CN112847924B - 低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料及其制备方法。制备方法包括：将除长玻纤外的所有原料混合均匀后从主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，长玻纤从加纤孔穿过，在双螺杆挤出机内经熔融浸渍挤出得到低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料；双螺杆挤出机内的熔融浸渍段设有若干组依次排列的浸润式挤出压杆组，每组浸润式挤出压杆组包括弧面相对且错开设置的两个压杆，其中弧面朝下的压杆的弧面上设有若干个按与长玻纤运动方向垂直的方向排列分布的凸起，弧面朝上的压杆的弧面上设有若干个按与长玻纤运动方向垂直的方向排列分布的凹槽。

Description

低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料及其 制备方法

技术领域

本发明涉及长玻纤聚酰胺复合材料及其制备技术领域，具体涉及一种低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料及其制备方法。

背景技术

聚酰胺作为工程塑料已经被大量使用在汽车、电子电器等方向，但是本身的吸水性造成某些力学性能的降低以及尺寸不稳定性，使得制件在使用过程中出现各种问题，故需要通过改性来保持材料的使用稳定性，而玻纤增强是解决这方面问题的主要途径。但是由于玻纤的加入，导致材料流动性降低，且材料浸润效果不佳，制件外观易出现浮纤现象。对于表面要求高的制件，显然这样的材料是不符合客户要求的。

如公开号为CN108017904A中国专利文献中公开了一种长玻纤-尼龙复合材料的研究，这种方案虽然一定程度上能够降低生产成本，生产原理较为简单，但是由于玻纤和聚酰胺浸润效果一般，玻纤分散不良问题不能有效的解决，不能改善翘曲，易会造成材料推广难度加大。公开号为CN103660071A的专利说明书公开了连续长玻璃纤维增强聚酯生产用熔融浸润装置及浸润方法，其玻璃纤维进出口均可采用椭圆结构。

现有常规双螺杆挤出机在制备长玻纤聚酰胺复合材料时，双螺杆挤出机的熔融浸渍段所采用的压杆结构及其分布以及玻纤的运动方式等如图1所示，箭头代表玻纤运动方向，玻纤从上方进入双螺杆挤出机的熔融浸渍段。常规压杆表面半圆片和平面都是光滑的，半圆部分朝下和朝上的相邻两个压杆称为一组压杆组，图1中示意了3组压杆组。这种常规压杆组难以实现玻纤的良好分散，材料浸润效果差。

因此，开发一种低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料成为亟待解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本发明提供了一种低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料的制备方法，通过对双螺杆挤出机内熔融浸渍段压杆组的优化设计，在大大提高了材料的浸润效果的同时也提升了材料的力学性能，生产工艺简单，可进行推广使用。

一种低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料的制备方法，包括：将除长玻纤外的所有原料混合均匀后从主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，长玻纤从加纤孔穿过，在双螺杆挤出机内经熔融浸渍挤出得到所述低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料；

所述双螺杆挤出机内的熔融浸渍段设有若干组依次排列的浸润式挤出压杆组，所述每组浸润式挤出压杆组包括弧面相对且错开设置的两个压杆，其中弧面朝下的压杆的弧面上设有若干个按与长玻纤运动方向垂直的方向排列分布的凸起，弧面朝上的压杆的弧面上设有若干个按与长玻纤运动方向垂直的方向排列分布的凹槽。

所述弧面朝下的压杆的弧面上凸起的作用：玻纤经过凸起点的时候可以让玻纤束充分分散开浸润效果更好；可以使样条粒子表面更加光滑，可以降低浮纤，提高材料分散性。

所述弧面朝上的压杆的弧面上凹槽起的作用：使舒展开的浸入玻纤束绷紧，可以使样条粒子表面更加光滑，减少毛糙与塑化不良。

上述两种特制压杆的配合，方可得到本发明所述的低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料。

作为优选，所述浸润式挤出压杆组至少为3组，所起到的上述作用和效果更好。

作为优选，所述每个凸起的底部截面大小不小于长玻纤束的截面大小，有利于长玻纤束的充分分散。

作为优选，同一列上的相邻所述凸起间的距离与所述双螺杆挤出机的浸润式挤出模板的出口间距相对应。

作为优选，所述每个凹槽的宽度不大于所述双螺杆挤出机的浸润式挤出模板的出口宽度。

作为优选，同一列上的相邻所述凹槽间的距离与所述双螺杆挤出机的浸润式挤出模板的出口间距相对应。

为了进一步得到低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料，所述长玻纤优选为扁平玻璃纤维。

相应的，所述双螺杆挤出机的浸润式挤出模板的出口优选为与所述扁平玻璃纤维相适应的扁平椭圆形出口。扁平椭圆形出口和扁平玻纤特性相适应，使材料浸润效果更好，表面更加光滑，提高材料分散性减少浮纤。

进一步优选，所述扁平椭圆形出口的短直径为2.80±0.05mm，长直径为3.50±0.10mm。

在一优选例中，以原料总质量为100％计，所述低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料的原料组成包括：

上述配方的长玻纤聚酰胺复合材料，经具有上述特殊结构的浸润式挤出压杆组、浸润式挤出模板的双螺杆挤出机挤出，可在保证力学性能的前提下，极大地增加复合材料的流动性和浸润效果，提高了制件表面光泽度和材料的翘曲。

为了取得更好的发明效果，对上述配方进行进一步优选：

所述聚酰胺树脂为PA6、PA66、PA56、PA46、PA610、PA12、PA6T、PA9T、PA10T中的至少一种，相对粘度2.0～2.8，进一步优选相对粘度2.0、2.4中的至少一种。

所述扁平玻璃纤维为无碱扁平玻纤，横截面长24～28μm，宽6～8μm。扁平比优选为3～4。

所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的复配物，优选为质量比为1:1的抗氧剂168和抗氧剂1098。

所述润滑剂为硅酮粉。

所述黑色母以PA或者EVA为载体，炭黑含量在30％～60％之间。

在上述优选原料种类、参数性能条件下，以原料总质量为100％计，所述低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料的原料组成优选包括：

最优选，以原料总质量为100％计，所述低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料的原料组成优选包括：

本发明所述的制备方法中，所述混合的条件优选为：搅拌转速600～800rpm，时间4～6min。所述混合的条件进一步优选为搅拌转速800rpm，时间6min。

作为优选，所述双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度区至第九温度区的温度设定为100℃～280℃，模头的温度为230℃～330℃。其中，针对PA6生产第一温度区至第九温度区进一步优选为：100℃、240℃、240℃、230℃、230℃、220℃、240℃、280℃、280℃，模头温度310℃；针对PA66生产第一温度区至第九温度区进一步优选为：100℃、240℃、280℃、270℃、260℃、260℃、250℃、250℃、250℃，模头温度330℃。

本发明还提供了所述的制备方法制备得到的低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料。

本发明制备方法制备得到的低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料，粒子表面光滑平整，玻纤分散良好，对于表面要求高与综合性能高的制件是一个很好的选择。

作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种浸润式挤出压杆组，包括弧面相对且错开设置的两个压杆，其中弧面朝下的压杆的弧面上设有若干个按与长玻纤运动方向垂直的方向排列分布的凸起，弧面朝上的压杆的弧面上设有若干个按与长玻纤运动方向垂直的方向排列分布的凹槽。

在一优选例中，所述的浸润式挤出压杆组，所述凸起为半球形。

在另一优选例中，所述的浸润式挤出压杆组，所述弧面朝上的压杆上设有封盖。

在另一优选例中，所述凹槽的进口为渐缩口，出口为渐扩口。

本发明还提供了一种双螺杆挤出机，其熔融浸渍段设有若干组依次排列的所述的浸润式挤出压杆组。

本发明与现有技术相比，主要优点包括：

本发明利用特殊的压杆、模板和扁平玻纤相适配，在保证力学性能的前提下，极大地增加了材料的浸润效果和流动性，减少了材料的浮纤和极大的降低了材料的翘曲。

本发明长玻纤聚酰胺增强材料的制备方法简单，后续大规模生产易于控制，具有良好的经济效益。

附图说明

图1为现有常规双螺杆挤出机的熔融浸渍段所采用的压杆结构及其分布以及玻纤的运动方式示意图，图中箭头代表玻纤运动方向，11-压杆；

图2为本发明浸润式挤出压杆组中弧面朝下的压杆的结构示意图，图中：1-半球形凸起；

图3为本发明浸润式挤出压杆组中弧面朝上的压杆的结构示意图，图中：2-凹槽；

图4为本发明浸润式挤出模板的扁平椭圆形出口的结构示意图，图中：3-扁平椭圆形出口。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，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。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

下述各实施例、对比例的原料配方如表1所示，数字均为质量百分比，单位％。PA6新会美达M2000和M2400。扁平玻璃纤维ECS301HP-3-M3横截面长约24μm，宽约8μm，扁平比为3。偶联剂KH560。润滑剂，中蓝晨光GM-100。黑色母，卡博特3785。

下述各实施例、对比例所采用的设备如图1～4所示。表1中的常规压杆11如图1所示，表面半圆片和平面都是光滑的，常规模板即为圆形出口模板。表1中本发明压杆和模板如图2～4所示，在常规弧面向下的压杆的弧面上设有若干个按与长玻纤运动方向垂直的方向排列分布的半球形凸起1，在常规弧面朝上的压杆的弧面上设有若干个按与长玻纤运动方向垂直的方向排列分布的凹槽2，将常规模板的出口设计为扁平椭圆形出口3。使用时，浸润式挤出压杆组为3组。每个半球形凸起1的底部截面大小等于长玻纤束的截面大小。同一列上的相邻半球形凸起1间的距离与双螺杆挤出机的浸润式挤出模板的扁平椭圆形出口3间距相对应。每个凹槽2的宽度等于双螺杆挤出机的浸润式挤出模板的扁平椭圆形出口3宽度。同一列上的相邻凹槽2间的距离与双螺杆挤出机的浸润式挤出模板的扁平椭圆形出口3间距相对应。扁平椭圆形出口3的短直径为2.80±0.05mm，长直径为3.50±0.10mm。弧面朝上的压杆上设有封盖。凹槽2的进口为渐缩口，出口为渐扩口。

下述各实施例、对比例的制备方法包括：按表1配方将尼龙、偶联剂、黑色母、抗氧剂和润滑剂加入搅拌锅中，800rpm均匀混合6min，然后从主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，将长玻纤从腔体模头穿入然后经过聚酰胺的熔融浸润。经双螺杆挤出机挤出后经水冷、切粒和干燥，得到长玻纤聚酰胺复合材料。双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度区至第九温度区为：100℃、240℃、240℃、230℃、230℃、220℃、240℃、280℃、280℃，模头温度310℃。

将各实施例和对比例所得玻纤增强尼龙复合材料通过注射机成型加工成测试样条，并对其进行力学性能等测试。具体测试方法如下：

拉伸性能测试按ISO 527-2进行；弯曲性能测试按ISO 178进行；简支梁缺口冲击强度按ISO 179进行；熔融指数测试按ISO 1133进行，测试条件：275℃，2.16kg。

螺旋熔长测试方法：通过固定注塑工艺，对比注塑样品的长度。

翘曲：将材料注塑成收缩版，通过固定一个角，测试其他三个角(从低到高)；

浮纤：通过表面观察浮纤，统计表面玻纤团个数。

各对比例和实施例的对应力学性能和其它物性的测试结果如表2所示。

表1

表2

从以上实施例和对比例的测试结果可以看出，扁平玻纤替代普通的玻纤配合特殊的压杆组合和模头具有最佳的材料流动性，显著提高注塑螺旋熔长长度，减少浮纤和散发性，减小翘曲，且材料的拉伸和弯曲性能会有提升。

本发明制备方法制备得到的产品流动性明显提升，制件表面浮纤和散发性明显下降，可用于外观要求高的产品。

此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，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。

Claims (10)

1.一种低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将除长玻纤外的所有原料混合均匀后从主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，长玻纤从加纤孔穿过，在双螺杆挤出机内经熔融浸渍挤出得到所述低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料；

所述双螺杆挤出机内的熔融浸渍段设有若干组依次排列的浸润式挤出压杆组，每组浸润式挤出压杆组包括弧面相对且错开设置的两个压杆，其中弧面朝下的压杆的弧面上设有若干个按与长玻纤运动方向垂直的方向排列分布的凸起，弧面朝上的压杆的弧面上设有若干个按与长玻纤运动方向垂直的方向排列分布的凹槽。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸润式挤出压杆组至少为3组；

每个凸起的底部截面大小不小于长玻纤束的截面大小；

同一列上的相邻所述凸起间的距离与所述双螺杆挤出机的浸润式挤出模板的出口间距相对应；

每个凹槽的宽度不大于所述双螺杆挤出机的浸润式挤出模板的出口宽度；

同一列上的相邻所述凹槽间的距离与所述双螺杆挤出机的浸润式挤出模板的出口间距相对应。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述长玻纤为扁平玻璃纤维；

所述双螺杆挤出机的浸润式挤出模板的出口为与所述扁平玻璃纤维相适应的扁平椭圆形出口；

所述扁平椭圆形出口的短直径为2.80±0.05mm，长直径为3.50±0.10mm。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，以原料总质量为100％计，所述低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料的原料组成包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺树脂为PA6、PA66、PA56、PA46、PA610、PA12、PA6T、PA9T、PA10T中的至少一种，相对粘度2.0～2.8；

所述扁平玻璃纤维为无碱扁平玻纤，横截面长24～28μm，宽6～8μm；

所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的复配物；

所述润滑剂为硅酮粉；

所述黑色母以PA或者EVA为载体，炭黑含量在30％～60％之间。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述混合的条件为：搅拌转速600～800rpm，时间4～6min；

所述双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度区至第九温度区的温度设定为100℃～280℃，模头的温度为230℃～330℃。

7.根据权利要求1～6任一权利要求所述的制备方法制备得到的低散发、低浮纤、低翘曲、超分散长玻纤聚酰胺复合材料。

8.一种浸润式挤出压杆组，其特征在于，包括弧面相对且错开设置的两个压杆，其中弧面朝下的压杆的弧面上设有若干个按与长玻纤运动方向垂直的方向排列分布的凸起，弧面朝上的压杆的弧面上设有若干个按与长玻纤运动方向垂直的方向排列分布的凹槽。

9.根据权利要求8所述的浸润式挤出压杆组，其特征在于，所述凸起为半球形；

所述弧面朝上的压杆上设有封盖；

所述凹槽的进口为渐缩口，出口为渐扩口。

10.一种双螺杆挤出机，其特征在于，其熔融浸渍段设有若干组依次排列的权利要求8或9所述的浸润式挤出压杆组。

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