CN113881222A - 一种尼龙玻纤增强复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尼龙玻纤增强复合材料及其制备方法,该复合材料包括以下重量份计的原料:热塑性聚酰胺树脂40‑70份,玻璃纤维20‑50份,酚醛树脂2‑20份,助剂1‑2份;所述玻璃纤维为无碱无砷短切玻璃纤维,所述酚醛树脂的分子量为500‑1000000。其制备方法包括以下步骤:称取各原料;将热塑性聚酰胺树脂、酚醛树脂、助剂加入高混机,混合均匀,混料时间3‑5min;将混合好的原料加入双螺杆挤出机中,在温度230‑280℃,螺杆转速250‑400rpm条件下加入玻璃纤维,熔融共混,挤出造粒。该复合材料具有高流动性,低吸湿,机械强度高,耐老化性能优异。
Description
技术领域
本发明属于复合材料领域,涉及一种尼龙玻纤增强复合材料及其制备方法。
背景技术
随着汽车,电器,通讯等产业自身对产品的高性能要求越来越强烈,尤其是在湿热的环境下,对材料的尺寸稳定性,使用寿命,耐热耐老化的要求更高。
尼龙作为五大工程塑料之首,因为其坚固、自润滑、耐热耐油等性能,广泛应用在汽车散热器冷却水箱、电子电器、连接器等部件。玻纤增强的尼龙产品,机械强度高,具有高刚性、模量,耐蠕变和耐高低温性能,可以作为高低温结构件。尼龙的不足之处是吸水率较高,由于大量酰胺基团的存在,加上低的空间位阻效应,很容易和水氢键结合而吸水,尼龙吸水后力学性能下降明显。
尼龙的尺寸稳定性可以通过添加玻纤等无机填料来提高,但是玻纤的加入通常会造成浮纤等现象的产生,这和材料的流动性有一定的关系。现有技术通常添加流动改性剂来提高流动性,但是流动改性剂的加入会降低材料的力学性能,特别是应对现在一些薄壁化产品,对材料流动性和尼龙的尺寸稳定要求较高。因此,目前缺少一种同时兼备低吸湿、流动性好且耐老化的尼龙复合材料。
发明内容
本发明目的在于提供一种尼龙玻纤增强复合材料,该复合材料具有高流动性,低吸湿,机械强度高,耐老化性能优异。
本发明另一目的在于提供一种尼龙玻纤增强复合材料的制备方法。
为达成上述目的,本发明提出如下技术方案:
一种尼龙玻纤增强复合材料,包括以下重量份计的原料:热塑性聚酰胺树脂40-70份,玻璃纤维20-50份,酚醛树脂2-20份,助剂1-2份;所述玻璃纤维为无碱无砷短切玻璃纤维,所述酚醛树脂的分子量为500-1000000。
本申请以热塑性聚酰胺树脂为主体,无碱无砷短切玻璃纤维可以显著改善复合材料的机械强度和耐高低温性能;进一步通过分子量为900-540000的酚醛树脂进行改性,不仅可以提高材料的流动性,由于苯环的作用,具有良好的阻隔性,能够降低材料的吸湿速率和吸水含量;苯环对复合材料的稳定性有促进作用,可以提高耐老化性能。此外,此分子量的酚醛树脂还能够进一步提高材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量等性能。这些原料的组合以及各原料的比例,是通过大量实验确定的,最终使本发明的复合材料同时具有高流动性,低吸湿性,高的机械强度和优异的耐老化性能。
优选的,所述酚醛树脂的分子量为900-540000。
优选的,热塑性聚酰胺树脂为PA66和/或PA6。
优选的,PA66和PA6的树脂特征粘度范围均在2.2-2.8之间,这个黏度可使材料整体的流动性和加工性最佳。
优选的,所述玻璃纤维的直径为9-11um,长度为3-4.5mm。本申请的玻璃纤维能够提高材料的机械性能,因其直径更细,在加工中分散更均匀。
优选的,所述玻璃纤维的直径为9-11um,长度为4.5mm。
优选的,助剂是抗氧剂,润滑剂,色粉中的一种或几种。
一种尼龙玻纤增强复合材料的制备方法,包括以下步骤:称取各原料;将热塑性聚酰胺树脂、酚醛树脂、助剂加入高混机,混合均匀,混料时间3-5min;将混匀的原料加入双螺杆挤出机中,在温度230-280℃,螺杆转速250-400rpm条件下加入玻璃纤维,熔融共混,挤出造粒。
有益效果:
1.在复合体系中加入酚醛树脂,由于其中的苯环存在,有着良好的阻隔性能,降低了材料的吸湿速率和饱和吸水含量,同时可以提高材料耐热后的性能。
2.酚醛树脂的添加,还可以提高材料的流动性,改善加工注塑的表观,如浮纤现象。
3.酚醛树脂的添加,在一定程度上可以提高材料的拉伸强度,弯曲强度,弯曲模量等性能。
应当理解,前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件,并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
一种尼龙玻纤增强复合材料,包括以下重量份计的原料:热塑性聚酰胺树脂40-70份,玻璃纤维20-50份,酚醛树脂2-20份,助剂1-2份;所述玻璃纤维为无碱无砷短切玻璃纤维,所述酚醛树脂的分子量为500-1000000。
在一些实施例中,助剂是抗氧剂,润滑剂,色粉中的一种或几种。
上述尼龙玻纤增强复合材料的制备方法,包括以下步骤:称取各原料;将热塑性聚酰胺树脂、酚醛树脂、助剂加入高混机,混合均匀,混料时间3-5min;将混合好的原料加入双螺杆挤出机中,在温度230-280℃,螺杆转速250-400rpm条件下加入玻璃纤维,熔融共混,挤出造粒。
下面通过具体实施例对本发明的复合材料作进一步详细说明,其制备方法如上所述。
实施例1
一种尼龙玻纤增强复合材料,包括以下重量份计的原料:
PA66的树脂特征粘度为2.2-2.8,63.6重量份;
无碱无砷短切玻璃纤维,玻纤直径为9-11um,长度为3-4.5mm,30重量份;
酚醛树脂,分子量500-1000,5重量份;
助剂,1.4重量份;
所述助剂为重量比1:2:4的抗氧剂1098、168复配,润滑剂TAF,炭黑母粒。
实施例2
一种尼龙玻纤增强复合材料,包括以下重量份计的原料:
PA66的树脂特征粘度为2.2-2.8,63.6重量份;
无碱无砷短切玻璃纤维,玻纤直径为9-11um,长度为3-4.5mm,30重量份;
酚醛树脂,分子量1500-4000,10重量份;
助剂,1.4重量份;
所述助剂为重量比1:2:4的抗氧剂1098、168复配,润滑剂TAF,炭黑母粒。
实施例3
一种尼龙玻纤增强复合材料,包括以下重量份计的原料:
PA66的树脂特征粘度为2.2-2.8,63.6重量份;
无碱无砷短切玻璃纤维,玻纤直径为9-11um,长度为3-4.5mm,30重量份;
酚醛树脂,分子量30000-40000,10重量份;
助剂,1.4重量份;
所述助剂为重量比1:2:4的抗氧剂1098、168复配,润滑剂TAF,炭黑母粒。
实施例4
一种尼龙玻纤增强复合材料,包括以下重量份计的原料:
PA66的树脂特征粘度为2.2-2.8,63.6重量份;
无碱无砷短切玻璃纤维,玻纤直径为9-11um,长度为3-4.5mm,30重量份;
酚醛树脂,分子量500000-1000000,10重量份;
助剂,1.4重量份;
所述助剂为重量比1:2:4的抗氧剂1098、168复配,润滑剂TAF,炭黑母粒。
实施例5
一种尼龙玻纤增强复合材料,包括以下重量份计的原料:
树脂特征粘度为2.2-2.8的PA66,40份;
无碱无砷短切玻璃纤维,玻纤直径为9-11um,长度为3-4.5mm,50份;
酚醛树脂,分子量1500-4000,10份;助剂,2重量份;
所述助剂为重量比1:2:5的抗氧剂1098、168复配,润滑剂TAF,炭黑母粒。
实施例6
一种尼龙玻纤增强复合材料,包括以下重量份计的原料:
树脂特征粘度为2.2-2.8的PA66,40份;
无碱无砷短切玻璃纤维,玻纤直径为9-11um,长度为3-4.5mm,50份;
酚醛树脂,分子量1000000,5份;
助剂2份;
所述助剂为重量比1:2:4的抗氧剂1098、168复配,润滑剂TAF,炭黑母粒。
实施例7
一种尼龙玻纤增强复合材料,包括以下重量份计的原料:
树脂特征粘度为2.2-2.8的PA66,40份;
无碱无砷短切玻璃纤维,玻纤直径为9-11um,长度为3-4.5mm,50份;
酚醛树脂,分子量90000,10份;
助剂2份;
所述助剂为重量比1:2:4的抗氧剂1098、168复配,润滑剂TAF,炭黑母粒。
实施例8
一种尼龙玻纤增强复合材料,包括以下重量份计的原料:
树脂特征粘度为2.2-2.8的PA6,40份;
无碱无砷短切玻璃纤维,玻纤直径为9-11um,长度为3-4.5mm,50份;
酚醛树脂,分子量500-2000,2份;
助剂1份;
所述助剂为重量比1:2:4的抗氧剂1098、168复配,润滑剂TAF,炭黑母粒。
实施例9
一种尼龙玻纤增强复合材料,包括以下重量份计的原料:
树脂特征粘度为2.2-2.8的PA6,70份;
无碱无砷短切玻璃纤维,玻纤直径为9-11um,长度为3-4.5mm,20份;
酚醛树脂,分子量800000-1000000,20份;
助剂2份;
所述助剂为重量比1:2:4的抗氧剂1098、168复配,润滑剂TAF,炭黑母粒。
实施例10
一种尼龙玻纤增强复合材料,包括以下重量份计的原料:
树脂特征粘度为2.2-2.8的PA6,55份;
无碱无砷短切玻璃纤维,玻纤直径为9-11um,长度为3-4.5mm,40份;
酚醛树脂,分子量50000-90000,10份;
助剂1.6份;
所述助剂为重量比1:2:4的抗氧剂1098、168复配,润滑剂TAF,炭黑母粒。
对比例1
一种尼龙玻纤增强复合材料,包括以下重量份计的原料:
PA66的树脂特征粘度为2.2-2.8,68.6重量份;
无碱无砷短切玻璃纤维,玻纤直径为9-11um,长度为3-4.5mm,30重量份;
助剂,1.4重量份;
所述助剂为重量比1:2:4的抗氧剂1098、168复配,润滑剂TAF,炭黑母粒。
对比例2
一种尼龙玻纤增强复合材料,包括以下重量份计的原料:
树脂特征粘度为2.2-2.8的PA66,48.6份;
无碱无砷短切玻璃纤维,玻纤直径为9-11um,长度为3-4.5mm,50份;
助剂,2重量份;所述助剂为重量比1:2:5的抗氧剂1098、168复配,润滑剂TAF,炭黑母粒。
测试结果:
将实施例和对比例的复合材料在110℃干燥4小时后,注塑成型得到标准测试样条,然后分别按照标准进行测试。热老化性能是用拉伸样条在150度的烘箱内,放置1000h后进行拉伸性能测试。饱和吸水的测试,是在70℃/62%RH的恒温恒湿箱内将拉伸样品放置到水分平衡后进行拉伸测试。
由于玻纤含量对吸湿性的影响较大,本发明对不同玻纤含量的复合材料的各项性能均作了测试,从结果可以看出,在同等条件下,本发明复合材料的各项性能要明显优于对比例,具有低吸湿性的同时具有耐老化和高流动性,性能均衡优异。
实施例1-4和对比例1的测试结果如下:
上述测试结果说明,通过对酚醛树脂分子量和含量的调整,可以看出实施例3的组合调整,在提高了流动性的情况下,提高了拉伸,弯曲性能,材料的饱和吸水率也相对较低,同时热老化后的拉伸性能保持最佳。本发明的吸湿性低一方面是由于酚醛树脂的不吸水性,另一方面和其苯环结构也有关系。
实施例5-7和对比例2的测试结果如下:
从上述测试结果可知,无论在吸水率和耐老化性能上,还是在综合性能上,本发明的复合材料都明显地优于对比例的复合材料。
现有技术有采用聚酰胺对酚醛树脂进行改进的材料,其中的聚酰胺作为添加物,对热固性的酚醛树脂进行改性,从而得到性能更加优异的材料。而本申请中,采用了热塑性酚醛树脂作为添加物,对热塑性聚酰胺树脂进行改进,主要是利用酚醛树脂的苯环结构以及酚醛树脂本身的流动性,在提高稳定性的同时提高了热塑性聚酰胺树脂的流动性,再者,酚醛树脂不吸水和它的苯环结构还能进一步降低其吸湿性能,从而最终制备出一种高流动性、低吸湿以及耐老化的尼龙玻纤增强复合材料,可以广泛应用在汽车上,如发动机罩盖,门内夹板,油端盖等等对这几项性能同时要求较高的地方。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因此,本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (8)
1.一种尼龙玻纤增强复合材料,其特征在于,包括以下重量份计的原料:热塑性聚酰胺树脂40-70份,玻璃纤维20-50份,酚醛树脂2-20份,助剂1-2份;所述玻璃纤维为无碱无砷短切玻璃纤维,所述酚醛树脂的分子量为500-1000000。
2.根据权利要求1所述的尼龙玻纤增强复合材料,其特征在于,所述酚醛树脂的分子量为900-540000。
3.根据权利要求1所述的尼龙玻纤增强复合材料,其特征在于,热塑性聚酰胺树脂为PA66和/或PA6。
4.根据权利要求3所述的尼龙玻纤增强复合材料,其特征在于,PA66和/或PA6的树脂特征粘度范围均在2.2-2.8之间。
5.根据权利要求1所述的尼龙玻纤增强复合材料,其特征在于,所述玻璃纤维的直径为9-11um,长度为3-4.5mm。
6.根据权利要求5所述的尼龙玻纤增强复合材料,其特征在于,所述玻璃纤维的直径为9-11um,长度为4.5mm。
7.根据权利要求1所述的尼龙玻纤增强复合材料,其特征在于,助剂是抗氧剂,润滑剂,色粉中的一种或几种。
8.基于权利要求1所述的尼龙玻纤增强复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:称取各原料;将热塑性聚酰胺树脂、酚醛树脂、助剂加入高混机,混合均匀,混料时间3-5min;将混匀的原料加入双螺杆挤出机中,在温度230-280℃,螺杆转速250-400rpm条件下加入玻璃纤维,熔融共混,挤出造粒。
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