CN115678259A - 一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子复合材料改性技术领域，具体涉及一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料。该种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料按重量份计包括以下组分：PA50份‑60份；耐磨助剂10份‑20份；玻璃纤维：20份‑30份；润滑剂0.2份‑1.0份；粗糙度改善助剂：0.5份‑2.0份；炭黑0.5份‑1.5份；所述耐磨助剂为聚四氟乙烯或芳纶；所述玻璃纤维为磨碎玻纤；所述粗糙度改善助剂为聚酯蜡低聚物。通过采用尼龙作为基体树脂，玻璃纤维增强改性，聚四氟乙烯或芳纶耐磨改性，进一步使用粗糙度改善助剂改善复合材料的表面粗糙度，最终制备的高性能，低粗糙度，高耐磨和优异尺寸稳定性的复合材料。

Description

一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料

技术领域

本发明属于高分子复合材料改性技术领域，具体涉及一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料。

背景技术

尼龙，是聚酰胺俗称，简称PA，是一主链上含有酰胺基团的高分子化合物的总称。PA可以由二元酸与二元胺或由同时含有胺基和羧基的w-氨基酸缩聚而得，也可以由内酰胺自聚制得；PA按主链成分分为脂肪族PA，芳香族PA和脂环族PA等，其中应用最广泛的是脂肪族聚酰胺，该类PA具有线性结构，分子链有良好的柔顺性，同时分子链上有规律地交替排列着较强的极性酰胺键，分子链规整，具有较强的结晶能力。PA是一种强而韧的材料，具有结晶度高，良好的耐溶剂性能和难燃等特性，改性后的PA复合材料广泛应用于在电子、汽车、机械及化工领域均有广泛应用。

作为工程塑料之一的聚酰胺，由于其具有优异的耐高温性能，大部分可以应用在汽车发动机周边；大部分汽车耐高温管路均为耐油，耐溶剂性能良好的PA材料，同时PA材料的耐磨性能与POM相媲美，在齿轮和轴承领域也有一定的应用。

但是，玻纤耐磨改性的PA材料，其表面粗糙度较大，原因归咎于，耐磨助剂与PA的相容性，以及PA与玻纤的相容性问题。因此需要寻找一种可以改善PA材料表面粗糙度，提高其耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述缺陷，本发明提供一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料，通过采用尼龙作为基体树脂，玻璃纤维增强改性，聚四氟乙烯或芳纶耐磨改性，进一步使用粗糙度改善助剂改善复合材料的表面粗糙度，最终制备的高性能，低粗糙度，高耐磨和优异尺寸稳定性的复合材料。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，所述复合材料包括以下重量份数的组分：

PA	50份-60份；
		耐磨助剂	10份-20份；
玻璃纤维	20份-30份；
		润滑剂	0.2份-1.0份
粗糙度改善助剂	0.5份-2.0份；
		炭黑	0.5份-1.5份；

所述耐磨助剂为聚四氟乙烯或芳纶；所述玻璃纤维为磨碎玻纤；所述粗糙度改善助剂为聚酯蜡低聚物；

所述复合材料的制备方法包括以下操作步骤，

步骤1，称量，按照上述质量份数配比分别称取PA、耐磨助剂、玻璃纤维、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑，待用；

步骤2，混合，将上述称量后的PA、耐磨助剂、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑混合均匀，得到混合物A；采用双螺杆挤出机制备，混合物A从双螺杆挤出机的主喂料口下料，玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口下料，进行挤出造粒获得低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料。

进一步的，所述耐磨助剂为低分子量聚合物PTFE。

更进一步的，所述低分子量聚合物PTFE的分子量为600-2000。

进一步的，所述聚酯蜡低聚物的分子量为800-1200。

进一步的，所述尼龙为PA6、PA66、高温尼龙中的一种或任意几种的组合；

所述玻璃纤维为磨碎玻纤；

所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、芥酸酰胺或季戊四醇硬脂酸酯中的一种或任意几种的组合；

所述炭黑为高色素炭黑。

进一步的，所述磨碎玻纤的制备方法为：将玻璃纤维浸润在弱碱性乙醇溶液10-30min，后采用丙酮液冲洗至中性，然后浸润在偶联剂乙醇溶液中25-35min，取出玻璃纤维，潮湿状态下机械磨碎，烘干至恒重后筛分。

更进一步的，所述弱碱性乙醇溶液中碱性化合物为三乙胺、氨水、尿素、乙胺中的一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂。

进一步的，所述步骤2中所述造粒采用双螺杆挤出机造粒，所述双螺杆挤出机内温度为270-310℃，螺杆转速为300-450 rpm。

更进一步的，所述双螺杆挤出机的螺杆长度L和螺杆直径D比为30-48。

更进一步的，在所述复合材料制粒时，所述烘干温度为120-140℃，烘干时间为4-6h。

本发明的有益效果是

1、采用上述方案，采用尼龙作为基体树脂，玻璃纤维增强改性，聚四氟乙烯或芳纶耐磨改性，进一步使用粗糙度改善助剂改善复合材料的表面粗糙度，在润滑剂、炭黑以及耐磨助剂、粗糙度改善助剂本身性质作用下，尼龙、玻璃纤维的相容性好，最终制备的高性能，低粗糙度，高耐磨和优异尺寸稳定性的复合材料。

2、PA、耐磨助剂、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑混合而成的混合物A与玻璃纤维从双螺杆挤出机的两个加料口分别加入，其拉伸强度、弯曲模量、简支梁缺口冲击强度相对于将混合物A与玻璃纤维混合在一起大幅度提高，减少挤出前玻璃纤维与混合物A的接触，有效防止挤出造粒操作的摩擦、挤压影响复合材料的性能。

3、采用弱碱性乙醇溶液、偶联剂乙醇溶液对玻璃纤维进行改性，并在潮湿状态下机械磨碎，降低磨碎时带来的热量，确保偶联剂改性性能，同时避免与混合物A混合后颗粒不均匀，减少粉尘的产生，节能环保，进一步增加了与尼龙之间的相容性能。

具体实施方式

为了使本发明的目的、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，并不用于限定本发明。

一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料，所述复合材料包括以下重量份数的组分：

PA	50份-60份；
		耐磨助剂	10份-20份；
玻璃纤维	20份-30份；
		润滑剂	0.2份-1.0份
粗糙度改善助剂	0.5份-2.0份；
		炭黑	0.5份-1.5份；

所述耐磨助剂为聚四氟乙烯或芳纶；所述玻璃纤维为磨碎玻纤；所述粗糙度改善助剂为聚酯蜡低聚物；

其中，PA的重量份可为50份、52份、54份、56份、58份、60份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；玻璃纤维的重量份可为20份、22份、24份、26份、28份或30份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；耐磨助剂重量份可为10份、12份、14份、16份、18份、20份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；润滑剂的重量份可0.2份、0.4份、0.6份、0.8份、1.0份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；粗糙度改善助剂的重量份可0.5份、0.7份、1份、1.3份、1.5份、1.7份或2.0份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；炭黑的重量份可为0.5份、0.7份、1份、1.3份或1.5份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述复合材料的制备方法包括以下操作步骤，

步骤1，称量，按照上述质量份数配比分别称取PA、耐磨助剂、玻璃纤维、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑，待用；

步骤2，混合，将上述称量后的PA、耐磨助剂、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑混合均匀，得到混合物A；采用双螺杆挤出机制备，混合物A从双螺杆挤出机的主喂料口下料，玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口下料，进行挤出造粒获得低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料。

作为本发明优选的方案，所述耐磨助剂为低分子量聚合物PTFE，所述低分子量聚合物PTFE的分子量为600-2000，优选低分子量聚合物PTFE分子量为800、1000、1200。

作为本发明优选的方案，所述聚酯蜡低聚物的分子量为800-1200。

作为本发明优选的方案，所述尼龙为PA6、PA66、高温尼龙中的一种或任意几种的组合。作为本发明优选的方案，所述PA为高温PA，其粘数为150-200ml/g，例如150ml/g、160ml/g、170ml/g、180ml/g、190ml/g或200g/10min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的方案所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、芥酸酰胺或季戊四醇硬脂酸酯中的一种或任意几种的组合。

作为本发明优选的方案，所述炭黑为高色素炭黑，优选为耐高温染色能力较强的Bleumina 312#。

作为本发明优选的方案，所述磨碎玻纤的制备方法为：将玻璃纤维浸润在弱碱性乙醇溶液10-30min，后采用丙酮液冲洗至中性，然后浸润在偶联剂乙醇溶液中25-35min，取出玻璃纤维，潮湿状态下机械磨碎，烘干至恒重后筛分。

作为本发明优选的方案，所述弱碱性乙醇溶液中碱性化合物为三乙胺、氨水、尿素、乙胺中的一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂。

作为本发明优选的方案，所述步骤2中所述造粒采用双螺杆挤出机造粒，所述双螺杆挤出机内温度为270-310℃，例如270℃、280℃、285℃、290℃、295℃或300℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；螺杆转速设定为300rpm-450rpm，例如300rpm、320rpm、340rpm、360rpm、380rpm、400rpm、410rpm、430rpm或450rpm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的方案，所述双螺杆挤出机的螺杆长度L和螺杆直径D比为30-48，例如30、35、40或48等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为35。

作为本发明优选的方案，在所述复合材料制粒时，所述烘干温度为120-140℃，烘干时间为4-6h。例如120℃、125℃、130℃、135℃或140℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；烘干时间为4-6h，例如4h、5h或6h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

以下为本发明典型但非限制性实施例：

以下各实施例中所用原料型号如下：

高温尼龙（DSM），磨碎玻璃纤维（泰山玻纤），PA专用玻纤（泰山玻纤），耐磨助剂PTFE（大金），润滑剂EBS（凯茵化工）和PETS（凯茵化工），粗糙度改善助剂（凯茵化工），炭黑Bleumina 312#（Phillips）。

实施例1：

本实施例提供了一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料及其制备方法，所述复合材料按重量份包括以下组分：高温尼龙：58.4份；PA专用玻纤玻纤：25份；耐磨助剂PTFE：15份；润滑剂：0.6份；炭黑Bleumina 312#：1份。

所述制备方法如下：

步骤1，称量，按照上述质量份数配比分别称取PA、耐磨助剂、玻璃纤维、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑，待用；

步骤2，混合，将上述称量后的PA、耐磨助剂、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑混合均匀，得到混合物A；采用双螺杆挤出机制备，混合物A从双螺杆挤出机的主喂料口下料，玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口下料，进行挤出造粒获得低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料。其中，双螺杆挤出机主机筒各段温度采用分段控制，各区段设定温度为：从加料口至机头出口温度依次为第一输送段270℃、第二输送段280℃、第一塑化段280℃、第二塑化段280℃、第一混炼段280℃、第二混炼段290℃、第三混炼段290℃，第一计量段295℃，第二计量段295℃，机头300℃，螺杆转速设定为低速350rpm，进行挤出造粒。

实施例2：

本实施例提供了一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料及其制备方法，所述复合材料按重量份包括以下组分：高温尼龙：58.4份；磨碎玻纤：25份；耐磨助剂PTFE：15份；润滑剂：0.6份；炭黑Bleumina 312#：1份。

所述制备方法如下：

所述制备方法如下：

步骤1，称量，按照上述质量份数配比分别称取PA、耐磨助剂、玻璃纤维、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑，待用；

步骤2，混合，将上述称量后的PA、耐磨助剂、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑混合均匀，得到混合物A；采用双螺杆挤出机制备，混合物A从双螺杆挤出机的主喂料口下料，玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口下料，进行挤出造粒获得低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料。其中，双螺杆挤出机主机筒各段温度采用分段控制，各区段设定温度为：从加料口至机头出口温度依次为第一输送段270℃、第二输送段280℃、第一塑化段280℃、第二塑化段280℃、第一混炼段280℃、第二混炼段290℃、第三混炼段290℃，第一计量段295℃，第二计量段295℃，机头300℃，螺杆转速设定为低速350rpm，进行挤出造粒。

实施例3：

本实施例提供了一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料及其制备方法，所述复合材料按重量份包括以下组分：高温尼龙：57.9份；磨碎玻纤：25份；耐磨助剂PTFE：15份；润滑剂：0.6份；粗糙度改善助剂：0.5份；炭黑Bleumina 312#：1份。

所述制备方法如下：

所述制备方法如下：

步骤1，称量，按照上述质量份数配比分别称取PA、耐磨助剂、玻璃纤维、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑，待用；

步骤2，混合，将上述称量后的PA、耐磨助剂、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑混合均匀，得到混合物A；采用双螺杆挤出机制备，混合物A从双螺杆挤出机的主喂料口下料，玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口下料，进行挤出造粒获得低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料。其中，双螺杆挤出机主机筒各段温度采用分段控制，各区段设定温度为：从加料口至机头出口温度依次为第一输送段270℃、第二输送段280℃、第一塑化段280℃、第二塑化段280℃、第一混炼段280℃、第二混炼段290℃、第三混炼段290℃，第一计量段295℃，第二计量段295℃，机头300℃，螺杆转速设定为低速350rpm，进行挤出造粒；

实施例4：

本实施例提供了一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料及其制备方法，所述复合材料按重量份包括以下组分：高温尼龙：57.4份；磨碎玻纤：25份；耐磨助剂PTFE：15份；润滑剂：0.6份；粗糙度改善助剂：1.0份；炭黑Bleumina 312#：1份。

所述制备方法如下：

所述制备方法如下：

步骤1，称量，按照上述质量份数配比分别称取PA、耐磨助剂、玻璃纤维、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑，待用；

步骤2，混合，将上述称量后的PA、耐磨助剂、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑混合均匀，得到混合物A；采用双螺杆挤出机制备，混合物A从双螺杆挤出机的主喂料口下料，玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口下料，进行挤出造粒获得低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料。其中，双螺杆挤出机主机筒各段温度采用分段控制，各区段设定温度为：从加料口至机头出口温度依次为第一输送段270℃、第二输送段280℃、第一塑化段280℃、第二塑化段280℃、第一混炼段280℃、第二混炼段290℃、第三混炼段290℃，第一计量段295℃，第二计量段295℃，机头300℃，螺杆转速设定为低速350rpm，进行挤出造粒；

实施例5：

本实施例提供了一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料及其制备方法，所述复合材料按重量份包括以下组分：高温尼龙：56.9份；磨碎玻纤：25份；耐磨助剂PTFE：15份；润滑剂：0.6份；粗糙度改善助剂：1.5份；炭黑Bleumina 312#：1份。

所述制备方法如下：

所述制备方法如下：

步骤1，称量，按照上述质量份数配比分别称取PA、耐磨助剂、玻璃纤维、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑，待用；

步骤2，混合，将上述称量后的PA、耐磨助剂、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑混合均匀，得到混合物A采用双螺杆挤出机制备，混合物A从双螺杆挤出机的主喂料口下料，玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口下料，进行挤出造粒获得低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料。其中，双螺杆挤出机主机筒各段温度采用分段控制，各区段设定温度为：从加料口至机头出口温度依次为第一输送段270℃、第二输送段280℃、第一塑化段280℃、第二塑化段280℃、第一混炼段280℃、第二混炼段290℃、第三混炼段290℃，第一计量段295℃，第二计量段295℃，机头300℃，螺杆转速设定为低速350rpm，进行挤出造粒；

为进一步说明本发明技术方案的有益效果，对实施例1-5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1-5中复合材料性能测试表

材料的磨耗量和表面粗糙度树脂越低代表材料的耐磨性能越优异。从对比例1与2可以看出采用磨碎玻纤的材料，整体力学保持优异，磨耗量和表面粗糙度有很大降低，说明磨碎玻纤有助于提升材料的耐磨性；从对比例2-3测试结果看，使用粗糙度改善助剂，材料的磨耗量和表面粗糙进一步降低，说明粗糙度改善助剂对提升材料的耐磨性能有帮助；对比例3-5对比了粗糙度改善助剂含量对材料性能的影响，在粗糙度改善足迹含量1.0%时，材料的力学的性能和耐磨性能最佳，随着粗糙度含量的提升，材料的力学性能下降较多，不建议使用。通过使用磨碎玻纤的粗糙度改善助剂可以提升材料的光洁度，减少材料在实际过程中的磨损，最终提升材料的使用年限。

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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，所述复合材料包括以下重量份数的组分：

PA 50份-60份； 耐磨助剂 10份-20份； 玻璃纤维 20份-30份； 润滑剂 0.2份-1.0份 粗糙度改善助剂 0.5份-2.0份； 炭黑 0.5份-1.5份；

所述耐磨助剂为聚四氟乙烯或芳纶；所述粗糙度改善助剂为聚酯蜡低聚物；

所述复合材料的制备方法包括以下操作步骤，

步骤1，称量，按照上述质量份数配比分别称取PA、耐磨助剂、玻璃纤维、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑，待用；

步骤2，混合，将上述称量后的PA、耐磨助剂、润滑剂、粗糙度改善助剂、炭黑混合均匀，得到混合物A；采用双螺杆挤出机制备，混合物A从双螺杆挤出机的主喂料口下料，玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口下料，进行挤出造粒获得低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，所述耐磨助剂为低分子量聚合物PTFE。

3.根据权利要求2所述的一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，所述低分子量聚合物PTFE的分子量为600-2000。

4.根据权利要求1所述的一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于：所述聚酯蜡低聚物的分子量为800-1200。

5.根据权利要求1所述的一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，所述尼龙为PA6、PA66、高温尼龙中的一种或任意几种的组合；

所述玻璃纤维为磨碎玻纤；

所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、芥酸酰胺或季戊四醇硬脂酸酯中的一种或任意几种的组合；

所述炭黑为高色素炭黑。

6.根据权利要求5所述的一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，所述磨碎玻纤的制备方法为：将玻璃纤维浸润在弱碱性乙醇溶液10-30min，后采用丙酮液冲洗至中性，然后浸润在偶联剂乙醇溶液中25-35min，取出玻璃纤维，潮湿状态下机械磨碎，烘干至恒重后筛分。

7.根据权利要求6所述的一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于：所述弱碱性乙醇溶液中碱性化合物为三乙胺、氨水、尿素、乙胺中的一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂。

8. 根据权利要求1所述的一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于：所述步骤2中所述双螺杆挤出机内温度为270-310℃，螺杆转速为300-450 rpm。

9.根据权利要求8所述的一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，所述双螺杆挤出机的螺杆长度L和螺杆直径D比为30-48。

10.根据权利要求8所述的一种低粗糙度高耐磨玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于，在所述复合材料制粒时，所述烘干温度为120-140℃，烘干时间为4-6h。