CN115926449B - 一种高含量玻纤增强尼龙6复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高含量玻纤增强尼龙6复合材料及其制备方法，按照重量份数，包括以下组分：20‑50份的尼龙6、50‑70份的玻纤、1‑10份的浸渍树脂、0‑3份的抗氧剂、0‑3份的润滑剂，所述浸渍树脂为硅烷接枝改性热塑性弹性体相容剂。本发明对玻纤进行浸渍处理，并且浸渍液无挥发性，对环境无污染，较为环保。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体而言，涉及一种高含量玻纤增强尼龙6复合材料及其制备方法。
背景技术
尼龙(PA)是应用最广的工程塑料之一，其综合性能优异，耐油性、耐热性、耐化学腐蚀性和力学性能均处于较高水平。随着汽车行业的蓬勃发展，以及以塑代钢轻量化的市场需求，更高性能的尼龙复合材料的需求不断增加。尼龙改性的重要方向为玻纤增强，一方面可以提高尼龙的综合性能，一方面还可以降低成本。高含量玻纤增强尼龙6在汽车零部件中应用广泛，但是玻纤含量提高，浮纤问题逐渐凸显，因此，高品质的高含量玻纤增强尼龙6复合材料的制备过程中，解决浮纤问题至关重要。
现有技术中，报道了一种高含量玻纤增强尼龙及其制备方法，该发明主要通过分段喂料的方式促进表面润滑剂、表面改性剂等的分散，未对界面改性做探讨。还报道了一种高含量玻纤增强尼龙6复合材料及其制备方法，该发明将偶联剂和成核剂的混合物涂覆在长玻纤表面，此玻纤增强的尼龙6复合材料综合性能优异，此发明主要利用物理作用处理纤维，化学作用较少。还有一种高光泽高含量长玻纤增强PA复合材料的制备方法，该发明利用石墨烯、偶联剂和醇溶尼龙的表面官能团的相互反应改善玻纤与尼龙的界面情况，但是此法处理纤维过程中用到了溶剂，不环保。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种高含量玻纤增强尼龙6复合材料及其制备方法，本发明对玻纤进行浸渍处理，并且浸渍液无挥发性，对环境无污染，较为环保。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高含量玻纤增强尼龙6复合材料，按照重量份数，包括以下组分：20-50份的尼龙6、50-70份的玻纤、1-10份的浸渍树脂、0-3份的抗氧剂、0-3份的润滑剂，
所述浸渍树脂为硅烷接枝改性热塑性弹性体相容剂。
优选地，按照重量份数，所述浸渍树脂包括以下组分：90-100份的热塑性弹性体相容剂、0.5-3份的硅烷偶联剂、0-3份的抗氧剂、0-2份的引发剂。
优选地，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种。
优选地，所述热塑性弹性体相容剂包括苯乙烯-马来酸酐共聚物、马来酸酐接枝改性乙烯辛烯共聚物、马来酸酐接枝改性SEBS、马来酸酐接枝改性EPDM中的至少一种。
优选地，所述引发剂包括过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化氢、双二五中的至少一种。
优选地，所述润滑剂包括介酸酰胺、硬脂酸钙、EMI-200、高分子蜡中的至少一种。
优选地，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂TPP、抗氧剂1024、抗氧剂168中的至少一种。
另，本发明还提供一种制备如上述高含量玻纤增强尼龙6复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)将浸渍树脂加热，在浸渍池中形成熔融液；
(2)将连续长玻纤置于浸渍池中，使其被浸渍树脂熔融液完全浸渍，控制浸渍树脂的质量为玻纤质量的5％～15％，经过风冷成卷备用；
(3)将尼龙6、润滑剂、抗氧剂放入高混机种混合，混合条件为25℃、150～300r/min、3～5min，混合后的物料置于挤出机主喂料仓中，将步骤(2)浸渍完成的玻纤置于侧喂料仓，挤出造粒，得到高含量玻纤增强尼龙6复合材料。
本发明的有益效果如下：
(1)现有技术中，对于玻纤增强尼龙，提高玻纤与尼龙的界面结合效果的技术中，多数的处理技术中的界面处理剂只与玻纤或尼龙其中之一发生化学反应，而与另一种发生物理缠结、氢键作用等，未见与尼龙、玻纤均发生化学反应的界面处理剂的报道。本技术中，制备的浸渍树脂，其中硅烷可与玻纤表面的羟基发生化学反应，而热塑性弹性体相容剂中的马来酸酐基团与尼龙中的氨基发生化学反应，因此，该浸渍树脂可以在玻纤与尼龙之间起到类似“弹簧”的缓冲作用，可以使复合材料的刚性、韧性等综合性能均得到改善。此项技术制备的材料用于制造汽车零部件，使得零件更轻的同时，其机械强度、刚性、耐热性、耐蠕变性和耐疲劳强度大幅度提高，适合制造耐热受力结构塑料零部件，例如汽车热管理系统等。
(2)此浸渍树脂在此体系中有多重作用，是玻纤的表面处理剂，是尼龙与玻纤的相容剂，同时由于其弹性体的属性，其还具有尼龙增韧剂的作用。因此，其可以同时替代现有技术中使用的偶联剂、相容剂、增韧剂等组分，而且由于其化学反应性，其作用效果更优。
(4)此技术同时还避免了单独使用偶联剂、相容剂、增韧剂时，助剂分散不均匀的问题。此浸渍树脂在加工过程之前完成浸渍过程，有利于浸渍树脂在玻纤表面的均匀分散，同时保证了其反应基团在复合材料体系中的均匀分散。
(5)此过程没有其他溶剂的参与，除了环保性外，还避免了溶剂对玻纤、尼龙性能的不利影响。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例一：
一种高含量玻纤增强尼龙6复合材料，按照重量份数，包括以下组分：20份的尼龙6，50份的玻纤，1份的浸渍树脂，0.2份的抗氧剂1010，0.2份的润滑剂介酸酰胺
浸渍树脂为硅烷接枝改性热塑性弹性体相容剂。
按照重量份数，所述浸渍树脂包括以下组分：90份的热塑性弹性体相容剂苯乙烯-马来酸酐共聚物、0.5份的硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷,1份的抗氧剂1010、1份的引发剂二叔丁基过氧化氢。
浸渍树脂是热塑性弹性体相容剂苯乙烯-马来酸酐共聚物与硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷混合后，通过双螺杆挤出制备得到的接枝改性物。
一种制备如上述高含量玻纤增强尼龙6复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)将浸渍树脂加热，在浸渍池中形成熔融液；
(2)将连续长玻纤置于浸渍池中，使其被浸渍树脂熔融液完全浸渍，控制浸渍树脂的质量为玻纤质量的5％，经过风冷成卷备用；
(3)将尼龙6放入高混机种混合，混合条件为25℃、150r/min、5min，混合后的物料置于挤出机主喂料仓中，将步骤(2)浸渍完成的玻纤置于侧喂料仓，挤出造粒，得到高含量玻纤增强尼龙6复合材料。
实施例二：
一种高含量玻纤增强尼龙6复合材料，按照重量份数，包括以下组分：20份的尼龙6，50份的玻纤，3份的浸渍树脂，1份的抗氧剂1010，1份的润滑剂介酸酰胺，
所述浸渍树脂为硅烷接枝改性热塑性弹性体相容剂。
按照重量份数，所述浸渍树脂包括以下组分：95份的热塑性弹性体相容剂马来酸酐接枝改性乙烯辛烯共聚物、1份的硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷、1份的抗氧剂1076、1份的引发剂过氧化二异丙苯。
浸渍树脂是热塑性弹性体相容剂与硅烷偶联剂、抗氧剂、引发剂混合后，通过双螺杆挤出制备得到的接枝改性物。
一种制备如上述高含量玻纤增强尼龙6复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)将浸渍树脂加热，在浸渍池中形成熔融液；
(2)将连续长玻纤置于浸渍池中，使其被浸渍树脂熔融液完全浸渍，控制浸渍树脂的质量为玻纤质量的8％，经过风冷成卷备用；(3)将尼龙6、润滑剂、抗氧剂放入高混机种混合，混合条件为25℃、200r/min、4min，混合后的物料置于挤出机主喂料仓中，将步骤(2)浸渍完成的玻纤置于侧喂料仓，挤出造粒，得到高含量玻纤增强尼龙6复合材料。
实施例三：
一种高含量玻纤增强尼龙6复合材料，按照重量份数，包括以下组分：40份的尼龙6，60份的玻纤，6份的浸渍树脂，1份的抗氧剂1010，1份的抗氧剂168，2份的润滑剂EMI-200，
所述浸渍树脂为硅烷接枝改性热塑性弹性体相容剂。
优选地，按照重量份数，所述浸渍树脂包括以下组分：95份的热塑性弹性体相容剂马来酸酐接枝改性SEBS、2份的硅烷偶联剂乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、2份的抗氧剂TPP、1份的引发剂双二五。
浸渍树脂是热塑性弹性体相容剂与硅烷偶联剂、抗氧剂、引发剂混合后，通过双螺杆挤出制备得到的接枝改性物。
一种制备如上述高含量玻纤增强尼龙6复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)将浸渍树脂加热，在浸渍池中形成熔融液；
(2)将连续长玻纤置于浸渍池中，使其被浸渍树脂熔融液完全浸渍，控制浸渍树脂的质量为玻纤质量的10％，经过风冷成卷备用；
(3)将尼龙6、润滑剂、抗氧剂放入高混机种混合，混合条件为25℃、230r/min、4min，混合后的物料置于挤出机主喂料仓中，将步骤(2)浸渍完成的玻纤置于侧喂料仓，挤出造粒，得到高含量玻纤增强尼龙6复合材料。
实施例四：
一种高含量玻纤增强尼龙6复合材料，按照重量份数，包括以下组分：50份的尼龙6、70份的玻纤、10份的浸渍树脂、3份的抗氧剂1024、1份的润滑剂硬脂酸钙、2份的润滑剂高分子蜡，
所述浸渍树脂为硅烷接枝改性热塑性弹性体相容剂。
按照重量份数，所述浸渍树脂包括以下组分：50份的热塑性弹性体相容剂苯乙烯-马来酸酐共聚物、50份的热塑性弹性体相容剂马来酸酐接枝改性EPDM、3份的硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷、2份的抗氧剂1010、1份的抗氧剂1024、2份的引发剂过氧化二异丙苯。
浸渍树脂是热塑性弹性体相容剂与硅烷偶联剂、抗氧剂、引发剂混合后，通过双螺杆挤出制备得到的接枝改性物。
一种制备如上述高含量玻纤增强尼龙6复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)将浸渍树脂加热，在浸渍池中形成熔融液；
(2)将连续长玻纤置于浸渍池中，使其被浸渍树脂熔融液完全浸渍，控制浸渍树脂的质量为玻纤质量的15％，经过风冷成卷备用；
(3)将尼龙6、润滑剂、抗氧剂放入高混机种混合，混合条件为25℃、300r/min、5min，混合后的物料置于挤出机主喂料仓中，将步骤(2)浸渍完成的玻纤置于侧喂料仓，挤出造粒，得到高含量玻纤增强尼龙6复合材料。
对比例一：
一种高含量玻纤增强尼龙6复合材料，按照重量份数，包括以下组分：40份的尼龙6，60份的玻纤，6份的相容剂马来酸酐接枝改性SEBS，1份的抗氧剂168，3份的润滑剂EMI-200，0.12份的硅烷偶联剂乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷。
对实施例一、二、三、四及对比例一所制备的复合材料进行机械性能测试，测试结果如下表：
表1
由表中数据可以看出，实施例1与实施例2的玻纤含量相近，从结果可以看出，实施例2的综合性能明显高于实施例1。这是由于实施例2中的浸渍树脂接枝硅烷量较高，而且浸渍树脂使用量也较高。实施例4与实施例3相比，在保持综合性能几乎不变的情况下，韧性增大，这是由于浸渍树脂的量增大，除了起到浸渍纤维的作用，还起到促进玻纤与尼龙的相容剂以及增韧剂的作用。对比例1与实施例3相比，材料的强度和韧性明显降低，这说明硅烷直接添加的效果明显弱于接枝的作用效果。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种高含量玻纤增强尼龙6复合材料，其特征在于，按照重量份数，包括以下组分：20-50份的尼龙6、50-70份的玻纤、1-10份的浸渍树脂、0-3份的抗氧剂、0-3份的润滑剂，
所述浸渍树脂为热塑性弹性体相容剂与硅烷偶联剂、抗氧剂、引发剂混合后，通过双螺杆挤出制备得到的硅烷接枝改性热塑性弹性体相容剂；
所述浸渍树脂包括以下组分：90-100份的热塑性弹性体相容剂、0.5-3份的硅烷偶联剂、1-3份的抗氧剂、1-2份的引发剂；
所述硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种。
所述热塑性弹性体相容剂包括苯乙烯-马来酸酐共聚物、马来酸酐接枝改性乙烯辛烯共聚物、马来酸酐接枝改性SEBS、马来酸酐接枝改性EPDM中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的高含量玻纤增强尼龙6复合材料，其特征在于，所述引发剂包括过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化氢、双二五中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的高含量玻纤增强尼龙6复合材料，其特征在于，所述润滑剂包括介酸酰胺、硬脂酸钙、EMI-200、高分子蜡中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的高含量玻纤增强尼龙6复合材料，其特征在于，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂TPP、抗氧剂1024、抗氧剂168中的至少一种。
5.一种制备如权利要求1-4任一所述高含量玻纤增强尼龙6复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将浸渍树脂加热，在浸渍池中形成熔融液；
(2)将连续长玻纤置于浸渍池中，使其被浸渍树脂熔融液完全浸渍，经过风冷成卷备用；
(3)将尼龙6、润滑剂、抗氧剂放入高混机种混合，混合后的物料置于挤出机主喂料仓中，将步骤(2)浸渍完成的玻纤置于侧喂料仓，挤出造粒，得到高含量玻纤增强尼龙6复合材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，浸渍树脂的质量为玻纤质量的5％～15％。
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