本发明的PA6组合物具有良好的综合性能，能够制备高性能复合材料替代传统的金属材料在汽车功能件和结构件中使用。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种高强度高耐候良外观的PA6组合物及其制备方法。
背景技术
轻量化是全球汽车工业发展的重要趋势，《中国制造2025》中汽车发展整体规划强调轻量化仍然是重中之重。以塑代钢是实现汽车轻量化的重要途径之一，其实施方式是以高性能复合材料替代传统的金属材料在汽车功能件和结构件中使用。尼龙是汽车中广泛使用的工程塑料，其具有高强度、高耐热、耐化学好、电绝缘性优等特点。以尼龙材料替代金属材料应用于汽车零部件中已经非常成熟。例如，拍档支架和油门踏板等零件，广泛使用玻纤增强的尼龙66，要求高强度、高刚度、尺寸稳定等；后视镜支架、行李架支架等外露的功能件和结构件，也有试用尼龙材料取代金属材料的发展趋势，该类零件除了要求高强度、高刚性之外，还有良外观、高耐候的要求。
专利CN 109749432 A公开了一种高耐候、高外观表现、高性能用于汽车的玻纤增强尼龙材料及其制备方法。通过使用与尼龙材料相容性好的抗氧体系、光照体系复配的老化体系改善尼龙材料的耐候性。其所使用的尼龙包括PA6、PA66、PA6和PA66的共聚物、PA610、PA612、PPA，由于各尼龙性能差异较大，并未阐明材料在尺寸稳定性、外观表现的差异。专利CN 106928697 B公开了一种尼龙组合物，尼龙6和长链尼龙的共聚物作为树脂基质，再配合玻璃纤维增强，制得的尼龙材料具有良好注塑表面，外观无熔接痕、低翘曲变形，且刚韧性平衡良好。该组合物属于增韧尼龙范畴，主要应用于门框装饰条中，其玻纤填充含量有限，且需要良好的韧性。目前，尚未出现高强度、高刚性、良外观、高耐候、低吸水、低翘曲等综合性能优异的PA6组合物，以满足轻量化的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度高耐候良外观的PA6组合物及其制备方法，以填补汽车轻量化过程中对综合性能优异的尼龙材料的空白。
本发明的目的之一是提供一种高强度、高刚性、高耐候、良外观、尺寸稳定的PA6组合物，按重量份计，包括如下组分：PA6树脂25～45份；无定型尼龙5～10份，玻璃纤维20～50份；矿粉10～40份；炭黑0.3～0.8份；流动性改善剂0.3～0.8份；抗氧剂0.3～0.8份；润滑剂0.3～0.8份；耐候剂0.5～1份。
优选地，按重量份计，包括如下组分：PA6树脂25～45份；无定型尼龙5-10份，玻璃纤维20-40份；矿粉20-40份；炭黑0.3-0.8份；流动性改善剂0.3-0.8份；抗氧剂0.3-0.8份；润滑剂0.3-0.8份；耐候剂0.5～1份。
优选地，上述组合物中，所述PA6为相对粘度2.4～2.8的聚酰胺6。
优选地，上述组合物中，所述无定型尼龙树脂是一种长碳链、芳香族共聚非晶尼龙。例如，但不限于，PA6I/6T、PA6/6T、PA6I/10T、PA6/10T。
优选地，上述组合物中，所述玻璃纤维为聚氨酯表面修饰过、直径为7～17μm的短切玻璃纤维。
优选地，上述组合物中，所述矿粉为玻璃微珠、硫酸钡、硅灰石、云母、滑石粉、高岭土、碳酸钙中的一种或一种以上。
优选地，上述组合物中，所述炭黑为高纯度乙炔炭黑。
优选地，上述组合物中，所述流动性改善剂为十二烷二酸。
优选地，上述组合物中，所述抗氧剂为CuI或者CuBr类抗氧剂与受阻酚类抗氧剂按照1:1～3:1复配物。
优选地，上述组合物中，所述润滑剂为超支化聚酯聚酯、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酸酰胺、聚乙烯蜡的一种或一种以上一种或一种以上。
优选地，上述组合物中，所述耐候剂为苯丙三唑类紫外吸收剂和受阻胺类光稳定剂1:1复配物。
本发明的目的之二是提供上述PA6组合物的制备方法，步骤包括：将干燥后的PA6、无定型尼龙、炭黑、流动性改善剂、抗氧剂、润滑剂和耐候剂按一定比例预混后，由双螺杆塑化，玻璃纤维和矿粉按比例由双侧喂依次加入，经过牵引、冷却、切粒、干燥后，得到粒料。
优选地，所述的双螺杆挤出机设置温度为220～240℃，螺杆转速为300～400转/分。
本发明的目的之三是提供上述PA6组合物在汽车工业领域中的应用。
有益效果
发明人在玻纤和矿粉复合填充的耐候、经济型PA6组合物基础上，意外发现通过引入少量的无定型共聚尼龙和十二烷二酸，可以获得高强度、高刚性、良外观、高耐候、低吸水、低翘曲等综合性能优异的PA6组合物。发明人经过多次试验，发现无定型长碳链、芳香族共聚尼龙的引入，具有以下多重作用：1)降低PA6体系的结晶速度，可以减少浮纤，获得良外观产品；2)显著降低材料的吸水率，提升产品的尺寸稳定性；3)提高体系的流动性，从而改善外观。同时，复配十二烷二酸作为与PA6相容性好，可以作为分子间润滑剂，显著提升PA6体系的流动性，改善加工性能，获得外观优异的产品。
经过测试，发现无论是无定型尼龙还是十二烷十二酸，都能够通过改善外观，提升玻纤浸润效果，能够在光照实验中，减缓玻纤外漏，从而提升材料的耐候性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
(1)实施例和对比例中所采用的原材料的型号和来源：
PA6树脂：江苏海阳化纤有限公司，PA6 HY-2500A；
无定型尼龙：山东广垠新材料有限公司，PA6I6T TI1207；
玻璃纤维：重庆国际复合材料有限公司，玻纤ECS301HP-3-H；
炭黑：卡博特，炭黑M717；
流动性改善剂：凯赛生物科技有限公司，十二烷二酸Dodecanedioic Acid；
抗氧剂：德国布吕格曼，抗氧剂H328F，中国利安隆，抗氧剂1098，实施例中抗氧剂H328F和抗氧剂1098的质量比3:2；
润滑剂：美国霍尼韦尔，润滑剂-A-C540A；
耐候剂：中国利安隆，耐候剂RIASORB UV-234，德国巴斯夫，耐候剂CHIMASSORB944FDL，实施例中RIASORB UV-234和CHIMASSORB 944FDL的质量比为1:1。
(2)测试方法：
拉伸强度和模量：样品注塑成150mm*10mm*4mm哑铃状样条，按照ISO 527方法测试，拉伸速率为5mm/min，拉伸模量测试速率1mm/min；
熔指：粒子烘干后，按照ISO 1133方法测试，测试条件250℃，2.16kg，数据越大，表明流动性越好；
外观评估：280℃注塑，80℃模温，注塑成90mm*50mm*2mm光板，使用扫描方法计算表面浮纤面积占比，比例越小，说明外观越好；
耐候性测试：样品注塑成90mm*50mm*2mm光板，按照SAE J2527方法，辐照能量2500kJ/m2，测试后记录色差(dE)，评估耐候性能，dE越小表明耐候性越好；
翘曲性能测试：样品注塑成100*100*2mm方板，放置24H后，测试样品翘曲程度，以样板单侧离平面高度计算，高度越大，说明翘曲约严重。
吸水率测试：样品注塑成100*100*2mm方板，置于85℃/85RH％环境中吸湿处理3天，取出测试吸水率含量。
实施例
实施例1-6
按表1所示配比称取原料，将干燥后的PA6(干燥条件120℃，6H)、无定型尼龙、炭黑、流动性改善剂、抗氧剂、润滑剂和耐候剂预混后，由双螺杆塑化，玻璃纤维和矿粉按比例由双侧喂依次加入，经过牵引、冷却、切粒、干燥后，得到粒料。其中按照本领域常规如操作手册设置双螺杆挤出机设置温度为220～240℃，螺杆转速为300～400转/分。
对比例1-4
按表1所示配比称取原料，制备方法同上述实施例。
实施例1～6及对比例1～4的配方如表1所示。
实施例和对比例的性能测试结果如表2所示。
表1：实施例1-6和对比例1-4配方(重量份)
表2：实施例和对比例性能数据
对比例1-2和实施例3的结果表明，无定型尼龙和流动性改善剂对PA6组合物的性能改善方面显示出协同作用，单独只加流动性改善剂，表面浮纤和吸水率均较为严重，单独只添加无定型尼龙，熔指较低，且表面浮纤比较严重。二者同时使用时，力学性能、流动性、浮纤面积、吸水率以及耐候性能均得到显著改善。
对比例3-4和实施例1-4的结果表明，玻纤和矿粉的比例对PA6组合物的性能影响很大。当不添加玻纤时，PA6组合物的强度和刚性很差，达不到结构件的使用要求；当不添加矿粉时，PA6组合物的翘曲性能和外观均较差，耐候性能也有一定衰减；矿粉和玻纤含量在最优范围内，随着玻纤含量增加，PA6组合物的强度和刚性逐渐提升，随着矿粉含量的增加，PA6组合物的外观、翘曲性能以及耐候性能均逐渐改善。
实施例5-6的实验结果显示，在权利要求的端值范围内，调整玻纤、矿粉、流动性改善剂、无定型尼龙、耐候剂、抗氧剂、润滑剂等含量，PA6组合物均能表现出较为理想的综合性能。
Claims (10)
1.一种高强度、高刚性、高耐候、良外观、尺寸稳定的PA6组合物，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：PA6树脂25～45份；无定型尼龙5～10份，玻璃纤维20～50份；矿粉10～40份；炭黑0.3～0.8份；流动性改善剂0.3～0.8份；抗氧剂0.3～0.8份；润滑剂0.3～0.8份；耐候剂0.5～1份。
2.根据权利要求1所述PA6组合物，其特征在于，所述PA6树脂为相对粘度2.4～2.8的聚酰胺6。
3.根据权利要求1所述PA6组合物，其特征在于，所述无定型尼龙树脂是一种长碳链、芳香族共聚非晶尼龙。
4.根据权利要求1所述PA6组合物，其特征在于，所述玻璃纤维为聚氨酯表面修饰过、直径为7～17μm的短切玻璃纤维。
5.根据权利要求1所述PA6组合物，其特征在于，所述矿粉为玻璃微珠、硫酸钡、硅灰石、云母、滑石粉、高岭土、碳酸钙中的一种或一种以上。
6.根据权利要求1所述PA6组合物，其特征在于，所述流动性改善剂为十二烷二酸。
7.根据权利要求1所述PA6组合物，其特征在于，所述抗氧剂为CuI或者CuBr类抗氧剂与受阻酚类抗氧剂按照1:1～3:1复配物。
8.根据权利要求1所述PA6组合物，其特征在于，所述耐候剂为苯丙三唑类紫外吸收剂和受阻胺类光稳定剂1:1复配物。
9.一种权利要求1所述PBT复合材料的制备方法，步骤包括：将干燥后的PA6、无定型尼龙、炭黑、流动性改善剂、抗氧剂、润滑剂和耐候剂按比例预混后，由双螺杆塑化，玻璃纤维和矿粉按比例由双侧喂依次加入，经过牵引、冷却、切粒、干燥后，得到粒料。
10.一种权利要求1所述PA6组合物在汽车工业领域中的应用。
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