CN115232469B - 尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种尼龙复合材料及其制备方法。按质量份数计，上述尼龙复合材料的制备原料包括：PPA树脂30份～80份、玻璃纤维20份～40份、共聚尼龙5份～30份及镭雕粉0.3份～1.5份，共聚尼龙选自PA66/PA6、PA6T/PA6I及PA1012中的至少一种。上述尼龙复合材料各组分相互配合，使得尼龙复合材料不仅具有良好的力学性能、镭雕性，还具有良好的外观，且不会影响其热性能，能够满足高强度汽车零部件以及光伏通信行业的需求。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别是涉及一种尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术
PPA树脂是一种重要的尼龙材料，其热变形温度高达300℃，连续使用温度达170℃，能满足所需短期和长期热性能，此外，PPA树脂还具有较好的机械性能，应用较为广泛。通常用玻璃纤维增强PPA塑料以满足不同领域的应用要求，然而，玻璃纤维增强PPA树脂存在浮纤以及流痕的外观问题，另外，PPA树脂体系不具有镭雕性，难以应用在汽车零部件以及光伏通信行业等领域。
发明内容
基于此，有必要提供一种在具有较好的力学性能和热性能的同时，还具有良好的外观和镭雕性的尼龙复合材料及其制备方法。
一种尼龙复合材料，按质量份数计，所述尼龙复合材料的制备原料包括：PPA树脂30份～80份、玻璃纤维20份～40份、共聚尼龙5份～30份及镭雕粉0.3份～1.5份，所述共聚尼龙选自PA66/PA6、PA6T/PA6I及PA1012中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述PPA树脂选自浙江新和成N600、青岛三力本诺SL1252及惠生H101中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述玻璃纤维选自巨石568H型、泰山T435TM及重庆复合国际301CL中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述镭雕粉选自默克黑打白8835、白打黑8208、氧化钙、氧化铋、硫酸钡、氧化铈及钛白粉中的至少一种。
在其中一个实施例中，按质量份数计，所述尼龙复合材料的制备原料还包括：增韧剂1份～5份、阻燃剂10份～30份、色粉0.5份～1份、抗氧剂0.5份～1份及润滑剂0.5份～1.5份中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述增韧剂选自聚辛烯-马来酸酐接枝物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物及乙烯-丙烯酸甲酯共聚物接枝丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述抗氧剂由质量比1:(0.5～2)的受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂组成。
在其中一个实施例中，所述润滑剂选自氧化聚乙烯蜡、硅酮、超支化聚合物及硬脂酸钙中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述阻燃剂选自溴化聚苯乙烯、三氧化二锑和二乙基次膦酸铝中的至少一种。
一种尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：
按质量份数计，获取如下原料：PPA树脂30份～80份、玻璃纤维20份～40份、共聚尼龙5份～30份及镭雕粉0.3份～1.5份，所述共聚尼龙选自PA66/PA6、PA6T/PA6I及PA1012中的至少一种；
将所述原料混合，制备尼龙复合材料。
上述尼龙复合材料包括一定配比的PPA树脂、玻璃纤维、共聚尼龙及镭雕粉，共聚尼龙选自PA66/PA6、PA6T/PA6I及PA1012中的至少一种，上述共聚尼龙的熔点较低，有利于降低体系粘度，改善浮纤，但是过多加入可能会导致材料整体力学性能以及热变形温度的下降。一定量的镭雕粉的加入能够在保证力学性能和外观良好的情况下，使尼龙复合材料在激光作用下具有清晰的标识效果。上述尼龙复合材料各组分相互配合，使得尼龙复合材料不仅具有良好的力学性能、镭雕性，还具有良好的外观，且不会影响其热性能，能够满足高强度汽车零部件以及光伏通信行业的需求。
附图说明
图1为一实施方式的尼龙复合材料的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体实施方式对本发明进行更全面的描述。具体实施方式中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明中，“至少一种”指所列项目的任一种、任两种或任两种以上。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。
本发明中的词语“优选地”、“更优选地”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
针对传统的尼龙复合材料所存在的浮纤及流痕的外观问题以及不具有镭雕性等问题，本发明提供一实施方式的尼龙复合材料，具体地，按质量份数计，尼龙复合材料的制备原料包括：PPA树脂30份～80份、玻璃纤维20份～40份、共聚尼龙5份～30份及镭雕粉0.3份～1.5份，共聚尼龙选自PA66/PA6、PA6T/PA6I及PA1012中的至少一种。
在一些实施例中，PPA树脂选自浙江新和成N600、青岛三力本诺SL1252及惠生中的至少一种。
在一些实施例中，在尼龙复合材料的制备原料中，PPA树脂的质量份数为30份、35份、40份、45份、50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份或这些取值中任意两者所组成的范围。优选地，PPA树脂的质量份数为30份～50份。
在一些实施例中，玻璃纤维为短切玻璃纤维。优选地，玻璃纤维选自巨石568H型、泰山T435TM及重庆复合国际301CL中的至少一种。
在一些实施例中，在尼龙复合材料的制备原料中，玻璃纤维的质量份数为20份、22份、25份、28份、30份、32份、35份、38份、40份或这些取值中任意两者所组成的范围。优选地，玻璃纤维的质量份数为20份～50份。
在一些实施例中，镭雕粉选自默克黑打白8835、白打黑8208、氧化钙、氧化铋、硫酸钡、氧化铈及钛白粉中至少一种。进一步地，镭雕粉选自默克黑打白8835、黑打白8208、自制黑打白及自制白打黑中的一种。自制黑打白的材料为氧化钙、氧化铋、硫酸钡、氧化铈及钛白粉中的一种或者几种，自制白打黑的材料为氧化钙、氧化铋、硫酸钡、氧化铈及钛白粉中的一种或者几种。
在一些实施例中，在尼龙复合材料的制备原料中，镭雕粉的质量份数为0.3份、0.5份、0.8份、1份、1.2份、1.5份或这些取值中任意两者所组成的范围。镭雕粉的质量份数过小，无法在激光作用下显示清晰的标识效果，镭雕粉的质量份数过大，成本上升比较大。
镭雕也叫激光雕刻或者激光打标，是利用数控技术为基础，激光为加工媒介，加工材料在激光照射下瞬间的熔化和气化的一种加工方式。利用激光雕刻在物体上面刻写文字，刻出来的文字没有刻痕，物体表面依然光滑，字迹亦不会磨损。通过在原料中添加一定量的镭雕粉，具有清晰的激光标识问题，可以根据基材底色以及客户要求进行白打黑和黑打白，适用紫外以及激光镭雕机器，同时不会影响复合材料的其他性能。
在一些实施例中，共聚尼龙选自PA66/PA6、PA6T/PA6I及PA1012中的至少一种。上述共聚尼龙的熔点较低，有利于降低体系粘度，改善浮纤，但是过多加入可能会导致材料整体刚性以及热变形温度的下降。故，在尼龙复合材料的制备原料中，共聚尼龙的质量份数为5份～30份。在一个具体的示例中，共聚尼龙的质量份数为5份、8份、10份、12份、15份、18份、20份、22份、25份、28份、30份或这些取值中任意两者所组成的范围。进一步优选地，在尼龙复合材料的制备原料中，共聚尼龙的质量份数为5份～10份。
在一些实施例中，按质量份数计，尼龙复合材料的制备原料还包括：增韧剂1份～5份、阻燃剂10份～30份、色粉0.5份～1份、抗氧剂0.5份～1份及润滑剂0.5份～1.5份中的至少一种。
进一步地，在一些实施例中，按质量份数计，尼龙复合材料的制备原料还包括：增韧剂1份～5份、阻燃剂10份～30份、色粉0.5份～1份、抗氧剂0.5份～1份及润滑剂0.5份～1.5份。
在一些实施例中，增韧剂选自聚辛烯-马来酸酐接枝物(POE-g-MAH)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物接枝丙烯酸缩水甘油酯共聚物(EMA-g-GMA)中的至少一种。
在一些实施例中，在尼龙复合材料的制备原料中，增韧剂的质量份数为1份、2份、3份、4份、5份或这些取值中任意两者所组成的范围。
在一些实施例中，抗氧剂由质量比1:(0.5～2)的受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂组成。在一个具体的示例中，受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的质量比为1:0.5、1:0.8、1:1、1:1.2、1:1.5、1:1.8、1:2或这些取值中任意两者所组成的范围。受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂协同，能够提高抗氧化的效果。可以理解，受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂可以为本领域常用的。例如，亚磷酸酯类抗氧剂可以为抗氧剂168或抗氧剂S9228等。
在一些实施例中，在尼龙复合材料的制备原料中，抗氧剂的质量份数为0.5份、0.5份、0.7份、0.8份、0.9份、1份或者这些取值中任意两者所组成的范围。
在一些实施例中，润滑剂选自氧化聚乙烯蜡、硅酮、超支化聚合物及硬脂酸钙中的至少一种。
在一些实施例中，在尼龙复合材料的制备原料中，润滑剂的质量份数为0.5份、0.5份、0.7份、0.8份、0.9份、1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份或者这些取值中任意两者所组成的范围。
在一些实施例中，阻燃剂选自溴化聚苯乙烯、三氧化二锑和二乙基次膦酸铝中的至少一种。在尼龙复合材料中加入一定量的阻燃剂能够提高阻燃效果，且不会影响尼龙复合材料的力学性能和热性能。进一步地，阻燃剂选自溴化聚苯乙烯、三氧化二锑中的至少一种。溴锑阻燃体系相比二乙基次膦酸铝阻燃剂使材料整体的性能更加优异，因为溴锑阻燃体系与PPA树脂的相容性更加优异。
在一些实施例中，在尼龙复合材料的制备原料中，阻燃剂的质量份数为10份、12份、15份、18份、20份、22份、25份、28份、30份或这些取值中任意两者所组成的范围。进一步优选地，在尼龙复合材料的制备原料中，阻燃剂的质量份数为15份～25份。
在一些实施例中，按质量份数计，尼龙复合材料的制备原料包括：PPA树脂30份～80份、玻璃纤维20份～40份、共聚尼龙5份～30份、镭雕粉0.3份～1.5份、增韧剂1份～5份、阻燃剂10份～30份、色粉0.5份～1份、抗氧剂0.5份～1份及润滑剂0.5份～1.5份。进一步地，按质量份数计，尼龙复合材料的制备原料由：PPA树脂30份～80份、玻璃纤维20份～40份、共聚尼龙5份～30份、镭雕粉0.3份～1.5份、增韧剂1份～5份、阻燃剂10份～30份、色粉0.5份～1份、抗氧剂0.5份～1份及润滑剂0.5份～1.5份组成。
优选地，在其中一个实施例中，按质量份数计，尼龙复合材料的制备原料包括：PPA树脂35份、抗氧剂0.5份、润滑剂1.5份、增韧剂3份、镭雕粉0.5份～1份、玻璃纤维30份、阻燃剂24份、共聚尼龙10份及色粉1份。
优选地，在另一个实施例中，按质量份数计，尼龙复合材料的制备原料包括：PPA树脂44份、抗氧剂0.5份、润滑剂1.5份、增韧剂3份、镭雕粉0.5份～1份、玻璃纤维30份、阻燃剂15份、共聚尼龙5份及色粉1份。
上述尼龙复合材料不仅具备较高的综合力学性能、可标识性、阻燃性能，还具备良好的外观，可满足苛刻应用场景的汽车零部件以及光伏电子通信行业的需求，比如光伏连接器等。
本发明还提供一实施方式的尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤S110和步骤S120：
步骤S110：按质量份数计，获取如下原料：PPA树脂30份～80份、玻璃纤维20份～40份、共聚尼龙5份～30份及镭雕粉0.3份～1.5份。
其中，共聚尼龙选自PA66/PA6、PA6T/PA6I及PA1012中的至少一种。
具体的各物质以及其用量与前述相同，不再赘述。
步骤S120：将原料混合，制备尼龙复合材料。
在一些实施例中，步骤S120包括：将PPA树脂、共聚尼龙及镭雕粉混合均匀，然后将玻璃纤维侧喂挤出，再经水冷、牵引、切粒，制备尼龙复合材料。在一个具体的示例中，将PPA树脂、共聚尼龙及镭雕粉混合均匀的过程中，在1000rpm转速下混合3min。加工温度为260℃～320℃。
在一些实施例中，按质量份数计，原料还包括：增韧剂1份～5份、阻燃剂10份～30份、色粉0.5份～1份、抗氧剂0.5份～1份及润滑剂0.5份～1.5份中的至少一种。
此时，步骤S120包括：将PPA树脂、共聚尼龙、镭雕粉、增韧剂、阻燃剂、色粉、抗氧剂及润滑剂混合均匀，然后将玻璃纤维侧喂挤出，再经水冷、牵引、切粒，制备尼龙复合材料。在一个具体的示例中，将PPA树脂、共聚尼龙、镭雕粉、增韧剂、阻燃剂、色粉、抗氧剂及润滑剂混合均匀的过程中，在1000rpm转速下混合3min。
在一些实施例中，步骤S120中将玻璃纤维侧喂挤出的过程中，挤出加工温度为260℃～320℃。在一个具体的示例中，挤出加工温度为260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃或这些取值中任意两者所组成的范围。
上述尼龙复合材料的制备方法工艺简单，且能够得到具有较高的综合力学性能、可标识性、阻燃性能的同时，还具备良好的外观的尼龙复合材料。
为了使本发明的目的以及优点更加清楚，以下结合具体实施例对本发明的尼龙复合材料及其效果做进一步详细的说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不得用以限定本发明。以下实施例如未特殊说明，则不包括除不可避免的杂质外的其他组分。实施例中采用药物和仪器如非特别说明，均为本领域常规选择。实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规条件，例如文献、书本中所述的条件或者生产厂家推荐的方法实现。
实施例1～实施例8
实施例1～实施例8的尼龙复合材料的制备原料的组成如下表1所示。
实施例1～8的尼龙复合材料的制备过程具体如下：
按表1所示的质量份数分别称取各原料，然后将将PPA树脂、色粉、抗氧剂、润滑剂、阻燃剂、镭雕粉及共聚尼龙混合均匀(在高混机中转速1000rpm，混合3min)，玻璃纤维侧喂挤出，加工温度为300℃，再经水冷、牵引、切粒、即可得尼龙复合材料。
实施例9
本实施例的尼龙复合材料的制备原料与实施例1相似，区别在于，共聚尼龙不同，在本实施例中，用共聚尼龙PA66/PA6替换实施例1中的PA1012。
本实施例的尼龙复合材料的制备过程与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例1
对比例1的尼龙复合材料的制备原料的组成如下表1所示。
对比例1的尼龙复合材料的制备过程与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例2
对比例2的尼龙复合材料的制备原料与实施例1相似，区别在于，PPA树脂与PA1012的质量份数不同，对比例2中，PPA树脂的质量份数为49份，未加入共聚尼龙。
对比例2的尼龙复合材料的制备过程与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例3
对比例3的尼龙复合材料的制备原料与实施例1相似，区别在于，PPA树脂与PA1012的质量份数不同，对比例3中，PPA树脂的质量份数为17份，共聚尼龙的质量份数为32份。
对比例3的尼龙复合材料的制备过程与实施例1相同，在此不再赘述。
表1各实施例和对比例的尼龙复合材料的组成
以下为测试部分：
将上述各具体实施例和对比例制备得到的尼龙复合材料注塑成统一的力学样条(静置48h)和2mm厚度的色板，用于测试力学性能。具体测试方法如下表2所示。外观评价通过相同工艺注塑2mm光板比较浮纤(目视)，同时用镭雕机验证镭雕效果。
表2测试方法和测试条件
上述实施例和对比例所制备的尼龙复合材料的力学性能、镭雕性能以及阻燃性能结果如表3所示：
表3各实施例和对比例的尼龙复合材料的性能
从上表3中可以看出，以上实施1～9的镭雕字迹都比较清晰，均能满足黑打白亦或白打黑的激光标识效果，对比例1中没有加入镭雕粉，激光作用下没有黑打白或白打黑的标识效果。长碳链尼龙1012本身熔点比较低，有利于降低体系粘度，改善浮纤，但是过多加入可能会导致材料整体刚性以及热变形温度的下降。溴锑阻燃体系相比二乙基次膦酸铝材料整体的性能更加优异，因为溴化苯乙烯与PPA树脂的相容性更加优异。实施例7～8为自制镭雕粉体系，该体系相对市里售默克的镭雕粉，具有较为明显的成本优势，用其所制备的尼龙复合材料的整体材料性能与市售的镭雕粉所制备的尼龙复合材料的性能相当。以上实施例所制备的尼龙复合材料不仅具备较高的综合力学性能、镭雕性，还具备良好的外观，可满足高强度汽车零部件以及光伏通信行业的开发需求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。
Claims (9)
1.一种尼龙复合材料，其特征在于，按质量份数计，所述尼龙复合材料的制备原料为：PPA树脂30份～80份、玻璃纤维20份～40份、共聚尼龙5份～30份、镭雕粉0.3份～1.5份、增韧剂1份～5份、阻燃剂10份～30份、色粉0.5份～1份、抗氧剂0.5份～1份及润滑剂0.5份～1.5份，所述共聚尼龙选自PA66/PA6、PA6T/PA6I及PA1012中的至少一种；所述阻燃剂选自溴化聚苯乙烯和三氧化二锑中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的尼龙复合材料，其特征在于，所述PPA树脂选自浙江新和成N600、青岛三力本诺SL1252及惠生H101中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的尼龙复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维选自巨石568H型、泰山T435TM及重庆复合国际301CL中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的尼龙复合材料，其特征在于，所述镭雕粉选自默克黑打白8835、白打黑8208、氧化钙、氧化铋、硫酸钡、氧化铈及钛白粉中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的尼龙复合材料，其特征在于，按质量份数计，在尼龙复合材料的制备原料中，所述阻燃剂的质量份数为15份～25份。
6.根据权利要求5所述的尼龙复合材料，其特征在于，所述增韧剂选自聚辛烯-马来酸酐接枝物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物及乙烯-丙烯酸甲酯共聚物接枝丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的尼龙复合材料，其特征在于，所述抗氧剂由质量比1:(0.5～2)的受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂组成。
8.根据权利要求5所述的尼龙复合材料，其特征在于，所述润滑剂选自氧化聚乙烯蜡、硅酮、超支化聚合物及硬脂酸钙中的至少一种。
9.一种尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按质量份数计，获取如下原料：PPA树脂30份～80份、玻璃纤维20份～40份、共聚尼龙5份～30份、镭雕粉0.3份～1.5份、增韧剂1份～5份、阻燃剂10份～30份、色粉0.5份～1份、抗氧剂0.5份～1份及润滑剂0.5份～1.5份，所述共聚尼龙选自PA66/PA6、PA6T/PA6I及PA1012中的至少一种；所述阻燃剂选自溴化聚苯乙烯和三氧化二锑中的至少一种；
将所述原料混合，制备尼龙复合材料。
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