CN114589973A - 一种耐低温复合管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及尼龙管的领域，尤其是涉及一种耐低温复合管及其制备方法。耐低温复合管，包括内管和外管，所述外管由包括以下重量份的原料制成：尼龙6树脂100份、增韧剂13‑28份、润滑剂5‑9份、相容剂2‑4份、填料24‑30份、h‑BN1‑2份；所述内管由包括以下重量份的原料制成：TPU 100份。本申请制得的耐低温复合管具有耐低温性能高的效果，满足‑40℃的应用环境。耐低温复合管的制备方法，包括以下步骤：1)按比例将尼龙6树脂、增韧剂、润滑剂、相容剂、填料、h‑BN混合后搅拌均匀，再经双螺杆挤出后切粒，得到外管原料颗粒；2)将外管原料颗粒和TPU分别挤出，再经复合模头复合得到耐低温复合管。
Description
技术领域
本申请涉及尼龙管的领域，尤其是涉及一种耐低温复合管及其制备方法。
背景技术
尼龙是半结晶性脂肪族聚酰胺，具有优秀的强度(拉伸强度在40MPa以上)、耐磨损性、韧性、耐油性等综合性能。目前已广泛应用于汽车、电子电器、机械、化工、运动器材等领域。特别是应用在目前在汽车领域以及机械的油路、气路中。
尼龙管(polyamide)，简称PA管，别称Nylon tube。通常采用尼龙挤出而成，具有良好的理化和机械性能：耐磨损，可以在有沙石、铁屑的条件下使用；表面光滑，减小阻力，能防止生锈和结垢淤积；柔软，易弯曲，便于安装，加工简单。同时又具有钢性，当需要一定形状时，可以像金属管一样制成各种形状，而且不需要复杂的设备和工装；能耐很多化学物质的腐蚀；尺寸稳定、渗透率小；电阻极大，可以作为绝缘体使用；使用寿命很长，甚至几十年；耐温性好，可在-40-100℃的环境下工作。
然而，在一些低温地区，对尼龙管的耐低温要求高。由于尼龙6、尼龙66所制成的尼龙管耐低温性能差，在试验测试中仅能应对-20℃的低温，目前，为了满足耐低温性，通常采用PA11或者PA12所制成的尼龙管。但是PA11和PA12原料价格高。因此，亟需研发一种新的尼龙管，成本低且可适应低温环境。
发明内容
为了提升尼龙管的耐低温性能，本申请提供一种耐低温复合管及其制备方法。
本申请的目的在于提供一种耐低温复合管，所得的复合管在实践应用中，可以更胜任与低温地区，广泛应用到汽车领域和机械的油路及气路。其性能甚至可以替代尼龙11、12，而且使用成本会大大降低。
本申请提供的一种耐低温复合管采用如下的技术方案：
一种耐低温复合管，包括内管和外管，所述外管由包括以下重量份的原料制成：
所述内管由包括以下重量份的原料制成：
TPU 100份。
优选的，所述增韧剂为马来酸酐接枝POE、马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝HDPE中的一种或多种的组合。
优选的，所述增韧剂为马来酸酐接枝POE。
在尼龙66中添加马来酸酐接剂POE，使其表面的粘合性和它的韧性得到提升。再与TPU无缝复合，使这种复合管具备了尼龙达不到的低温性能，而且经过复合以后会拥有比TPU更好的冲击强度和韧性，比尼龙更柔软更好加工的特性。在实践应用中，可以更胜任与低温地区，广泛应用到汽车领域和机械的油路及气路。其性能甚至可以替代尼龙11、尼龙12，而且使用成本会大大降低。
添加的六方氮化硼(h-BN)具有高导热性，热稳定性高，经挤出工艺容易取向从而形成更多的导热路径。使得管件的内层和外层之间形成有效的热传递，进而进一步提升管件的耐低温性能。同时，由于尼龙6粘性大，加入h-BN可大大改善尼龙6的加工性能。
优选的，所述填料为云母粉和甲壳素按重量比1：1-1.6混合而成。
尼龙6树脂具有一定的自润滑性，在内层管和外层管发的界面粘接力有不利影响。因此，在配方体系中采用云母粉和甲壳素按重量比1：1-1.6混合而成的填料，云母粉具有良好的弹性、韧性、耐高温、附着力强等特性，按比例与甲壳素混合后，可协同提升甲壳素粘合性，从而提高内层管和外层管界面粘结力以及防渗性和整体机械性能，降低复合管开裂的概率，提高复合管的耐低温性能。
优选的，所述h-BN经氨基硅烷偶联处理。
利用氨基硅烷偶联剂，对h-BN颗粒进行表面改性，在h-BN颗粒表面形成氨基，表面改性后的h-BN颗粒的极性官能和结构相似性增强了颗粒与尼龙6基质的亲和力，改善了h-BN颗粒在尼龙6基质中的分散性和附着力，使尼龙管更加好加工。
优选的，所述相容剂为乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物和聚苯乙烯-马来酸酐共聚物中的一种或多种的组合。
优选的，所述润滑剂为微晶蜡、聚乙烯蜡和硅酮母粒中的一种或多种的组合物。
优选的，所述内管和所述外管的质量比为3:7。
本申请的另一目的在于提供一种耐低温复合管的制备方法。
本申请提供的一种耐低温复合管采用如下的技术方案：
一种上述耐低温复合管的制备方法，包括以下步骤：
1)按比例将尼龙6树脂、增韧剂、润滑剂、相容剂、填料、h-BN混合后搅拌均匀，再经双螺杆挤出后切粒，得到外管原料颗粒；
2)将外管原料颗粒和TPU分别挤出，再经复合模头复合得到耐低温复合管。
优选的，步骤1)中，双螺杆挤出机的长径比为40：1，螺杆转速为180r/min，加工温度为240℃，螺杆温度实施分区控制，一区180℃、二区200℃、三区220℃、四区250℃、五区250℃、六区250℃、七区240℃、八区220℃。
优选的，步骤2)中，外管原料颗粒的单螺杆挤出机的挤出温度为240℃；TPU的单螺杆挤出机的挤出温度为210℃。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过马来酸酐接枝POE改性尼龙6，提升尼龙6的表面粘合性和韧性。
2.进一步通过与TPU的复合，大大提升了尼龙管的耐低温性能，同时提升尼龙管的冲击强度，且比尼龙管更加柔软更好加工；
3.利用氨基硅烷偶联剂，对h-BN颗粒进行表面改性，在h-BN颗粒表面形成氨基，表面改性后的h-BN颗粒的极性官能和结构相似性增强了颗粒与尼龙6基质的亲和力，改善了h-BN颗粒在尼龙6基质中的分散性和附着力，使尼龙管更加好加工。
具体实施方式
本申请所涉及的原料均为市售，各组分和型号以及来源如表1所示。
表1原料的型号以及来源
| 原料 | 规格/型号 | 厂家 |
| 尼龙6 | GF30 | 励塑新材料 |
| TPU | B95A | 德国巴斯夫 |
| 马来酸酐接枝POE | MD715 | 三井化学 |
| 马来酸酐接枝EVA | C250 | 陶氏杜邦 |
| h-BN | 5μm | 北京兴荣源 |
| 氨基硅烷偶联 | KH-550 | 东莞绿伟塑胶制品 |
| 甲壳素 | / | 麦克林 |
| 乙烯-丙烯酸甲酯共聚物 | AC1820 | 美国杜邦 |
| 微晶蜡 | 66# | / |
实施例1-6
实施例1-6的区别在于原料的用量不同，以实施例1为例进行说明。
实施例1提供的耐低温复合管，包括内管和外管，内管和外管质量比为3:7。其中，内管的原料为TPU，外管的原料组成和配比见表2。其中，增韧剂为马来酸酐接枝POE；填料为云母粉和甲壳素按重量比1：1混合而成；相容剂为乙烯-丙烯酸酯共聚物；润滑剂为微晶蜡；h-BN经氨基硅烷偶联处理，具体包括以下步骤：将10gh-BN、100ml95％乙醇、2ml氨基硅烷偶联剂KH550混合后，在转速400rpm的条件下搅拌30min后放置于烘箱中，90℃烘干1h即可。
表2实施例1-6外管的原料组成和配比
实施例1提供的汽车空调软管的制备方法，包括以下制备步骤：
1)按比例将尼龙6树脂、增韧剂、润滑剂、相容剂、填料、h-BN高速混合10min后喂入双螺杆挤出机挤出后切粒，得到外管原料颗粒；
双螺杆挤出机的长径比为40：1，螺杆转速为180r/min，加工温度为240℃，螺杆温度实施分区控制，一区180℃、二区200℃、三区220℃、四区250℃、五区250℃、六区250℃、七区240℃、八区220℃。
2)将外管原料颗粒和TPU分别投入对应的单螺杆机中挤出，再经复合模头复合得到耐低温复合管。
其中，外管原料颗粒的单螺杆挤出机的挤出温度为240℃；TPU的单螺杆挤出机的挤出温度为210℃。
实施例7
与实施例1的区别在于，所述增韧剂为马来酸酐接枝EVA。
实施例8
与实施例1的区别在于，所述填料为云母粉和甲壳素按重量比1：1.6混合而成。
实施例9
与实施例1的区别在于，所述填料为云母粉。
实施例10
与实施例1的别在于，所述h-BN未经氨基硅烷偶联处理。
对比例
对比例1
与实施例1的区别在于，将外管原料颗粒挤出后即得尼龙6单层管，即所得管为尼龙6单层管。
对比例2
与实施例1的区别在于，将TPU颗粒挤出后即得TPU单层管。
对比例3
与实施例1的区别在于，将尼龙6树脂和TPU分别挤出，再经复合模头复合得到对比复合管。
对比例4
与实施例1的区别在于，未添加h-BN。
性能检测
针对本申请实施例1-10和对比例1-4，进行如下性能检测，检测数据见表3。
其中，耐低温性测试方法：取一段15-20cm的样品，放置于低温测试箱内，放置48小时后，在低温箱内用500克的铁锤敲击3次，观察管件的破损情况。
按ASTM D638方法测定关键的拉伸强度、断裂伸长率。
表3性能检测表
由表3可得，本申请实施例1-10所提供的耐低温复合管，在-40℃，24小时的测试中仍能保持管件完整性。且经复合后的耐低温管件，比TPU更好的冲击强度和韧性，比尼龙更柔软更好加工的特性。
由实施例1-6可得，各组分配比对管件的整体性能影响不大，在本申请优选的范围能均有较佳的耐低温性以及机械性能。
对比实施例1和实施例7可得，增韧剂选用马兰酸酐接枝POE的效果要优于马来酸酐接枝EVA，所制得的耐低温复合管拥有更佳的机械性能。
对比实施例1和实施例8可得，当填料采用云母粉和甲壳素按1：1配比时，效果最佳，所制得的耐低温复合管拥有更佳的机械性能。
对比实施例1、实施例8和实施例9可得，相比于单独采用云母粉，当采用云母粉和甲壳素复配的填料时，所制得的耐低温复合管拥有更佳的机械性能。
对比实施例1和实施例10可得，h-BN未经氨基硅烷偶联处理后，所制得耐低温复合管拥有更佳的机械性能，且如上述，利用氨基硅烷偶联剂，对h-BN颗粒进行表面改性，在h-BN颗粒表面形成氨基，表面改性后的h-BN颗粒的极性官能和结构相似性增强了颗粒与尼龙6基质的亲和力，改善了h-BN颗粒在尼龙6基质中的分散性和附着力，使尼龙管更加好加工。
而对比例1的单层尼龙6管仅耐-20℃低温，对比例2的单层TPU管仅耐-25℃低温，对比例3的复合管，仅耐-30℃低温，对比例4的复合管，仅耐-35℃低温。
另外，由实施例1-10和对比例4可得，h-BN的添加可能在挤出工艺后管件的内层和外层之间形成更多的导热路径，使管件的耐低温性能进一步提升。
以上实施例只是对技术方案的解释，不构成对本方面技术方案的限制。本领域的技术人员根据现有尼龙制备方法的知识，可以通过对制备过程中的原料配比，制备过程的温度调整，制备出不同的耐低温复合管。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种耐低温复合管，其特征在于：包括内管和外管，所述外管由包括以下重量份的原料制成：
所述内管由包括以下重量份的原料制成：
TPU 100份。
2.根据权利要求1所述的耐低温复合管，其特征在于：所述增韧剂为马来酸酐接枝POE、马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝HDPE中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的耐低温复合管，其特征在于：所述填料为云母粉和甲壳素按重量比1：1-1.6混合而成。
4.根据权利要求1所述的耐低温复合管，其特征在于：所述h-BN经氨基硅烷偶联处理。
5.根据权利要求1所述的耐低温复合管，其特征在于：所述相容剂为乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物和聚苯乙烯-马来酸酐共聚物中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的耐低温复合管，其特征在于：所述润滑剂为微晶蜡、聚乙烯蜡和硅酮母粒中的一种或多种的组合物。
7.根据权利要求1所述的耐低温复合管，其特征在于：所述内管和所述外管的质量比为3：7。
8.一种权利要求1-7任一项所述的耐低温复合管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)按比例将尼龙6树脂、增韧剂、润滑剂、相容剂、填料、h-BN混合后搅拌均匀，再经双螺杆挤出后切粒，得到外管原料颗粒；
2)将外管原料颗粒和TPU分别挤出，再经复合模头复合得到耐低温复合管。
9.根据权利要求8所述的耐低温复合管，其特征在于：步骤1)中，双螺杆挤出机的长径比为40：1，螺杆转速为180r/min，加工温度为240℃，螺杆温度实施分区控制，一区180℃、二区200℃、三区220℃、四区250℃、五区250℃、六区250℃、七区240℃、八区220℃。
10.根据权利要求8所述的耐低温复合管，其特征在于：步骤2)中，外管原料颗粒的单螺杆挤出机的挤出温度为240℃；TPU的单螺杆挤出机的挤出温度为210℃。
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