CN112625437B - 一种尼龙66热塑性弹性体材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种尼龙66热塑性弹性体材料，其原料组成及重量份比为：共混物80–100、自由基引发剂0.04–0.06、自由基反应调控剂0.03–0.05，共混物的原料组成及其重量份比包括：尼龙66树脂80–100、聚丙烯粉5–7、碳纳米管0.5–0.8，制备时，先将尼龙66树脂、聚丙烯粉、碳纳米管按所需比例加入高速混合机中常温充分混合，然后排入平行双螺杆挤出机造粒机中，熔融共混挤出造粒，得到具有海岛结构的共混物，再将共混物与自由基引发剂、自由基反应调控剂加入密炼机中密炼，接着将密炼后的物料排入到平行双螺杆挤出机造粒机中，熔融共混挤出造粒即可。该设计提高了材料的韧性、加工流变性能、综合力学性能以及热性能。

Description

一种尼龙66热塑性弹性体材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种尼龙66热塑性弹性体材料及其制备方法，该材料可用于医疗器械、体育用品、运动器材、汽车和机械工具、电子电器产品等领域。

背景技术

尼龙66是国内外应用十分广泛的热塑性工程塑料之一，具有较好的机械性能和热性能，同时具有优良的力学强度、韧性好、耐应力开裂、耐磨性与耐腐蚀性好以及较好的成型加工性等，广泛应用于各种行业领域。但由于其冲击强度低，弹性不足，在医疗器械、体育用品等领域的使用受到了一定的限制，因此有必要对其进行增韧处理，提高其韧性和弹性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种能够显著提高材料韧性、弹性、加工流变性能的尼龙66热塑性弹性体材料及其制备方法。

为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种尼龙66热塑性弹性体材料，其原料组成及重量份比为：尼龙66共混物80–100、自由基引发剂0.04–0.06、自由基反应调控剂0.03–0.05，所述尼龙66共混物的原料组成及其重量份比包括：尼龙66树脂80–100、聚丙烯粉5–7、碳纳米管0.5–0.8。

所述自由基引发剂为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷，所述自由基反应调控剂为二硫化四甲基秋兰姆。

所述尼龙66共混物的原料组成还包括抗氧剂1076、抗氧剂168，所述抗氧剂1076、抗氧剂168与尼龙66树脂的重量份比为0.3–0.5:0.3–0.5:80–100。

一种尼龙66热塑性弹性体材料的制备方法，依次包括以下步骤：

尼龙66共混物的制备：先将尼龙66树脂、聚丙烯粉、碳纳米管按所需比例加入高速混合机中常温充分混合，然后排入平行双螺杆挤出机造粒机中，熔融共混挤出造粒，得到具有海岛结构的尼龙66共混物；

弹性体材料的制备：先将制备得到的尼龙66共混物与自由基引发剂、自由基反应调控剂按所需比例加入密炼机中密炼，然后将密炼后的物料排入到平行双螺杆挤出机造粒机中，熔融共混挤出造粒，即得到弹性体材料。

尼龙66共混物的制备步骤中，所述平行双螺杆挤出机的挤出工艺温度为：一区185±5℃、二区190±5℃、三区200±5℃、四区210±5℃、五区215±5℃、六区220±5℃、七区220±5℃、八区215±5℃、九区200±5℃、机头215±5℃。

弹性体材料的制备步骤中，

所述密炼机的密炼温度为195-205℃，密炼反应时间8-10分钟；；

所述平行双螺杆挤出机的挤出工艺温度为：一区180±5℃、二区185±5℃、三区190±5℃、四区195±5℃、五区200±5℃、六区205±5℃、七区210±5℃、八区200±5℃、九区200±5℃、机头200±5℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明一种尼龙66热塑性弹性体材料的原料组成及其重量份比为：尼龙66共混物80–100、自由基引发剂0.04–0.06、自由基反应调控剂0.03–0.05，所述尼龙66共混物的原料组成及其重量份比包括：尼龙66树脂80–100、聚丙烯粉5–7、碳纳米管0.5–0.8，制备时，先将尼龙66树脂、聚丙烯粉、碳纳米管按所需比例加入高速混合机中常温充分混合，然后排入平行双螺杆挤出机造粒机中，熔融共混挤出造粒，得到具有海岛结构的尼龙66共混物，再将共混物与自由基引发剂、自由基反应调控剂加入密炼机中密炼，接着将密炼后的物料排入到平行双螺杆挤出机造粒机中，熔融共混挤出造粒即可，本设计通过引入碳纳米管、自由基引发剂和自由基反应调控剂，自由基引发剂在聚丙烯体系中能引发形成自由基，在自由基反应调控剂的作用下，通过熔融共混自由基接枝反应，使碳纳米管与聚丙烯间能发生共价接枝，从而通过碳纳米管将分散在尼龙66体系中的聚丙烯大分子连接起来，形成网络结构，该网络结构显著提高了材料的韧性、弹性以及加工流变性能，同时，碳纳米管的加入提高了材料的热稳定性、分解温度、冲击强度性能。因此，本发明有效提高了材料的韧性、加工流变性能、综合力学性能以及热性能。

附图说明

图1为本发明所述材料的电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种尼龙66热塑性弹性体材料，其原料组成及重量份比为：尼龙66共混物80–100、自由基引发剂0.04–0.06、自由基反应调控剂0.03–0.05，所述尼龙66共混物的原料组成及其重量份比包括：尼龙66树脂80–100、聚丙烯粉5–7、碳纳米管0.5–0.8。

所述自由基引发剂为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷，所述自由基反应调控剂为二硫化四甲基秋兰姆。

所述尼龙66共混物的原料组成还包括抗氧剂1076、抗氧剂168，所述抗氧剂1076、抗氧剂168与尼龙66树脂的重量份比为0.3–0.5:0.3–0.5:80–100。

一种尼龙66热塑性弹性体材料的制备方法，依次包括以下步骤：

尼龙66共混物的制备：先将尼龙66树脂、聚丙烯粉、碳纳米管按所需比例加入高速混合机中常温充分混合，然后排入平行双螺杆挤出机造粒机中，熔融共混挤出造粒，得到具有海岛结构的尼龙66共混物；

弹性体材料的制备：先将制备得到的尼龙66共混物与自由基引发剂、自由基反应调控剂按所需比例加入密炼机中密炼，然后将密炼后的物料排入到平行双螺杆挤出机造粒机中，熔融共混挤出造粒，即得到弹性体材料。

尼龙66共混物的制备步骤中，所述平行双螺杆挤出机的挤出工艺温度为：一区185±5℃、二区190±5℃、三区200±5℃、四区210±5℃、五区215±5℃、六区220±5℃、七区220±5℃、八区215±5℃、九区200±5℃、机头215±5℃。

弹性体材料的制备步骤中，

所述密炼机的密炼温度为195-205℃，密炼反应时间8-10分钟；；

所述平行双螺杆挤出机的挤出工艺温度为：一区180±5℃、二区185±5℃、三区190±5℃、四区195±5℃、五区200±5℃、六区205±5℃、七区210±5℃、八区200±5℃、九区200±5℃、机头200±5℃。

本发明的原理说明如下：

本发明提供了一种尼龙66热塑性弹性体材料及其制备方法，该材料在熔融共混过程中，碳纳米管能捕捉原位产生的聚丙烯大分子自由基，破坏了碳纳米管中sp2杂化碳原子组成的π-π石墨结构，碳纳米管与聚丙烯间发生共价接枝反应，形成具有“网络状”微观结构的聚合物。

本发明所述材料共有三相(参见图1)，尼龙66为连续相，聚丙烯为分散相(图1中黑色圆点)，碳纳米管为连接相(图1中所示白线)，碳纳米管将分散相聚丙烯连接在一起，形成网络状相态。

自由基反应调控剂二硫化四甲基秋兰姆：聚丙烯体系中，在含有自由基引发剂2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷的情况下，会原位产生许多大分子聚丙烯自由基，在熔融共混过程中，碳纳米管能捕捉原位产生的聚丙烯大分子自由基，碳纳米管与聚丙烯间发生共价接枝反应，但不受控制的自由基反应将使聚丙烯基体发生严重降解，从而影响产品的性能。对此，本发明将二硫化四甲基秋兰姆作为自由基调控剂控制聚丙烯的降解，能捕捉一定量的自由基，使聚丙烯大分子自由基的产生速度降低，保证反应处于平衡状态。

本发明中各原料说明如下：

尼龙66树脂：熔体流动速率为10-13g/10min，200℃，2160g；

聚丙烯粉：共聚聚丙烯，熔体流动速率为0.3g/10min，230℃，2160g；

碳纳米管：直径10-20nm，纯度＞95％；

抗氧剂1076：白色结晶粉末，抗热老化剂；

抗氧剂168：白色结晶粉末，辅助抗氧剂，亚磷酸酯抗氧剂。

实施例1：

参见图1，一种尼龙66热塑性弹性体材料，其原料组成及重量份比为：尼龙66共混物80、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷0.04、二硫化四甲基秋兰姆0.03，所述尼龙66共混物的原料组成及其重量份比为：尼龙66树脂80、聚丙烯粉5、碳纳米管0.5、抗氧剂1076 0.3、抗氧剂168 0.3。

上述尼龙66热塑性弹性体材料的制备方法，依次按照以下步骤进行：

尼龙66共混物的制备：先将尼龙66树脂、聚丙烯粉、碳纳米管按所需比例加入高速混合机中常温充分混合8-10分钟，然后排入平行双螺杆挤出机造粒机中，熔融共混挤出造粒，得到具有海岛结构的尼龙66共混物，其中，所述平行双螺杆挤出机的挤出工艺温度为：一区185±5℃、二区190±5℃、三区200±5℃、四区210±5℃、五区215±5℃、六区220±5℃、七区220±5℃、八区215±5℃、九区200±5℃、机头215±5℃；

弹性体材料的制备：先将制备得到的尼龙66共混物与自由基引发剂、自由基反应调控剂按所需比例加入密炼机中，于203℃下密炼10分钟，然后将密炼后的物料排入到平行双螺杆挤出机造粒机中，熔融共混挤出造粒，即得到弹性体材料，其中，所述平行双螺杆挤出机的挤出工艺温度为：一区180±5℃、二区185±5℃、三区190±5℃、四区195±5℃、五区200±5℃、六区205±5℃、七区210±5℃、八区200±5℃、九区200±5℃、机头200±5℃。

实施例2：

与实施例1的不同之处在于：

所述弹性体材料的原料组成及重量份比为：尼龙66共混物100、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷0.06、二硫化四甲基秋兰姆0.05，所述尼龙66共混物的原料组成及其重量份比为：尼龙66树脂100、聚丙烯粉7、碳纳米管0.8、抗氧剂10760.5、抗氧剂168 0.5。

所述弹性体材料的制备步骤中，密炼机的密炼温度为205℃，密炼反应时间8分钟。

实施例3：

与实施例1的不同之处在于：

所述弹性体材料的原料组成及重量份比为：尼龙66共混物90、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷0.05、二硫化四甲基秋兰姆0.04，所述尼龙66共混物的原料组成及其重量份比为：尼龙66树脂90、聚丙烯粉6、碳纳米管0.65、抗氧剂10760.4、抗氧剂168 0.4。

所述弹性体材料的制备步骤中，密炼机的密炼温度为200℃，密炼反应时间9分钟。

将本发明实施例3制备得到的产品与对比例(与实施例3相比，未加入碳纳米管其它配方、比例以及制备方法均相同)同时进行各项性能测试，结果如表1所示：

表1实施例3与对比例的测试数据

通过表1所示数据可以看出，在加入碳纳米管后，不仅材料的力学性能，如拉伸强度、定伸强度、弯曲弹性模量等有显著的提升，而且有效提高了材料的加工流变性能(熔体流动速率)、热稳定性(热变形温度)性能。

Claims (5)

1.一种尼龙66热塑性弹性体材料，其特征在于：

所述材料的原料组成及其重量份比为：尼龙66共混物80–100、自由基引发剂0.04–0.06、自由基反应调控剂0.03–0.05，所述尼龙66共混物具有海岛结构，尼龙66共混物的原料组成及其重量份比包括：尼龙66树脂80–100、聚丙烯粉5–7、碳纳米管0.5–0.8；

所述材料的制备方法依次包括以下步骤：

尼龙66共混物的制备：先将尼龙66树脂、聚丙烯粉、碳纳米管按所需比例加入高速混合机中常温充分混合，然后排入平行双螺杆挤出机造粒机中，熔融共混挤出造粒，得到具有海岛结构的尼龙66共混物；

弹性体材料的制备：先将制备得到的尼龙66共混物与自由基引发剂、自由基反应调控剂按所需比例加入密炼机中密炼，然后将密炼后的物料排入到平行双螺杆挤出机造粒机中，熔融共混挤出造粒，即得到弹性体材料。

2.根据权利要求1所述的一种尼龙66热塑性弹性体材料，其特征在于：所述自由基引发剂为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷，所述自由基反应调控剂为二硫化四甲基秋兰姆。

3.根据权利要求1或2所述的一种尼龙66热塑性弹性体材料，其特征在于：所述尼龙66共混物的原料组成还包括抗氧剂1076、抗氧剂168，所述抗氧剂1076、抗氧剂168与尼龙66树脂的重量份比为0.3–0.5:0.3–0.5:80–100。

4.根据权利要求1所述的一种尼龙66热塑性弹性体材料，其特征在于：

尼龙66共混物的制备步骤中，所述平行双螺杆挤出机的挤出工艺温度为：一区185±5℃、二区190±5℃、三区200±5℃、四区210±5℃、五区215±5℃、六区220±5℃、七区220±5℃、八区215±5℃、九区200±5℃、机头215±5℃。

5.根据权利要求1所述的一种尼龙66热塑性弹性体材料，其特征在于：

弹性体材料的制备步骤中，

所述密炼机的密炼温度为195-205℃，密炼反应时间8-10分钟；

所述平行双螺杆挤出机的挤出工艺温度为：一区180±5℃、二区185±5℃、三区190±5℃、四区195±5℃、五区200±5℃、六区205±5℃、七区210±5℃、八区200±5℃、九区200±5℃、机头200±5℃。