CN115197559B - 一种聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料及其制备方法。聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料，由以下重量份数的组分组成：聚苯醚：65‑90份，尼龙56：5‑15份，聚酮：5‑25份，相容剂：1‑10份，增韧剂：1‑10份，抗氧剂：0.2‑2.0份，润滑剂：0.2‑2.0份。本发明通过聚苯醚/尼龙56/聚酮的合金改性，不仅有效改进了聚苯醚材料的耐磨性能，同时增加了聚苯醚的耐磨性、加工流动性和耐化学性能；本发明聚苯醚、尼龙56、聚酮、相容剂、增韧剂、抗氧剂、润滑剂采用混料机混合均与后，加入双螺杆挤出机造粒得到，现有的双螺杆挤出设备即可操作生产，易于批量化生产。
Description
技术领域
本发明专利属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料及其制备方法。
背景技术
聚苯醚，简称PPO，是一种非结晶性高分子聚合物，高耐热性、耐疲劳性，脆化温度-70℃、吸水率低等优异性能，由于其介电常数和介电损耗是工程塑料中最小之一，几乎不受温度和温度的影响，广泛用于低、中、高频电场产品的使用，但其耐磨性差、耐溶剂性差、熔融流动性差、成型加工困难等缺点在一定程度上限制了其使用范围。
尼龙，简称PA，是一种结晶高分子聚合物，包括脂肪族尼龙、脂肪-芳香族尼龙和芳香族尼龙，尼龙具有良好的力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，易于加工，可以用于汽车、电子电气、扎带、薄膜等众多行业领域。
聚酮，简称POK，是一种高结晶性高分子聚合物，是由一氧化碳、烯烃（乙烯、丙烯）合成的新型绿色聚合物材料，具有高耐磨、耐水解、优异的耐化学性能，优良的流动性和成型加工性，可加工成模塑件、薄膜、管材、纤维等，其耐热性、刚性(弯曲模量：1800MPa)相对较低。
目前市场上的聚苯醚/尼龙合金中，尼龙提供良好的耐溶剂形和加工性能，聚苯醚提高耐热性能，但聚苯醚为非结晶性的非极性共聚物，尼龙是结晶性的极性共聚物，对于相容助剂要求严格，影响了聚苯醚/尼龙合金的生产和使用。聚酮作为新型绿色聚合物材料和优良的成型加工性，欲将其应用在聚苯醚/尼龙上以扩大合金材料的使用范围，而聚酮作为高结晶性的极性共聚物，对于聚苯醚/尼龙/聚酮合金材料的制备提出的更为严格的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述缺陷，本发明提供一种聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料及其制备方法，采用聚苯醚、尼龙56和聚酮混合，再与一种或几种相容剂、增韧剂、抗氧剂和润滑剂组合使用，制得的合金材料耐磨性高，耐化学性高、可加工性好，综合性能优异，应用范围广。
本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：一种聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料，由以下重量份数的组分组成：
| 聚苯醚 | 65-90份 |
| 尼龙 | 5-15份 |
| 聚酮 | 5-25份 |
| 相容剂 | 1-10份 |
| 增韧剂 | 1-10份 |
| 抗氧剂 | 0.2-2.0份 |
| 润滑剂 | 0.2-2.0份 |
所述尼龙为尼龙56，所述尼龙56通过生物基戊二胺和石油基己二酸聚合制得的生物基聚酰胺。
采用生物基戊二胺生产制得的生物基聚酰胺，满足碳中和、碳达峰概念，相对于传统的石油基偶数碳尼龙产品而言，PA56为奇数碳分子结构，使其具有更加优异的阻燃、吸湿、易染色、低翘曲、高流动等特性；聚苯醚/尼龙56/聚酮合金，聚苯醚提高了聚酮的耐热性，改善了尼龙56的吸湿特性，尼龙56和聚酮改善了聚苯醚的耐磨、耐化学和加工性能，制得的合金材料综合性能好，合金材料的使用领域相较于现有的合金进一步扩大。
进一步的，所述聚苯醚的粘度为0.35-0.45dl/g；所述尼龙56相对粘度为2.4-3.0；所述聚酮熔融指数为6-60g/10min。限定的聚苯醚、尼龙粘度以及聚酮熔融指数，该类型原料易得，普适性广。
进一步的，所述相容剂为马来酸酐接枝的接枝物、甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝物中的一种或多种；
所述马来酸酐接枝的接枝物为SEBS-g-MAH、POE-g-MAH、TPU-g-MAH；所述甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝物为SEBS-g-GMA、E-g-GMA、E/MA-g-GMA、POE-g-GMA。
优选所述相容剂为SEBS-g-MAH、E-g-GMA。
采用马来酸酐接枝的接枝物、甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝物中的一种或多种，在马来酸酐接枝的接枝物、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的酸酐基团在高温和螺杆剪切的作用下，能够与极性基团（-NH2、-OH）发生广义的脱水反应并形成化学键，从而将不相容的极性和非极性物质进行化学偶联，可以提高聚苯醚、尼龙56和聚酮之间的结合性能，提高相容性。
进一步的，所述增韧剂为SEBS、POE、TPU、MBS、MMA中的一种或多种。
优选所述增韧剂为SEBS、MBS，增韧剂的使用提高了合金材料的抗冲击强度。
进一步的，所述抗氧剂为四[甲基-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、N,N’-1,6-亚已基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺(抗氧剂1098)、3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸正十八碳醇酯(抗氧剂1076)、2,2’-亚甲基双（4-甲基-6-叔丁基苯酚）(抗氧剂2246)、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)、双（2,4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯(抗氧剂626)、四(2,4-二叔丁基苯基-4,4’-联苯基)双膦酸酯(抗氧剂P-EPQ)中一种或多种。
优选所述抗氧剂为四[甲基-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸正十八碳醇酯(1076)、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯(168)、四(2,4-二叔丁基苯基-4,4’-联苯基)双膦酸酯(P-EPQ) 中一种或两种的复配物，有效抑制防止材料在加工和使用过程中因受热发生降解变质，使加工顺利，延长塑件使用寿命。
进一步的，所述润滑剂为N,N’-乙撑双硬脂酸胺(EBS)、有机硅油、芥酸酰胺(EAA)、乙撑双油酸酰胺(EBO)、N,N’-乙撑双硬脂酸胺-接枝马来酸酐(EBS-g-MAH)、硅酮粉等一种或多种。
优选所述润滑剂为乙撑双油酸酰胺(EBO)、N，N’-乙撑双硬脂酸胺-接枝马来酸酐(EBS-g-MAH)、硅酮粉中一种或两种的复配物，提高合金材料的加工流动性和材料脱模性。
一种聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料的制备方法，所述聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料组分如前述，包括以下制备步骤：
S1、按照上述合金材料组分的配比称量原料；
S2、原料加入高速混料机混合；
S3、将混合好的物料用双螺杆加料器连续均匀地加入螺杆直径φ为40mm，长径比为L/D＝48的双螺杆挤出机主机筒中，主机筒各段温度采用分段控制，从加料口至机头出口温度依次为第一输送段225℃、第二输送段235℃、第一塑化段255℃、第二塑化段255℃、第一混炼段255℃、第二混炼段255℃、第三混炼段245℃，第一计量段245℃，第二计量段235℃，机头255℃，所述双螺杆转速为400转/分钟；
S4、经过双螺杆熔化、混料剪切，由机头挤出、牵条、切粒，得到聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料。
本发明专利的有益效果是：
1、本发明采用生物基戊二胺生产制得的生物基聚酰胺，满足碳中和、碳达峰概念，相对于传统的石油基偶数碳尼龙产品而言，PA56为奇数碳分子结构，使其具有更加优异的阻燃、吸湿、易染色、低翘曲、高流动等特性；聚苯醚/尼龙56/聚酮合金，聚苯醚提高了聚酮的耐热性，改善了尼龙56的吸湿特性，尼龙56和聚酮改善了聚苯醚的耐磨、耐化学和加工性能，制得的合金材料综合性能好，合金材料的使用领域相较于现有的合金进一步扩大。
2、本发明通过聚苯醚/尼龙56/聚酮混合，再与相容剂、增韧剂的优化组合配比，经过直径φ40mm的双螺杆挤出机剂加工造粒，制备了综合性能优良的聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料。本技术方案可达到的技术指标为：
1) 拉伸强度：≥60MPa
2) 弯曲强度：≥65MPa
3) 缺口冲击强度：≥10kJ/m2
4) 表面摩擦系数：≤0.2。
3、本发明聚苯醚、尼龙56、聚酮、相容剂、增韧剂、抗氧剂、润滑剂采用混料机混合均与后，加入双螺杆挤出机造粒得到，现有的双螺杆挤出设备即可操作生产，易于批量化生产。
具体实施方式
为了使本发明专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实例，对本发明专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明专利，并不用于限定本发明专利。
实施例中所用原料：
基料PPO为LXR040（蓝星化工），PA56为ECOPENT®E-1273(上海凯赛生物)，POK为M630A(韩国晓星)；
相容剂：SEBS-g-MAH(FG1901)、E-g-GMA(AX8840)；
增韧剂：SEBS(G1650)、MBS(EXL 2690)；
抗氧剂：1076、P-EPQ；
润滑剂：EBO、EBS-g-MAH；
一种聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料的制备方法，所述聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料组分具体如各实施例所述，包括以下制备步骤：
S1、按照上述合金材料组分的配比称量原料；其中尼龙56通过生物基戊二胺生产；
S2、原料加入高速混料机混合；
S3、将混合好的物料用双螺杆加料器连续均匀地加入螺杆直径φ为40mm，长径比为L/D＝48的双螺杆挤出机主机筒中，主机筒各段温度采用分段控制，从加料口至机头出口温度依次为第一输送段225℃、第二输送段235℃、第一塑化段255℃、第二塑化段255℃、第一混炼段255℃、第二混炼段255℃、第三混炼段245℃，第一计量段245℃，第二计量段235℃，机头255℃，所述双螺杆转速为400转/分钟；
S4、经过双螺杆熔化、混料剪切，由机头挤出、牵条、切粒，得到聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料。
即一种聚苯醚/尼龙/聚酮合金材料，将聚苯醚/尼龙/聚酮合金粒子注塑成ISO样条，注塑机各区段控制温度为220-265℃，进行测拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、表面摩擦系数等物理性能。
实施例1
本发明实施例1公开了用于聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料，采用的技术方案如下：
各组分的具体重量分数配比为PPO：80份；PA56：5份；POK：7份；SEBS-g-MAH(FG1901)：5份；SEBS(G1650)：2份；抗氧剂1076和P-EPQ(按照1:1)：0.6份；EBO：0.4份；按上述比例加入高速混合机中混合5min，然后将混合均匀的物料经过双螺杆熔化、混料剪切，由机头挤出、牵条、切粒，得到聚苯醚/尼龙/聚酮合金材料。挤出机从加料口至机头出口温度依次为第一输送段225℃、第二输送段235℃、第一塑化段255℃、第二塑化段255℃、第一混炼段255℃、第二混炼段255℃、第三混炼段245℃，第一计量段245℃，第二计量段235℃，机头255℃，双螺杆转速为400转/分钟。
注塑温度为265℃、255℃、245℃、240℃、220℃，制成ISO样条测试。
实施例2
本发明实施例2公开了用于聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料，采用的技术方案如下：
各组分的具体重量分数配比为PPO：80份；PA56：5份；POK：7份；E-g-GMA(AX8840)：5份；MBS(EXL 2690)：2份；1076和P-EPQ(按照1：1)：0.6份；EBO：0.4份；按上述比例加入高速混合机中混合5min，然后将混合均匀的物料经过双螺杆熔化、混料剪切，由机头挤出、牵条、切粒，得到聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料。挤出机从加料口至机头出口温度依次为第一输送段225℃、第二输送段235℃、第一塑化段255℃、第二塑化段255℃、第一混炼段255℃、第二混炼段255℃、第三混炼段245℃，第一计量段245℃，第二计量段235℃，机头255℃，双螺杆转速为400转/分钟。
注塑温度为265℃、255℃、245℃、240℃、220℃，制成ISO样条测试。
实施例3
本发明实施例3公开了用于聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料，采用的技术方案如下：
各组分的具体重量分数配比为PPO：69份；PA56：8份；POK：10份；SEBS-g-MAH(FG1901)：8份；SEBS(G1650)：4份；1076和P-EPQ(按照1：1)：0.6份；EBO：0.4份；按上述比例加入高速混合机中混合5min，然后将混合均匀的物料经过双螺杆熔化、混料剪切，由机头挤出、牵条、切粒，得到聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料。挤出机从加料口至机头出口温度依次为第一输送段225℃、第二输送段235℃、第一塑化段255℃、第二塑化段255℃、第一混炼段255℃、第二混炼段255℃、第三混炼段245℃，第一计量段245℃，第二计量段235℃，机头255℃，双螺杆转速为400转/分钟。
注塑温度为265℃、255℃、245℃、240℃、220℃，制成ISO样条测试。
实施例4
本发明实施例4公开了用于聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料，采用的技术方案如下：
各组分的具体重量分数配比为PPO：69份；PA56：8份；POK：10份；E-g-GMA(AX8840)：8份；MBS(EXL 2690)：4份；1076和P-EPQ(按照1：1)：0.6份；EBO：0.4份；按上述比例加入高速混合机中混合5min，然后将混合均匀的物料经过双螺杆熔化、混料剪切，由机头挤出、牵条、切粒，得到聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料。挤出机从加料口至机头出口温度依次为第一输送段225℃、第二输送段235℃、第一塑化段255℃、第二塑化段255℃、第一混炼段255℃、第二混炼段255℃、第三混炼段245℃，第一计量段245℃，第二计量段235℃，机头255℃，双螺杆转速为400转/分钟。
注塑温度为265℃、255℃、245℃、240℃、220℃，制成ISO样条测试。
实施例5
本发明实施例5公开了用于聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料，采用的技术方案如下：
各组分的具体重量分数配比为PPO：67份；PA56：5份；POK：15份；SEBS-g-MAH(FG1901)：8份；SEBS(G1650)：4份；1076和P-EPQ(按照1：1)：0.6份；EBO：0.4份；按上述比例加入高速混合机中混合5min，然后将混合均匀的物料经过双螺杆熔化、混料剪切，由机头挤出、牵条、切粒，得到聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料。挤出机从加料口至机头出口温度依次为第一输送段225℃、第二输送段235℃、第一塑化段255℃、第二塑化段255℃、第一混炼段255℃、第二混炼段255℃、第三混炼段245℃，第一计量段245℃，第二计量段235℃，机头255℃，双螺杆转速为400转/分钟。
注塑温度为265℃、255℃、245℃、240℃、220℃，制成ISO样条测试。
实施例6
本发明实施例6公开了用于聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料，采用的技术方案如下：
各组分的具体重量分数配比为PPO：62份；PA56：5份；POK：20份；SEBS-g-MAH(FG1901)：8份；SEBS(G1650)：4份；1076和P-EPQ(按照1：1)：0.6份；EBO：0.4份；按上述比例加入高速混合机中混合5min，然后将混合均匀的物料经过双螺杆熔化、混料剪切，由机头挤出、牵条、切粒，得到聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料。挤出机从加料口至机头出口温度依次为第一输送段225℃、第二输送段235℃、第一塑化段255℃、第二塑化段255℃、第一混炼段255℃、第二混炼段255℃、第三混炼段245℃，第一计量段245℃，第二计量段235℃，机头255℃，双螺杆转速为400转/分钟。
注塑温度为265℃、255℃、245℃、240℃、220℃，制成ISO样条测试。
为进一步说明本发明技术方案的有益效果，对实施例1-6所得样品，进行性能检测。测试结果如下表1所示，其中测试标准为ISO标准。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
| 拉伸强度（MPa） | 70 | 75 | 62 | 65 | 62 | 58 |
| 弯曲强度（MPa） | 80 | 85 | 70 | 75 | 71 | 67 |
| 缺口冲击强度（kJ/m2） | 7.5 | 5.5 | 11 | 9.5 | 13.5 | 10.5 |
| 表面摩擦系数 | 0.22 | 0.2 | 0.28 | 0.26 | 0.18 | 0.17 |
对比实施例1、2、3、4来看：不同PA56、POK含量、不同的相容、增韧体系来看，PA56、POK含量高，摩擦系数低；综合力学性能SEBS-g-MAH和SEBS的复配体系优于E-g-GMA和MBS的复配体系。采用SEBS-g-MAH和SEBS的复配体系进行实施例5和实施例6：POK含量升高，摩擦系数进一步降低，但力学性能有所降低。综合评估：以上实施例均为本发明的较佳方案，其中实施例5耐磨性和力学性能兼具，为最佳方案。
综上所述，本发明实施例提供的一种聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料及其制备方法，通过PPO、PA56和POK、相容剂、增韧剂的优化组合配比，制备得到综合性能优异的聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料，其特征在于，由以下重量份数的组分组成：
聚苯醚65-90份、尼龙5-15份、聚酮5-25份、相容剂1-10份、增韧剂1-10份、抗氧剂0.2-2.0份、润滑剂0.2-2.0份；
所述尼龙为尼龙56，所述尼龙56通过生物基戊二胺和石油基己二酸聚合制得的生物基聚酰胺；
所述聚苯醚的粘度为0.35-0.45dl/g；所述尼龙56相对粘度为2.4-3.0；所述聚酮熔融指数为6-60g/10min。
2.根据权利要求1所述的一种聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝的接枝物、甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝物中的一种或多种；
所述马来酸酐接枝的接枝物为SEBS-g-MAH、POE-g-MAH、TPU-g-MAH；所述甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝物为SEBS-g-GMA、E-g-GMA、E/MA-g-GMA、POE-g-GMA。
3.根据权利要求1所述的一种聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料，其特征在于：所述增韧剂为SEBS、POE、TPU、MBS、MMA中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料，其特征在于：所述抗氧剂为四[甲基-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N,N’-1,6-亚已基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺、3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸正十八碳醇酯、2,2’-亚甲基双（4-甲基-6-叔丁基苯酚）、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、双（2,4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯、四(2,4-二叔丁基苯基-4,4’-联苯基)双膦酸酯中一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料，其特征在于：所述润滑剂为N,N’-乙撑双硬脂酸胺、有机硅油、芥酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、N,N’-乙撑双硬脂酸胺-接枝马来酸酐、硅酮粉中一种或多种。
6.一种聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料的制备方法，其特征在于，所述聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料组分如权利要求1所述，包括以下制备步骤：
S1、按照权利要求1的配比称量原料；
S2、原料加入高速混料机混合；
S3、将混合好的物料用双螺杆加料器连续均匀地加入螺杆直径φ为40mm，长径比为L/D＝48的双螺杆挤出机主机筒中，主机筒各段温度采用分段控制，从加料口至机头出口温度依次为第一输送段225℃、第二输送段235℃、第一塑化段255℃、第二塑化段255℃、第一混炼段255℃、第二混炼段255℃、第三混炼段245℃，第一计量段245℃，第二计量段235℃，机头255℃，所述双螺杆转速为400转/分钟；
S4、经过双螺杆熔化、混料剪切，由机头挤出、牵条、切粒，得到聚苯醚/尼龙56/聚酮合金材料。
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