CN113881076B - 一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料及其制备方法。本发明以铜盐类热稳定剂的混合物作为耐老化助剂，以纳米有机复合极化改性蒙脱土作为阻隔剂，在使用时铜盐热稳定剂的混合物可以有效提高纳米有机复合极化改性蒙脱土的高温热稳定性，充分发挥纳米有机复合极化改性蒙脱土的有效阻隔性能，同时纳米有机复合极化改性蒙脱土的阻隔作用有效提高了铜盐类热稳定剂的混合物的有效耐热时长，二者相辅相成，进而大大提高了玻纤增强尼龙材料的耐老化温度和耐老化时间，使得玻纤增强尼龙材料能够长期适应200℃高温的使用环境。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料及其制备方法。
背景技术
随着经济和科学技术的发展，高分子材料在汽车、电子电器、航空航天、建筑等领域得到越来越广泛的应用，纯的高分子材料在力学性能、耐温耐老化性能有限，制约了高分子材料的特殊应用，因此研究耐高温增强高分子材料成为一项重要的研究领域。
其中，尼龙是高分子材料中的一种，尼龙6和尼龙66材料机械性能优异，同时具有良好的耐高温、耐油、耐化学品腐蚀等特殊性能，广泛应用于汽车、电气、电动工具等领域核心结构零部件，对于发动机机舱、电动机周边、电子电气耐热元件等，因使用环境特殊，长期处于高温环境之中，对材料的热老化后的机械性能保持有着较为严苛的要求，目前普通耐温改性后的尼龙6和尼龙66满足耐高温老化的温度和时间有限，难以适应200℃左右的高温使用环境，因此也制约了关键零部件的使用寿命。
发明内容
本发明为了解决现有技术中尼龙材料难以适应200℃高温使用环境的技术问题；提出了一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料及其制备方法，以实现尼龙材料在保证高强度和高刚度的前提下能够满足长期适应200℃高温使用环境的技术效果。
本发明为达到上述目的，采用如下技术方案：
一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料，包括按以下重量份的组分：
其中，所述耐老化助剂为铜类热稳定剂的混合物，所述阻隔剂为纳米有机复合极化改性蒙脱土。
本发明添加的铜盐类热稳定剂的混合物与纳米有机复合极化改性蒙脱土之间具有相互协同的作用，即在使用时所述铜盐热稳定剂的混合物可以有效提高纳米有机复合极化改性蒙脱土的高温热稳定性，充分发挥纳米有机复合极化改性蒙脱土的有效阻隔性能，同时纳米有机复合极化改性蒙脱土的阻隔作用有效提高了铜盐类热稳定剂的混合物的有效耐热时长，二者相辅相成，进而提高了玻纤增强尼龙材料的的耐老化温度和耐老化时间，使得玻纤增强尼龙材料能够长期适应200℃高温的使用环境。
作为本发明的一种优选技术方案，所述尼龙树脂为尼龙6树脂或者尼龙66树脂。
作为本发明的一种优选技术方案，所述尼龙6树脂为低粘度尼龙6树脂或中粘度尼龙6树脂，所述尼龙66树脂为低粘度尼龙66树脂或中粘度尼龙66树脂。
作为本发明的一种优选技术方案，所述玻璃纤维为无碱无砷的短玻璃纤维，纤维长度为3.0-3.5mm，直径为8-10μm。
作为本发明的一种优选技术方案，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝POE、丙烯酸酯共聚物、氢化SBS和乙烯-辛烯共聚物中的一种或任意几种的混合物。
作为本发明的一种优选技术方案，所述铜盐类热稳定剂的混合物为有机酸的一价铜盐、碘化亚铜中的任意一种和碱金属的溴盐、碘盐及磷酸盐中的任意一种所组成的混合物。
作为本发明的一种优选技术方案，所述纳米有机复合极化改性蒙脱土为将熔融的尼龙6插入至有机改性蒙脱土的夹层之间，将层状的有机改性蒙脱土结构剥离成纳米片层单元而得。
作为本发明的一种优选技术方案，所述润滑剂为硅酮母粒、硬脂酸盐、乙撑双脂肪酸酰胺中的一种或任意几种的混合物。
作为本发明的一种优选技术方案，所述耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按比例称取各组分；
(2)将尼龙树脂、相容剂、耐老化助剂、阻隔剂、润滑剂在高混机中混合均匀，混料时间3-5min，得组分A；
(3)将步骤(2)中的组分A通过主喂料口加入双螺杆挤出机内，将玻璃纤维从侧喂料口加入双螺杆挤出机内，经过熔融共混、挤出造粒、干燥处理后得到所述的耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料；
其中，所述双螺杆挤出机各区的制备工艺温度为：一区220～260℃，二区230～280℃，三区230～285℃，四区240～280℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为200-450转/分钟。
本发明的有益效果是：
1、本发明制备的尼龙材料可以应用于汽车领域有较高耐热要求的发动机周边，包括燃油系统部件、散热冷却部件等，以及有高温使用要求的电子电气部件，有着突出的耐热老化特性，可以满足200℃的长期使用温度，制件使用寿命长，可避免出现开裂、脆化现象；
2、本发明添加的铜盐类热稳定剂的混合物与纳米有机复合极化改性蒙脱土之间具有相互协同的作用，即在使用时所述铜盐热稳定剂的混合物可以有效提高纳米有机复合极化改性蒙脱土的高温热稳定性，充分发挥纳米有机复合极化改性蒙脱土的有效阻隔性能，同时纳米有机复合极化改性蒙脱土的阻隔作用有效提高了铜盐类热稳定剂的混合物的有效耐热时长，二者相辅相成，进而提高了玻纤增强尼龙材料的的耐老化温度和耐老化时间，使得玻纤增强尼龙材料能够长期适应200℃高温的使用环境；
3、本发明采用通过熔融的尼龙6二次改性有机极化改性蒙脱土得到的纳米有机复合极化改性蒙脱土作为尼龙材料长期高温受热老化过程中的阻隔剂，特殊处理、特殊结构的纳米有机复合极化改性蒙脱土在改善同尼龙基体相容性的同时，可以提高尼龙基体的结晶性能，有效阻止氧气分子的渗入，降低高温老化的反应速率，又可以阻止基体材料降解产生的小分子自由基的溢出，能够显著提高材料热老化后的性能保持率；
4、本发明可将脂肪族尼龙6树脂和尼龙66树脂提升到接近高温尼龙的应用要求，拓宽了尼龙6树脂和尼龙66树脂的应用领域，且材料在加工过程和后期没有颜色变化，适用于有高耐温老化需求的本色和浅色尼龙6和尼龙66产品。
具体实施方式
现在以下述实施例对本发明进行进一步详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
本实施例1-5提供了一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料，包括按以下重量份的组分：
其中，所述耐老化助剂为铜类热稳定剂的混合物，所述铜盐类热稳定剂的混合物为有机酸的一价铜盐、碘化亚铜中的任意一种和碱金属的溴盐、碘盐及磷酸盐中的任意一种所组成的混合物；所述阻隔剂为纳米有机复合极化改性蒙脱土；所述纳米有机复合极化改性蒙脱土为将熔融的尼龙6插入至有机改性蒙脱土的夹层之间，将层状的有机改性蒙脱土结构剥离成纳米片层单元而得。
在本发明中，所述尼龙树脂为尼龙6树脂或者尼龙66树脂；所述尼龙6树脂采用相对粘度为2.0-2.4的低粘度尼龙6树脂或相对粘度为2.4-2.8的中粘度尼龙6树脂，所述尼龙66树脂采用相对粘度为2.0-2.4的低粘度尼龙66树脂或相对粘度为2.4-2.8的中粘度尼龙66树脂；
本发明采用的玻璃纤维为无碱无砷的短玻璃纤维，纤维长度为3.0-3.5mm，直径为8-10μm；
在本发明中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝POE、丙烯酸酯共聚物、氢化SBS和乙烯-辛烯共聚物中的一种或任意几种的混合物；所述润滑剂为硅酮母粒、硬脂酸盐、乙撑双脂肪酸酰胺中的一种或任意几种的混合物。
上述中，耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按比例称取各组分；
(2)将尼龙树脂、相容剂、耐老化助剂、阻隔剂、润滑剂在高混机中混合均匀，混料时间3-5min，得组分A；
(3)将步骤(2)中的组分A通过主喂料口加入双螺杆挤出机内，将玻璃纤维从侧喂料口加入双螺杆挤出机内，经过熔融共混、挤出造粒、干燥处理后得到所述的耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料；
其中，所述双螺杆挤出机各区的制备工艺温度为：一区220～260℃，二区230～280℃，三区230～285℃，四区240～280℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为200-450转/分钟。
实施例1
一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料，包括按以下重量份的组分：
其中，尼龙树脂为尼龙6树脂，相对粘度2.0-2.4；相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯；耐老化助剂为有机酸的一价铜盐和亚磷酸酯按照重量比3:1混合物；润滑剂为硅酮母粒。
在本实施例中，所述双螺杆挤出机各区的制备工艺温度为：一区220℃，二区230℃，三区235℃，四区240℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为220转/分钟。
实施例2
一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料，包括按以下重量份的组分：
其中，尼龙树脂为尼龙6树脂，相对粘度2.4-2.8；相容剂为马来酸酐接枝POE；耐老化助剂为碘化亚铜和碘化钾按照重量比3：5的混合物；润滑剂为硅酮母粒和乙撑双脂肪酸酰胺按照重量比1：1的混合物。
在本实施例中，所述双螺杆挤出机各区的制备工艺温度为：一区225℃，二区235℃，三区245℃，四区248℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为330转/分钟。
实施例3
一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料，包括按以下重量份的组分：
其中，尼龙树脂为尼龙6树脂，相对粘度2.0-2.4；相容剂为马来酸酐接枝POE；耐老化助剂为碘化亚铜和碘化钾按照重量比3：5的混合物；润滑剂为硅酮母粒和乙撑双脂肪酸酰胺按照重量比1：1的混合物。
在本实施例中，所述双螺杆挤出机各区的制备工艺温度为：一区230℃，二区240℃，三区255℃，四区260℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为450转/分钟。
实施例4
一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料，包括按以下重量份的组分：
其中，尼龙树脂为尼龙66树脂，相对粘度2.0-2.4；相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯；耐老化助剂为有机酸的一价铜盐和亚磷酸酯按照重量比4:1混合物；润滑剂为硅酮母粒。
在本实施例中，所述双螺杆挤出机各区的制备工艺温度为：一区250℃，二区265℃，三区265℃，四区270℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为300转/分钟。
实施例5
一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料，包括按以下重量份的组分：
其中，尼龙树脂为尼龙66树脂，相对粘度2.4-2.8；相容剂为马来酸酐接枝POE；耐老化助剂为碘化亚铜和碘化钾按照重量比3：5的混合物；润滑剂为硅酮母粒和乙撑双脂肪酸酰胺按照重量比1：1的混合物。
在本实施例中，所述双螺杆挤出机各区的制备工艺温度为：一区260℃，二区280℃，三区285℃，四区280℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为450转/分钟。
将上述实施例1-5所得的耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料进行各项性能测试，所得测试结果如下表：
由上表可知，本发明的耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料具备在保证高强度和高刚度的前提下能够满足长期适应200℃高温使用环境的性能。
最后应说明的是：这些实施方式仅用于说明本发明而不限制本发明的范围。此外，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料，包括按以下重量份的组分：
其中，所述耐老化助剂为铜盐类热稳定剂的混合物，所述阻隔剂为纳米有机复合极化改性蒙脱土；所述纳米有机复合极化改性蒙脱土为将熔融的尼龙6插入至有机改性蒙脱土的夹层之间，将层状的有机改性蒙脱土结构剥离成纳米片层单元而得。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料，其特征在于：所述尼龙树脂为尼龙6树脂或者尼龙66树脂。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料，其特征在于：所述尼龙6树脂为低粘度尼龙6树脂或中粘度尼龙6树脂，所述尼龙66树脂为低粘度尼龙66树脂或中粘度尼龙66树脂。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料，其特征在于：所述玻璃纤维为无碱无砷的短玻璃纤维，纤维长度为3.0-3.5mm，直径为8-10μm。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝POE、丙烯酸酯共聚物、氢化SBS和乙烯-辛烯共聚物中的一种或任意几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料，其特征在于：所述铜盐类热稳定剂的混合物为有机酸的一价铜盐、碘化亚铜中的任意一种和碱金属的溴盐、碘盐及磷酸盐中的任意一种所组成的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料，其特征在于：所述润滑剂为硅酮母粒、硬脂酸盐、乙撑双脂肪酸酰胺中的一种或任意几种的混合物。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按比例称取各组分；
(2)将尼龙树脂、相容剂、耐老化助剂、阻隔剂、润滑剂在高混机中混合均匀，混料时间3-5min，得组分A；
(3)将步骤(2)中的组分A通过主喂料口加入双螺杆挤出机内，将玻璃纤维从侧喂料口加入双螺杆挤出机内，经过熔融共混、挤出造粒、干燥处理后得到所述的耐高温老化玻璃纤维增强尼龙材料；
其中，所述双螺杆挤出机各区的制备工艺温度为：一区220～260℃，二区230～280℃，三区230～285℃，四区240～280℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为200-450转/分钟。
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