CN114507440A - 一种尼龙树脂复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种尼龙树脂复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工程塑料技术领域，具体公开了一种尼龙树脂复合材料及其制备方法和应用。尼龙树脂复合材料，包括以下重量份数的组分：PA6树脂50～85份、无定型尼龙5～25份、色粉0.1～2份、抗氧剂0.5～2份、0.2～1份的润滑剂和0.5～1.5份的耐候剂；所述色粉的平均粒径为8～25μm。本发明将用于烯烃配色用的着色剂应用于尼龙配色中，增加了尼龙配色可选择着色剂的种类，使尼龙制品加工颜色更加丰富；本发明将特定粒径的色粉和抗氧剂联合使用，以提高色粉在热加工、剪切和挤出等过程中具有较佳的耐高温性能，色粉不容易改变颜色，稳定性较佳，同时复合材料还具有较佳的力学性能，综合性能佳。

Description

一种尼龙树脂复合材料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，尤其是涉及一种尼龙树脂复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
尼龙，英文名称Polyamide(简称PA)，是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称，包括脂肪族PA，脂肪—芳香族PA和芳香族PA。其中脂肪族PA品种多，产量大，应用广泛，其命名由合成单体具体的碳原子数而定。尼龙无毒、无味，其具有高机械强度、高软化点、耐热性、低摩擦系数、耐磨性、耐候性、自润滑性、减震性、消声性、良好的电气绝缘性和自熄性，还具有耐油、耐弱酸、耐碱和耐一般溶剂的优点。
闫燕等在《尼龙用着色剂》(染料与染色，2019年10月第46卷第5期)中阐述了部分适用于尼龙用的着色剂种类，发现红色品种相对丰富，黄色品种比较少，尤其是有机类的着色剂，黄色品种几乎都不适合。并且尼龙的熔融状态显示还原性，有机色粉在受热及剪切的条件下，尼龙的还原性容易使色粉发生降解，是颜色发生变化；而无机色粉在挤出过程中容易损坏玻纤，导致材料物性下降。因此，尼龙配色过程中存在着色剂选择面较窄等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种尼龙树脂复合材料及其制备方法和应用。本发明克服了尼龙配色中存在着色剂选择面较窄，及配制的颜色不够鲜艳等技术问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明提供了一种尼龙树脂复合材料，包括以下重量份数的组分：
PA6树脂50～85份、无定型尼龙5～25份、色粉0.1～2份、抗氧剂0.5～2份、0.2～1份的润滑剂和0.5～1.5份的耐候剂；所述色粉的平均粒径为8～25μm。
本发明将用于烯烃配色用的着色剂应用于尼龙配色中，增加了尼龙配色可选择着色剂的种类，使尼龙制品加工颜色更加丰富；本发明将特定粒径的色粉和抗氧剂联合使用，以提高色粉的耐高温性能，促进色粉在材料热加工过程中的稳定性，同时复合材料还具有较佳的力学性能。
作为本发明所述尼龙树脂复合材料的优选实施方式，尼龙树脂复合材料包括以下重量份数的组分：PA6树脂55～75份、无定型尼龙10～20份、色粉0.5～1.5份、抗氧剂0.8～1.5份、0.3～0.8份的润滑剂和0.7～1.2份的耐候剂。
当尼龙树脂复合材料采用上述配方时，色粉在热加工、剪切和挤出等过程中具有较佳的耐高温性能，色粉不容易改变颜色，稳定性较佳，进而使得制备的尼龙树脂复合材料配色更加鲜艳，同时复合材料还添加有抗氧化剂和耐候剂，使得尼龙树脂复合材料还具有较佳的耐光、耐候性能。
优选地，PA6树脂为相对粘度为2.5～2.7的聚酰胺6，测试标准为FZ/T51004-2011。
无定型尼龙树脂是一种长碳链、芳香族共聚非晶尼龙或半芳香族尼龙，加入无定形尼龙后，材料的透明性提高，有利于提高颜色鲜艳度，另外材料结晶率下降，色粉在PA6树脂中相容性增加，耐热、耐候、耐光性能也相应提升。
作为本发明所述尼龙树脂复合材料的优选实施方式，所述抗氧剂为CuI类抗氧剂或者CuBr类抗氧剂与受阻酚类抗氧剂的复配，CuI类抗氧剂或者CuBr类抗氧剂与受阻酚类抗氧剂的质量比为(1～3)：1。
当选自上述种类的抗氧剂和色粉联合使用时，可以降低尼龙树脂复合材料的色差，配色较为鲜艳，并且复合材料的耐光性能也较佳。
作为本发明所述尼龙树脂复合材料的优选实施方式，CuI类抗氧剂或者CuBr类抗氧剂与受阻酚类抗氧剂的质量比为(1.5～1.8)：1。
作为本发明所述尼龙树脂复合材料的优选实施方式，所述色粉为溶剂红179、颜料红254和/或溶剂黄160：1、颜料黄110。
当色粉为上述种类时，与抗氧剂复配，可以获得更好的提高色粉耐高温性能，热加工、剪切和挤出过程中色粉也不容易变色，稳定性较强。
作为本发明所述尼龙树脂复合材料的优选实施方式，所述耐候剂为苯丙三唑类紫外吸收剂和受阻胺类光稳定剂的复配，所述苯丙三唑类紫外吸收剂和受阻胺类光稳定剂的质量比为1：(0.1～0.8)。
作为本发明所述尼龙树脂复合材料的优选实施方式，所述色粉与耐候剂的质量比为(0.5～1.5)：1。当色粉与耐候剂的质量比为上述比例时，使得材料获得更佳的耐候性能和力学性能。
本发明还提供了上述尼龙树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将干燥后的PA6树脂、无定型尼龙、矿粉、炭黑、抗氧剂和加工助剂按照重量份数混匀后，加入双螺杆挤出机喂料斗，塑化，然后将色粉由双侧喂入双螺杆挤出机，经过牵引、冷却、切粒、干燥后，制得尼龙树脂复合材料。
本发明将色粉采用侧喂的方式可以降低色粉在热加工过程的受热和剪切时间，从而保证制备的尼龙树脂复合材料的颜色鲜艳。更优选地，双螺杆挤出机的温度为220～240℃，转速为300～400转/分。
此外，本发明还提供了上述尼龙树脂复合材料在发动机罩盖、踏板中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：
本发明提供了一种尼龙树脂复合材料及其制备方法和应用，将用于烯烃配色用的着色剂应用于尼龙配色中，增加了尼龙配色可选择着色剂的种类，使尼龙制品加工颜色更加丰富；本发明将特定粒径的色粉和抗氧剂联合使用，以提高色粉在热加工、剪切和挤出等过程中具有较佳的耐高温性能，色粉不容易改变颜色，稳定性较佳，同时复合材料还具有较佳的力学性能，综合性能佳。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
在以下实施例和对比例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
以下实施例和对比例的原料来源如下：
PA6树脂A：PA6 HY-2500A，相对粘度为2.5，厂家为江苏海阳化纤有限公司；
PA6树脂B：HYG-2700E，相对粘度为2.7，厂家为海阳科技股份有限公司；
PA6树脂C：GFZ2400B，相对粘度为2.4，厂家为无锡市长安高分子材料厂；
无定型尼龙：PA6I6T TI1207，厂家为山东广垠新材料有限公司；
色粉1：溶剂红179，平均粒径为8μm，厂家为常州亚邦塑胶颜料有限公司；
色粉2：颜料红254，平均粒径为25μm，厂家为山东彩之源颜料科技有限公司；
色粉3：颜料红254，平均粒径为18μm，厂家为山东彩之源颜料科技有限公司；；
色粉4：颜料红254，平均粒径为5μm，厂家为山东彩之源颜料科技有限公司；；
色粉5：颜料红254，平均粒径为35μm，厂家为山东彩之源颜料科技有限公司；；
色粉6：溶剂黄160：1，平均粒径为8μm，厂家为德国朗盛；
色粉7：颜料黄110，平均粒径为25μm，上海先尼科化工有限公司；
抗氧剂：抗氧剂H328F和抗氧剂1098的复配，抗氧剂H328F的厂家为德国布吕格曼；抗氧剂1098的厂家为中国利安隆；
润滑剂：润滑剂-A-C540A；
耐候剂：耐候剂RIASORBUV-234(耐候剂I)和耐候剂CHIMASSORB944FDL(耐候剂II)的复配。在以下实施例和对比例中，润滑剂和耐候剂在平行实验使用的是同一种。
实施例1～13
实施例1～13提供了一种尼龙树脂复合材料，其重量份配方见表1，制备方法如下：
将干燥后的PA6树脂、无定型尼龙、抗氧剂、润滑剂和耐候剂按照重量份数混匀后，加入双螺杆挤出机喂料斗，充分塑化，然后将色粉由双侧喂入双螺杆挤出机，经过牵引、冷却、切粒、干燥后，制得尼龙树脂复合材料。
其中，双螺杆挤出机的螺杆转速为400rpm/min，长径比为48：1，挤出机各段螺杆温度从加料口到机头依次设为：一区230℃、二区240℃、三到四区245℃、五区到七区250℃、八到九区250℃、十区250℃。
对比例1～5提供了一种尼龙树脂复合材料，其重量份配方见表2，制备方法参考实施例1～13的制备方法。
表1
Figure BDA0003534768290000051
Figure BDA0003534768290000061
表2
组别 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
PA6树脂A 45 65 65 65 65
无定型尼龙 15 15 15 15 15
色粉3 0.9 2.0 0.9
色粉4 0.9
色粉5 0.9
抗氧剂H328F 0.74 0.74 0.74 0.74 0.18
抗氧剂1098 0.46 0.46 0.46 0.46 0.12
润滑剂 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
耐候剂I 0.625 0.625 0.625 0.625 0.625
耐候剂II 0.375 0.375 0.375 0.375 0.375
对实施例1～13及对比例1～5制备的尼龙树脂复合材料进行性能测试，各项性能测试方法如下：
1、色差测试：用X-rite7000A色差仪测量尼龙树脂复合材料在D65光源下的数据，色差用△L，△a，△b表示，数值越大，代表色差越大，性能越差。
2、耐热、耐热滞留测试：将上述尼龙树脂复合材料在鼓风烘箱中于80℃干燥4小时后，在以下两种注塑条件下用注塑机注塑成83MM*54MM*2MM尺寸的表面无皮纹的光滑色板。
1)耐热测试方法：1、分别在280℃条件下不停留直接注塑色板，比较两种色板之间的色差值；
2)耐热滞留测试方法：1、在280℃停留30S后注塑色板，与280℃不停留直接注塑的色板比较色差值；
实验结束后，用X-rite7000A色差仪测量色板D65光源下的数据，色差用△E表示，△E越大表示色差越大。
3、耐候测试：
将上述尼龙树脂复合材料在鼓风烘箱中于80℃干燥4小时后，用注塑机注塑成83MM*54MM*2MM尺寸的表面无皮纹的光滑色板，注塑温度为240℃。
按GB/T 16422.3-2014循环1的规定，在UVA-340试验箱中进行测试。8H干燥+4H凝露为1循环，进行6个循环合计72H。色板放入测试箱前后分别用X-rite7000A色差仪测量色板D65光源下的数据，对比前后色差，用△E表示，△E越大表示色差越大。
4、耐光测试：
色板制作条件与耐候测试一致，将色板置于UVA-340型的紫外灯下，室温环境照射100小时，色板照射前后分别用X-rite7000A色差仪测量色板D65光源下的数据，对比前后色差，用△E表示，△E越大表示色差越大。
5、冲击性能测试；
参照ISO 180标准，制备样条，测试材料悬臂梁缺口冲击强度。
实验结果见表3和表4。
表3
Figure BDA0003534768290000071
Figure BDA0003534768290000081
表4
Figure BDA0003534768290000082
Figure BDA0003534768290000091
由表3和表4的结果可知：实施例1～13通过设计合理的配方制得尼龙树脂复合材料在色差测试中具有较小的色差，配色更加鲜艳，同时复合材料还添加有抗氧化剂和耐候剂，使得尼龙树脂复合材料还具有较佳的耐光、耐候性能。
实施例2-4优选更佳的配方，使得尼龙树脂复合材料耐高温性能、力学性能好于实施例1、5，其中以实施例3制备的尼龙树脂复合材料在耐高温性能、力学性能表现最佳。
实施例6中采用相对粘度为2.7的PA6树脂制备的尼龙树脂复合材料在耐热、耐光、耐候、力学等综合性能与实施例1-5制备的尼龙树脂复合材料性能类似；实施例7中采用相对粘度不在2.5～2.7的PA6树脂，制备的尼龙树脂复合材料力学性能有所下降。
实施例8-11采用特定粒径的色粉和抗氧剂联合使用，以提高色粉在热加工、剪切和挤出等过程中具有较佳的耐高温性能，色粉不容易改变颜色，稳定性较佳，同时复合材料还具有较佳的力学性能，综合性能佳。
实施例12-13采用的色粉与耐候剂的质量比分别为0.5:1、1.5:1，使得制备的复合材料在耐候性能和力学性能较佳。对比例4制备的复合材料中色粉与耐候剂的质量比不在(0.5～1.5)：1，材料的力学性能明显下降，并且其他耐候、耐高温等性能也不及实施例12-13。
对比例1采用的PA6树脂重量份数小于50份，其制备的尼龙复合材料在耐热性能和力学性能不及实施例1～5，说明适合重量份数的PA6树脂有助于提高复合材料的稳定性和力学性能。
对比例2-3中采用的色粉粒径不在8～25μm范围内，制备的尼龙复合材料在热加工、剪切和挤出等过程中色粉容易改变颜色，稳定性较差，同时力学性能也有所下降。当使用特定粒径的色粉与抗氧剂复配时，可以提高复合材料的耐高温性能和力学性能。
对比例5中采用的抗氧剂的重量份数小于0.8份，制备的尼龙复合材料在耐热性能和力学性能均不及实施例。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种尼龙树脂复合材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
PA6树脂50～85份、无定型尼龙5～25份、色粉0.1～2份、抗氧剂0.5～2份、0.2～1份的润滑剂和0.5～1.5份的耐候剂；所述色粉的平均粒径为8～25μm。
2.如权利要求1所述的尼龙树脂复合材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：PA6树脂55～75份、无定型尼龙10～20份、色粉0.5～1.5份、抗氧剂0.8～1.5份、0.3～0.8份的润滑剂和0.7～1.2份的耐候剂。
3.如权利要求1所述的尼龙树脂复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为CuI类抗氧剂或者CuBr类抗氧剂与受阻酚类抗氧剂的复配，CuI类抗氧剂或者CuBr类抗氧剂与受阻酚类抗氧剂的质量比为(1～3)：1。
4.如权利要求3所述的尼龙树脂复合材料，其特征在于，CuI类抗氧剂或者CuBr类抗氧剂与受阻酚类抗氧剂的质量比为(1.5～1.8)：1。
5.如权利要求1所述的尼龙树脂复合材料，其特征在于，所述色粉为溶剂红179、颜料红254和/或溶剂黄160：1、颜料黄110。
6.如权利要求5所述的尼龙树脂复合材料，其特征在于，所述耐候剂为苯丙三唑类紫外吸收剂和受阻胺类光稳定剂的复配，所述苯丙三唑类紫外吸收剂和受阻胺类光稳定剂的质量比为1：(0.1～0.8)。
7.如权利要求1所述的尼龙树脂复合材料，其特征在于，所述色粉与耐候剂的质量比为(0.5～1.5)：1。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的尼龙树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将干燥后的PA6树脂、无定型尼龙、矿粉、炭黑、抗氧剂和加工助剂按照重量份数混匀后，加入双螺杆挤出机喂料斗，塑化，然后将色粉由双侧喂入双螺杆挤出机，经过牵引、冷却、切粒、干燥后，制得尼龙树脂复合材料。
9.一种如权利要求1～7任一项所述的尼龙树脂复合材料在汽车发动机罩盖、踏板中的应用。
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