CN112759925A - 一种耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物及其制备方法和应用。本发明的耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物，包括如下按重量份计算的组分：聚酰胺树脂35～70份；扁平长玻纤30～60份；光稳定剂0.1～2份；紫外线吸收剂0.1～2份；加工助剂0.2～2份；其中，所述扁平长纤维的横截面的长宽比≥2。制备得到的耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物，具有更好的耐老化性能，同时具有较好的力学强度，其中，耐候色差值可低至0.5，与现有的通过防老化剂改性的聚酰胺复合材料相比，耐侯色差值降低了66.67％。

Description

一种耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物及其制备方法 和应用
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域，具体涉及一种耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚酰胺(PA)材料为半结晶型聚合物，其分子链中重复出现的酰胺基团间可发生氢键结合，并规整排列形成结晶，从而赋予聚酰胺制品良好的机械性能和耐油耐溶剂性、自润滑性以及一定的阻燃性，因此是应用较广的工程塑料。然而，其因酰胺键的存在导致吸水性较大，尺寸稳定性较差，这就限制了它在某些结构材料中的应用。采用玻纤增强能够大幅提高聚酰胺的力学性能和尺寸稳定性，弥补上述不足，扩大其在结构材料领域中的应用。
传统的玻纤增强技术是将玻纤在挤出机直接与热塑性聚合物配料熔融混合造粒。在螺杆和料筒摩擦剪切的作用下，玻纤被切碎，得到的是短玻纤增强粒料。而长玻纤增强技术是以树脂熔体浸渍玻纤丝束后再切粒，最终制品中有更多大于临界长度的玻纤，取得更好的增强效果和尺寸稳定性。长玻纤增强聚酰胺(如中国专利CN111533993A)具有高强度、高刚性、好的冲击强度、抗蠕变性能和尺寸稳定性等特点，被广泛应用于汽车部件、家电、电动工具等领域。
而聚酰胺产品在使用过程中，还需要具备一定的耐老化性能，通常通过加入防老化剂来提升材料的耐老化性能，但是现有的防老化剂的加入量过多，则会对材料的力学性能有一定的影响，因此耐老化性能只能达到一定的水平，仍有待提高。
因此，需要寻求一种新的改性方法，可以进一步提升聚酰胺材料的耐老化性能，同时对力学性能的影响较小。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中聚酰胺材料中耐老化性能仍需进一步提升的问题，提供一种耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物。本发明的耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物，具有更好的耐老化性能，同时具有较好的力学强度，其中，耐候色差值可低至0.5，与现有的通过防老化剂改性的聚酰胺复合材料相比，耐侯色差值降低了66.67％。
本发明的另一目的在于，提供所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物的制备方法。
本发明的另一目的在于，提供所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物在制备汽车部件、家电或电动工具中的应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物，包括如下按重量份计算的组分：
Figure BDA0002869303110000021
其中，所述扁平长纤维的横截面的长宽比≥2。
本发明的发明人通过大量试验研究发现，在耐光热老化聚酰胺材料中加入扁平长玻纤，可以增强材料的力学性能，并且与光稳定剂以及紫外光吸收剂协同作用，可以进一步提高材料的耐光老化性能。这可能是因为，常规玻纤增强聚酰胺样板表面浮纤较多，玻纤与树脂结合力差，易受到光热作用，从而降解产生自由基加降解，耐老化性能降低，而扁平长玻纤具有较好的流动性，可以减少聚酰胺树脂中浮纤的产生，减缓聚酰胺树脂的光降解的速率，进而可以达到提升材料的耐老化性能的效果。
优选地，所述扁平长玻纤的线密度500～2000tex，即每1000米的玻璃纤维束具有500～2000g的重量。
优选地，所述聚酰胺树脂为聚己内酰胺、聚己二酰己二胺、聚十一内酰胺、聚十二内酰胺、聚十二烷酰己二胺、聚己二酰丁二胺、聚壬二酰己二胺、聚葵二酰己二胺或聚葵二酰葵二胺中的一种或几种的组合。
优选地，所述光稳定剂为受阻胺光稳定剂。
进一步优选地，所述光稳定剂的摩尔分子量为2000～4000g/mol。
进一步优选地，所述光稳定剂的熔点≥120℃。
进一步优选地，所述光稳定剂为具有如下分子式结构的化合物：
Figure BDA0002869303110000031
其中，R基团为烷烃或含有哌啶基团，进一步优选为烷烃。
优选地，所述光稳定剂的粒径为0.5～2mm。
优选地，所述紫外光吸收剂为二苯甲酮类紫外线吸收剂。
优选地，所述加工助剂为抗氧剂、润滑剂或颜色添加剂中的一种或几种的组合。
优选地，所述抗氧剂为卤化铜金属化合物、受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种的组合。
进一步优选地，所述抗氧剂为铜盐、抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂3114、抗氧剂168或抗氧剂PEP-36中的一种或几种的组合。
优选地，所述润滑剂为硅酮类、酰胺类、聚乙烯类、硬脂酸类、脂肪酸或酯类润滑剂中的一种或几种的组合。
优选地，所述颜色添加剂为炭黑。
所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物的制备方法，包括如下步骤：
S1.聚酰胺树脂、光稳定剂、紫外光吸收剂和加工助剂混合均匀后得到混合物1；
S2.将S1得到的混合物1熔融后，加入扁平长玻纤进行挤出、造粒即得所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物。
优选地，所述挤出可选用双螺杆挤出机。
优选地，所述双螺杆挤出机的参数为：双螺杆挤出机的温度为210～300℃；双螺杆挤出机的浸润模头的温度为270～320℃。
所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物在制备汽车部件、家电或电动工具中的应用也在本发明的保护范围之内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物，通过扁平长纤维与光稳定剂协同作用才提高材料力学强度的同时，具有更好的耐老化性能，其中，耐候色差值可低至0.5(实施例1)，与现有的通过防老化剂改性的聚酰胺复合材料(对比例2的耐候色差值为1.5)相比，耐侯色差值降低了66.67％。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
本发明的实施例采用以下原料：
聚酰胺树脂-1：PA66 EP-158，购自浙江华峰；
聚酰胺树脂-2：PA6 HY-2800A，购自江苏海阳化纤有限公司；
聚酰胺树脂-3：PA56 1273，购自凯赛生物；
扁平长玻纤-1：横截面的长宽比为3，线密度为2000tex，ER4301T-2000，购自重庆国际复合材料有限公司；
扁平长玻纤-2：横截面的长宽比为3，线密度为500tex，ER4301T-500，购自重庆国际复合材料有限公司；
扁平长玻纤-3：横截面的长宽比为4，线密度为1000tex，ER4301T-1000，购自重庆国际复合材料有限公司；
普通圆玻纤：线密度为2400tex，ER4301H-2400，购自重庆国际复合材料有限公司；
光稳定剂：摩尔分子量为3400g/mol，粒径为1mm，DSUNSORB H40，购自欣友唯化工；
紫外光吸收剂：UV 234，购自巴斯夫；
抗氧剂：PEP-36，购自艾迪科；
润滑剂：聚乙烯蜡，C540A，购自科莱恩；
颜色添加剂：PE2718，购自卡博特。
实施例1～9
按照表1中的配方，按照如下制备方法制备耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物：
S1.将聚酰胺树脂、光稳定剂、紫外光吸收剂和加工助剂加入到高速混合机中，在350rpm的转速条件下高速搅拌2min后得到混合物1；
S2.将S1得到的混合物1加入到双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融状态下的聚酰胺树脂通过浸润模头，此时将中准备好的扁平长玻纤进入纤维通道后，先进入纤维预分散区中，由预分散装置对连续长纤维进行预分散和预加热，再将玻纤进入一种交变压力熔融浸渍设备，在浸润设备中将预分散后的扁平长玻纤与熔融状态下的聚酰胺树脂进行充分分散和浸渍，挤出造粒，即得所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物。其中，双螺杆挤出机的温度为210～300℃，浸润模头的温度为270～320℃。
表1实施例的耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物中各组分含量(重量份)
Figure BDA0002869303110000051
对比例1
本对比例与实施例2相比，不同之处在于，将扁平长玻纤替换为普通圆玻纤。
对比例2
本对比例与实施例2相比，不同之处在于，将扁平长玻纤用聚酰胺树脂-1代替，即未添加扁平长玻纤。
对比例3
本对比例与实施例2相比，不同之处在于，未添加光稳定剂。
对比例4
本对比例与实施例2相比，不同之处在于，未添加紫外光吸收剂。
对上述实施例和对比例制备得到的聚酰胺组合物的性能进行测试，具体测试项目及测试方法如下：
1.力学性能：
按照ISO527-1/2-2012标准，使用注塑机将聚酰胺组合物模制成4mm厚的测试样条，使用铝箔袋将样条进行密封处理防止样条吸湿(即保持为干态样条)，测试23℃、5mm/min的测试速度条件下，测试样条的拉伸强度；
2.耐光老化性能测试：
根据美国汽车协会SAE J2527-2004标准，通过氙灯老化模拟材料接受户外耐候老化的过程，包含光照环境、黑暗环境、喷淋阶段、干燥阶段、加热等环境因素，评价实施例及对比例中的各聚酰胺组合物注塑的样品经过2500kJ/m2的辐照量(约合1900h)之后的表面色差变化(ΔE)以及灰度变化，灰度等级越小或色差变化越大表明材料的耐候性能越差。
3.耐热老化性能测试：
根据ISO 188-2011标准，通过热氧老化模拟材料在高耐热条件下的老化过程，评价实施例及对比例中的各聚酰胺组合物注塑的样品经过150℃，2000h老化后测试拉伸强度的性能保持率。
测试结果如表2所示。
表2实施例及对比例制备得到的聚酰胺组合物的性能测试结果
Figure BDA0002869303110000061
从表1和表2的数据结果表明，本发明各实施例制备得到的耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物具有较好的力学性能和耐候性能。
对比例1与实施例2对比发现，添加普通圆玻纤后虽然力学性能与扁平玻纤相比相差不大，但是材料的耐光热老化性能较差；对比例2与实施例2对比发现，扁平长玻纤的加入，可以显著提升材料的力学性能和耐光热老化性能；对比例3和4的结果表明，扁平长玻纤需要与光稳定剂和紫外光吸收剂协同作用，才可以达到显著的提升材料的耐光热老化性能的效果。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物，其特征在于，包括如下按重量份计算的组分：
Figure FDA0002869303100000011
其中，所述扁平长玻纤的横截面的长宽比≥2。
2.根据权利要求1所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物，其特征在于，所述扁平长玻纤的线密度500～2000tex。
3.根据权利要求1所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物，其特征在于，所述聚酰胺树脂为聚己内酰胺、聚己二酰己二胺、聚十一内酰胺、聚十二内酰胺、聚十二烷酰己二胺、聚己二酰丁二胺、聚壬二酰己二胺、聚葵二酰己二胺或聚葵二酰葵二胺中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物，其特征在于，所述光稳定剂为受阻胺光稳定剂。
5.根据权利要求4所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物，其特征在于，所述光稳定剂的摩尔分子量为2000～4000g/mol。
6.根据权利要求1所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物，其特征在于，所述紫外光吸收剂为二苯甲酮类紫外线吸收剂。
7.根据权利要求1所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物，其特征在于，所述加工助剂为抗氧剂、润滑剂或颜色添加剂中的一种或几种的组合。
8.根据权利要求7所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物，其特征在于，所述抗氧剂为卤化铜金属化合物、受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种的组合；所述润滑剂为硅酮类、酰胺类、聚乙烯类、硬脂酸类、脂肪酸或酯类润滑剂中的一种或几种的组合。
9.权利要求1～8任一项所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物的制备方法，包括如下步骤：
S1.聚酰胺树脂、光稳定剂、紫外光吸收剂和加工助剂混合均匀后得到混合物1；
S2.将S1得到的混合物1熔融后，加入扁平长玻纤进行挤出、造粒即得所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物。
10.权利要求1～8任一项所述耐光热老化扁平长玻纤增强聚酰胺组合物在制备汽车部件、家电或电动工具中的应用。
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