CN114736513B - 一种高熔接线强度玻纤增强尼龙材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高熔接线强度玻纤增强尼龙材料，按重量份计，其包含以下原料：30‑87.8份PA66、44‑60份第一玻璃纤维、2‑6份第二玻璃纤维、0.1‑2份其它助剂，其中，所述第一玻璃纤维的长径比大于所述第二玻璃纤维的长径比，所述第一玻璃纤维的长径比为200‑500，所述第二玻璃纤维的长径比为2‑10。上述的高熔接线强度玻纤增强尼龙材料具有良好的熔接线强度，适用于汽车、建材、家电等行业。

Description

一种高熔接线强度玻纤增强尼龙材料及其制备方法

技术领域

本申请涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种高熔接线强度玻纤增强尼龙材料及其制备方法。

背景技术

尼龙是使用量最大的塑料，尼龙经过玻璃纤维增强后，能大幅度提高其强度、刚性和冲击强度，因而广泛应用于汽车、建材、家电等行业。在尼龙注塑过程中，由于产品上的孔洞、嵌件、模具多浇口等因素产生了流动的多向性，这也导致了熔体流体交汇时，会产生一定程度上的熔接线。熔接线的存在不仅影响制品的表观质量，而且影响制品的力学性能。对于纯尼龙材料来说，熔接线强度主要受熔体相遇时界面处分子的缠结和分子的取向影响。在玻璃纤维增强尼龙材料中，熔接线强度降低得更加明显，如图1所示，这主要是因为玻璃纤维增强尼龙材料中，玻璃纤维的取向沿着熔接线方向，无法贯穿熔接线的两侧，导致熔接线强度下降幅度较大。

因此，如何提高玻璃纤维增强尼龙材料的熔接线强度，从而进一步扩展玻璃纤维增强尼龙材料的应用成为需要本领域技术人员解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种高熔接线强度玻纤增强尼龙材料，在不明显降低材料的本体强度基础上可以大幅度提高熔接线强度，适用于汽车、建材、家电等行业。

本申请提供了如下方案：

一种高熔接线强度玻纤增强尼龙材料，包括如下重量份的各组分：

PA66 30-87.8份、第一玻璃纤维44-60份、第二玻璃纤维2-6份、其它助剂0.1-2份；

其中，所述第一玻璃纤维的长径比大于所述第二玻璃纤维的长径比。

进一步地，所述第一玻璃纤维的长径比为200-500。

进一步地，所述第二玻璃纤维的长径比为2-10。

进一步地，所述第一玻璃纤维的直径为6-13μm。

进一步地，所述第二玻璃纤维的直径为6-13μm。

进一步地，所述PA66的相对硫酸粘度为2.10-3.20。

进一步地，所述其它助剂包括抗氧剂、润滑剂中的至少一种。

进一步地，所述抗氧剂包括抗氧剂S2225P、抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂1098中的至少一种。

进一步地，所述润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸、N,N-乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、硅酮粉、聚乙烯蜡中的至少一种。

此外，本申请还提供了前述的高熔接线强度玻纤增强尼龙材料的制备方法，包括如下步骤：

按重量份数计，将30-87.8份PA66和0.1-2份其它助剂通过混料机混合均匀，得到混合物；

将所述混合物加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混，通过侧向喂料加入44-60份第一玻璃纤维、2-6份第二玻璃纤维，挤出料条；

将所述料条通过切粒机切粒，经提升机烘干，包装即得成品。

进一步地，前述的料条挤出温度为260-270℃。

进一步地，前述的双螺杆挤出机的螺杆转速为200-700rpm。

根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：

本申请提供的高熔接线强度玻纤增强尼龙材料通过引入不同长径比的玻璃纤维复配来改善熔接线处玻璃纤维的取向。利用长径比小的玻璃纤维随树脂熔体流动的取向方向相对不明显，容易贯穿熔接线的两侧，分别与熔接线两侧的PA66分子链结合的特性，来提升熔接线的强度。此外，长径比较小的玻璃纤维相对长径比较大的玻璃纤维而言，其流动阻力小、易于流动到熔接线处并在熔接线处富集，因此仅需要添加少量的长径比较小的玻璃纤维来替代等量的长径比较大的玻璃纤维，即可大幅度提高熔接线强度。

当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的玻璃纤维增强尼龙材料中玻璃纤维的取向示意图；

图2为本申请提供的高熔接线强度玻纤增强尼龙材料的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如背景技术所述，尼龙经过玻璃纤维增强后，能大幅度提高其整体强度，但是由于玻璃纤维的取向沿着熔接线方向，无法贯穿熔接线的两侧，导致熔接线强度下降幅度较大，这极大地限制了玻璃纤维增强尼龙材料的应用。本申请为克服玻璃纤维增强尼龙材料熔接线强度低的弊端，为复杂产品设计提供更高的熔接线强度，引入不同长径比的玻璃纤维复配来改善熔接线处玻璃纤维的取向。一方面，长径比小的玻璃纤维随树脂熔体流动的取向方向相对不明显，容易贯穿熔接线的两侧，分别与熔接线两侧的PA66分子链结合，进而可以提升熔接线强度；另一方面，长径比较小的玻璃纤维相对长径比较大的玻璃纤维而言，其流动阻力小、易于流动到熔接线处并在熔接线处富集，因此仅需要添加少量的长径比较小的玻璃纤维来替代等量的长径比较大的玻璃纤维，即可大幅度提高熔接线强度。基于此，本申请提出了一种新的高熔接线强度玻纤增强尼龙材料及其制备方法。

作为一种较优的实施方式，本申请实施例中，按照重量份数计，所述高熔接线强度玻纤增强尼龙材料的组分包括：30-87.8份PA66，44-60份第一玻璃纤维，2-6份第二玻璃纤维，0.1-2份其它助剂，其中，所述第一玻璃纤维的长径比大于所述第二玻璃纤维的长径比。

玻璃纤维的直径和长径比会影响成型后材料的承载能力和抗压能力，在本申请中优选的实施例中，所述第一玻璃纤维的直径为6-13μm，所述第一玻璃纤维的长径比为200-500。更加具体地，所述第一玻璃纤维的直径为6μm、8μm、10μm、12μm和13μm，优选为10μm，所述第一玻璃纤维的长径比为200、300、400和500，优选为300，限于篇幅此处不再穷举。

现有技术中采用在尼龙材料中加入玻璃纤维进行改性，可以提高复合材料的本体强度，而在熔接线处由于玻璃纤维取向方向的变化降低了熔接线强度。为了解决这一问题，本申请在玻璃纤维增强尼龙材料中，通过引入不同长径比的玻璃纤维复配来改善熔接线处玻璃纤维的取向。长径比较小的玻璃纤维随树脂熔体流动的取向方向相对不明显，容易贯穿熔接线的两侧，分别与熔接线两侧的PA66分子链结合，可以提升熔接线的强度。此外，长径比较小的玻璃纤维相对长径比较大的玻璃纤维而言，其流动阻力小、易于流动到熔接线处并在熔接线处富集，因此仅需要添加少量的长径比较小的玻璃纤维来替代等量的长径比较大的玻璃纤维，即可大幅度提高熔接线强度，又不明显降低材料的本体强度。

在本申请中优选的实施例中，所述第二玻璃纤维的直径为6-13μm，所述第二玻璃纤维的长径比为2-10。更加具体地，所述第二玻璃纤维的直径为6μm、8μm、10μm、12μm和13μm，优选为10μm，所述第二玻璃纤维的长径比为2、5、8和10，优选为5，限于篇幅此处不再穷举。

由于PA66的相对硫酸粘度会影响其在注塑过程中的流动性，对熔接线处玻璃纤维取向与贯穿率有一定的影响，从而影响最终熔接线强度。如果PA66的相对硫酸粘度过高，流动性差，将不利于熔接线处分子链的缠结，熔接线强度较低；如果PA66的相对硫酸粘度太低，力学性能特别是韧性比较差，并且熔接线强度提升程度有限。因此，在本申请中优选的实施例中，所述PA66的相对硫酸粘度为2.10-3.20，更加具体地，所述PA66的相对硫酸粘度为2.10、2.40、2.80、3.00和3.20，优选为2.80，限于篇幅此处不再穷举。

其中，所述其它助剂包括抗氧剂、润滑剂中的至少一种。

抗氧剂可以有效地降低塑料大分子的热氧化反应速度，延缓塑料树脂的热、氧降解过程，显著地提高塑料树脂的耐热性能，延长塑料制品的使用寿命。本发明实施例中，所述抗氧剂包括抗氧剂S2225P、抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂1098中的至少一种，用户可以根据实际需求进行选择，这里不做具体限制。

尼龙在加工过程中由于熔体粘度大而造成制品粗糙、缺乏光泽以及玻璃纤维外露等问题。为了解决这些问题，通常会在制备过程中加入润滑剂。在玻纤增强尼龙材料中加入润滑剂，一方面可以改善玻纤与尼龙树脂的粘结状态，进而改善其在树脂中的分散性；另一方面还可以改善玻纤增强尼龙材料的加工流动性，提高材料表面的光洁度。所述润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸、N,N-乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、硅酮粉、聚乙烯蜡中的至少一种，户可以根据实际需求进行选择，这里不做具体限制。

对应于上述高熔接线强度玻纤增强尼龙材料，本申请还提供了一种高熔接线强度玻纤增强尼龙材料的制备方法。如图2所示，所述的高熔接线强度玻纤增强尼龙材料的制备方法包括如下步骤：

S1：按重量份数计，将30-87.8份PA66和0.1-2份其它助剂通过混料机混合均匀，得到混合物，其中，其他助剂为抗氧剂和润滑剂；

S2：将所述混合物加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混，通过侧向喂料加入44-60份第一玻璃纤维、2-6份第二玻璃纤维，挤出料条；

S3：将所述料条通过切粒机切粒，经提升机烘干，包装即得成品。

优选地，所述料条挤出温度为260-270℃。

优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆转速200-700rpm。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。

以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。

现对实施例及对比例所用的原材料做如下说明：

PA66：华峰集团有限公司生产，EP1107（相对硫酸粘度2.4）、EP1107（相对硫酸粘度2.8）；

第一玻璃纤维：泰山玻璃纤维有限公司生产，T435N，直径10μm；

第二玻璃纤维：泰山玻璃纤维有限公司生产，EMG10-35/70，直径10μm

抗氧剂S2225P：美国雅宝生产，S2225P；

润滑剂N,N-乙撑双硬脂酸酰胺：美国龙沙生产，Acrawax C。

材料性能测试方法：

1、拉伸强度测试：按国家标准GB/T1040.2-2008方法测试，测试样条为两端进浇。

2、熔接线强度测试：按国家标准GB/T1040.2-2008方法测试，测试样条为两端进浇。

对比例1

一种高熔接线强度玻纤增强尼龙材料，按照重量份计算，所述材料的组分包括：

PA66 49.40份、第一玻璃纤维50份、抗氧剂S2225P0.3份、润滑剂N,N-乙撑双硬脂酸酰胺0.3份，其中，PA66的相对硫酸粘度为2.8，第一玻璃纤维的直径为10μm，长径比为300。

上述高熔接线强度玻纤增强尼龙材料的制备方法包括：

将49.40份PA66、0.3份抗氧剂S2225P和0.3份润滑剂N,N-乙撑双硬脂酸酰胺通过混料机混合均匀，得到混合物。

将所述混合物加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混，通过侧向喂料加入50份第一玻璃纤维，在温度260 °C、螺杆转速300 rpm的工艺条件下挤出料条。

将所述料条通过切粒机切粒，经提升机烘干，包装即得成品。

对比例2

与对比例1相比，其区别在于PA66的相对硫酸粘度为2.4。

实施例1

一种高熔接线强度玻纤增强尼龙材料，按照重量份计算，所述材料的组分包括：

PA66 49.40份、第一玻璃纤维48份、第二玻璃纤维2份、抗氧剂S2225P0.3份、润滑剂N,N-乙撑双硬脂酸酰胺0.3份，其中，PA66的相对硫酸粘度为2.8，第一玻璃纤维的直径为10μm，长径比为300，第二玻璃纤维的直径为10μm，长径比为5。

上述高熔接线强度玻纤增强尼龙材料的制备方法包括：

将49.40份PA66、0.3份抗氧剂S2225P和0.3份润滑剂N,N-乙撑双硬脂酸酰胺通过混料机混合均匀，得到混合物。

将所述混合物加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混，通过侧向喂料加入48份第一玻璃纤维和2份第二玻璃纤维，在温度260 °C、螺杆转速300 rpm的工艺条件下挤出料条。

将所述料条通过切粒机切粒，经提升机烘干，包装即得成品。

实施例2

与实施例1相比，其区别在于第一玻璃纤维46份、第二玻璃纤维4份。

实施例3

与实施例1相比，其区别在于第一玻璃纤维44份、第二玻璃纤维6份。

实施例4，与实施例1相比，其区别在于第二玻璃纤维的长径比为2。

实施例5，与实施例1相比，其区别在于第二玻璃纤维的长径比为10。

实施例1-5及对比例1-2制备高熔接线强度玻纤增强尼龙材料性能测试结果如表1所示。

表1 实施例1-5及对比例1-2制备高熔接线强度玻纤增强尼龙材料

性能测试结果

性能	单位	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	对比例1	对比例2
									拉伸强度	MPa	238	235	232	235	239	241	243
熔接线强度	MPa	98	102	105	100	96	95	97

由上述表1的测试结果可知：

1、由实施例1-5和对比例1-2的测试结果可知，在玻璃纤维增强尼龙材料中，添加少量的长径比较小的玻璃纤维来替代等量的长径比较大的玻璃纤维，在不明显降低材料的本体强度基础上，其熔接线强度得到提高。因此可以说明长径比较小的玻璃纤维容易贯穿熔接线的两侧，分别与熔接线两侧的PA66分子链结合，可以明显提高复合材料的熔接线强度。

2、由实施例1、实施例4和实施例5的测试结果可知，不同长径比的第二玻璃纤维对复合材料的熔接线强度的提高程度不一样。长径比较小的第二玻璃纤维流动阻力小，易于流动到熔接线处并在熔接线处富集，可大幅度提高熔接线强度。但是当第二玻璃纤维的长径比太小会降低复合材料的本体强度。结合实施例1、实施例4和实施例5可知，需要控制第二玻璃纤维的长径比范围，长径比在2-10范围内时效果较优，进一步优选地，长径比为5时效果更好，这样既可以提高复合材料的熔接线强度，又不降低复合材料的本体强度。

以上对本申请所提供的一种高熔接线强度玻纤增强尼龙材料及其制备方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (8)

1.一种高熔接线强度玻纤增强尼龙材料，其特征在于，包括如下重量份的各组分：

PA66 30-87.8份、第一玻璃纤维44-60份、第二玻璃纤维2-6份、其它助剂0.1-2份；

其中，所述第一玻璃纤维的长径比大于所述第二玻璃纤维的长径比，所述第一玻璃纤维的长径比为200-500，所述第二玻璃纤维的长径比为2-10。

2.如权利要求1所述的高熔接线强度玻纤增强尼龙材料，其特征在于，所述第一玻璃纤维的直径为6-13μm。

3.如权利要求2所述的高熔接线强度玻纤增强尼龙材料，其特征在于，所述第二玻璃纤维的直径为6-13μm。

4.如权利要求1所述的高熔接线强度玻纤增强尼龙材料，其特征在于，所述PA66的相对硫酸粘度为2.10-3.20。

5.如权利要求1所述的高熔接线强度玻纤增强尼龙材料，其特征在于，所述其它助剂包括抗氧剂、润滑剂中的至少一种。

6.如权利要求5所述的高熔接线强度玻纤增强尼龙材料，其特征在于，所述抗氧剂包括抗氧剂S2225P、抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂1098中的至少一种。

7.如权利要求5所述的高熔接线强度玻纤增强尼龙材料，其特征在于，所述润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸、N,N-乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、硅酮粉、聚乙烯蜡中的至少一种。

8.一种如权利要求1所述的高熔接线强度玻纤增强尼龙材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

按重量份数计，将30-87.8份PA66和0.1-2份其它助剂通过混料机混合均匀，得到混合物；

将所述混合物加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混，通过侧向喂料加入44-60份第一玻璃纤维、2-6份第二玻璃纤维，挤出料条，所述第一玻璃纤维的长径比为200-500，所述第二玻璃纤维的长径比为2-10；

将所述料条通过切粒机切粒，经提升机烘干，包装即得成品。

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