CN115926451A - 低吸水率尼龙复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低吸水率尼龙复合材料及其制备方法与应用，低吸水率尼龙复合材料，按重量份数计，包括如下组分：高温尼龙材料20～60份；特种尼龙材料5～20份；玻璃纤维20～60份；着色剂0.5～1份；抗氧剂0.5～1份；润滑剂0.5～1份；增韧剂1～5份。本发明的低吸水率尼龙复合材料，在高温尼龙材料中加入特种尼龙材料，对高温尼龙材料进行改性，并与特定份数的玻璃纤维、着色剂、抗氧剂、润滑剂和增韧剂共同作用，一方面，有效地降低了分子结构中氢键的摩尔含量，从而降低了尼龙复合材料的吸水率；另一方面，能够使尼龙复合材料具有较好的机械性能、耐热性能以及尺寸稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种低吸水率尼龙复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
高温尼龙是指可以长期在150℃以上环境使用的尼龙材料，熔点一般为290℃～320℃；玻璃纤维改性尼龙材料能够使热变形温度大于290℃，并且能够在较宽的温度范围和高湿度环境下仍然保持优异的机械性能。
目前，成熟的工业化高温尼龙品种有PA46、PA6T、PA9T和PA10T等；相比于PA6和PA66，高温尼龙在吸水率方面具有明显的优势，但是仍然不能满足在一些苛刻场景下的应用，如用于水处理阀芯部件、汽车刹车部件等。
随着技术的不断发展，对于高温尼龙材料的吸水率、耐热性、尺寸稳定性、机械性能等各方面综合性能提出了更高的要求。因此，有必要对传统的高温尼龙材料进行进一步改进，以提升其综合性能，更好地满足市场需要。
发明内容
基于此，本发明提供了一种吸水率低、耐热性强、尺寸稳定性高同时具备优异的机械性能的尼龙复合材料及其制备方法与应用。
本发明是通过如下的技术方案实现：
根据本发明的一个方面，提供了一种低吸水率尼龙复合材料，按重量份数计，包括如下组分：
在其中一些实施例中，按重量份数计，包括如下组分：
在其中一些实施例中，所述高温尼龙材料与所述特种尼龙材料的重量比为(1.35～8.4)：1。
在其中一些实施例中，所述高温尼龙材料与所述特种尼龙材料的重量比为(1.35～3.7)：1。
在其中一些实施例中，所述低吸水率尼龙复合材料满足如下条件(1)～(2)中的至少一个：
(1)所述高温尼龙材料选自PA6T/66、PA6T/6I和PA10T中的一种或多种；
(2)所述特种尼龙材料选自PA6I/6T、PA1012、PA1212、PA1010、MXD6和PA1315中的一种或多种。
在其中一些实施例中，所述玻璃纤维为短切玻璃纤维，所述短切玻璃纤维的长度为3mm～5mm。
在其中一些实施例中，所述低吸水率尼龙复合材料满足如下条件(3)～(5)中的至少一个：
(3)所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和无机热稳定剂中的一种或多种；
(4)所述增韧剂为GMA接枝物或MBS增韧剂；和
(5)所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡或低分子量聚丙烯。
根据本发明的另一个方面，提供了一种上述任一项的低吸水率尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：
按重量份数，将高温尼龙材料、特种尼龙材料、着色剂、抗氧剂、润滑剂和增韧剂混合，得到混合物；
将所述混合物和玻璃纤维进行熔融共混和挤出成型。
根据本发明的另一个方面，提供了上述任一项的低吸水率尼龙复合材料在制备尼龙制品中的应用。
根据本发明的另一个方面，提供了一种尼龙制品，采用了上述任一项的低吸水率尼龙复合材料。
与传统技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的低吸水率尼龙复合材料，通过在高温尼龙材料中加入特种尼龙材料，对高温尼龙材料进行改性，并与特定份数的玻璃纤维、着色剂、抗氧剂、润滑剂和增韧剂共同作用；一方面，有效地降低了分子结构中氢键的摩尔含量，从而降低尼龙复合材料的吸水率；另一方面，能够使尼龙复合材料具有较好的机械性能、耐热性能以及尺寸稳定性。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
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的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
术语
除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：
本文所使用的术语“和/或”、“或/和”、“及/或”的选择范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个项目，也包括相关所列项目的任意的和所有的组合，所述任意的和所有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目、或者全部相关所列项目的组合。需要说明的是，当用至少两个选自“和/或”、“或/和”、“及/或”的连词组合连接至少三个项目时，应当理解，在本申请中，该技术方案毫无疑问地包括均用“逻辑与”连接的技术方案，还毫无疑问地包括均用“逻辑或”连接的技术方案。比如，“A及/或B”包括A、B和A+B三种并列方案。又比如，“A，及/或，B，及/或，C，及/或，D”的技术方案，包括A、B、C、D中任一项(也即均用“逻辑或”连接的技术方案)，也包括A、B、C、D的任意的和所有的组合，也即包括A、B、C、D中任两项或任三项的组合，还包括A、B、C、D的四项组合(也即均用“逻辑与”连接的技术方案)。
本发明中涉及“多个”、“多种”、“多次”、“多元”等，如无特别限定，指在数量上大于2或等于2。例如，“一种或多种”表示一种或大于等于两种。
本文中所使用的“其组合”、“其任意组合”、“其任意组合方式”等中包括所列项目中任两个或任两个以上项目的所有合适的组合方式。
本文中，“优选”、“更好”、“更佳”、“为宜”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本发明保护范围的限制。
本发明中，“进一步”、“更进一步”、“特别”等用于描述目的，表示内容上的差异，但并不应理解为对本发明保护范围的限制。
本发明中，“可选地”、“可选的”、“可选”，指可有可无，也即指选自“有”或“无”两种并列方案中的任一种。如果一个技术方案中出现多处“可选”，如无特别说明，且无矛盾之处或相互制约关系，则每项“可选”各自独立。
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，涉及到数值区间(也即数值范围)，如无特别说明，可选的数值分布在上述数值区间内视为连续，且包括该数值范围的两个数值端点(即最小值及最大值)，以及这两个数值端点之间的每一个数值。如无特别说明，当数值区间仅仅指向该数值区间内的整数时，包括该数值范围的两个端点整数，以及两个端点之间的每一个整数，在本文中，相当于直接列举了每一个整数，比如t为选自1-10的整数，表示t为选自由1、2、3、4、5、6、7、8、9和10构成的整数组的任一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并这些范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
本发明的一些实施方式提供了一种低吸水率尼龙复合材料，按重量份数计，包括如下组分：
可以理解的是，高温尼龙材料(PPA)是一种半结晶性热塑性芳香族聚酰胺，可以长期在150℃以上环境使用，短期耐温可达290℃。以高温尼龙材料为基材，添加其他特种尼龙组分，能够有效地降低分子结构中氢键的摩尔含量，从而降低尼龙复合材料的吸水性。
本发明的尼龙复合材料以高温尼龙材料(PPA)为基材，在高温尼龙材料中加入特种尼龙材料，并与特定份数的玻璃纤维、着色剂、抗氧剂、润滑剂和增韧剂共同作用，对高温尼龙材料进行改性，使其同时具备优异的机械性能、高耐热性能、超低吸水率以及高尺寸稳定性。由此制备的尼龙复合材料可适用于对尺寸和吸水率具有严格要求的零件，如水处理阀芯、汽车刹车系统部件等。
具体地，本发明的尼龙复合材料具有较好的缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、热变形温度、吸水率以及尺寸变化率。
在其中一些实施方式中，上述的低吸水率尼龙复合材料，按重量份数计，包括如下组分：
进一步地，控制各个组分在该优选的范围内，制成的尼龙复合材料具有更优异的吸水率和尺寸变化率。
在其中一些实施方式中，高温尼龙材料与特种尼龙材料的重量比为(1.35～8.4)：1。
可以理解的是，高温尼龙材料与特种尼龙材料的重量比可以为但不限于1.35：1、2：1、3：1、5：1、7：1、8：1、8.4：1等具体数值。
优选地，高温尼龙材料与特种尼龙材料的重量比为(1.35～3.7)：1。可以理解的是，控制高温尼龙材料与特种尼龙材料的重量比在该范围内，由此制备的尼龙复合材料吸水率更低、尺寸变化率更小。
在其中一些实施方式中，高温尼龙材料选自PA6T/66(聚对苯二甲酰己二胺/聚己二酰己二胺)、PA6T/6I(聚对苯二甲酸/间苯二甲酸己二胺)和PA10T(聚对苯二甲酰癸二胺)中的一种或多种。
在一个具体示例中，PA6T/66的商品型号为新和成N600；PA6T/6I的商品型号为三力1357；PA10T的商品型号为协鑫P8010。
在其中一些实施方式中，特种尼龙材料选自PA6I/6T(尼龙6I/6T)、PA1012(聚酰胺1012)、PA1212(聚酰胺1212)、PA1010(聚癸二酰癸二胺)、MXD6(聚己二酰间苯二甲胺)和PA1315中的一种或多种。
优选地，特种尼龙材料选自MXD6和PA1315中的一种或多种。
在其中一些实施方式中，玻璃纤维为短切玻璃纤维，短切玻璃纤维的长度为3mm～5mm。
在一些具体示例中，玻璃纤维选自重庆复合国际ECS301HP-3、巨石玻纤568H和泰山玻纤435TM-10-4.0中的至少一种。
在其中一些实施方式中，抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和无机热稳定剂中的一种或多种。
在其中一些具体示例中，抗氧剂为耐350℃的受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和无机热稳定剂中的一种或多种。
进一步地，抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂1330、抗氧剂259、抗氧剂168、抗氧剂9228、无机热稳定剂中的一种或多种。可选地，无机热稳定剂为重量比7:1:1的碘化钾、碘化亚铜和硬脂酸铝。
在其中一些实施方式中，增韧剂为GMA接枝物或MBS增韧剂。
在其中一个优选示例中，增韧剂为E-MA-GMA(阿克玛AX8900)。
在其中一些实施方式中，润滑剂为氧化聚乙烯蜡或低分子量聚丙烯类。
在其中一个优选示例中，润滑剂为科莱恩OP蜡。
在其中一些实施方式中，着色剂为耐380℃的有机色粉或无机色粉。
在其中一个优选示例中，上述的低吸水率尼龙复合材料，按照重量份数计，包括如下制备原料：高温尼龙材料27份、特种尼龙材料20份、玻璃纤维50份、抗氧剂0.5份、着色剂0.5份、润滑剂0.5份和增韧剂3份。
在其中一个具体示例中，上述的低吸水率尼龙复合材料，按照重量份数计，由高温尼龙材料、特种尼龙材料、玻璃纤维、抗氧剂、着色剂、润滑剂和增韧剂组成。
本发明的低吸水率尼龙复合材料，具有较好的缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、热变形温度，能够满足产品的实际应用；同时，本发明的尼龙复合材料吸水率和尺寸变化率极低；特别适用于对尺寸精确性要求较高的零件，如水处理阀芯、汽车刹车系统部件等。
本发明的一些实施方式还提供了一种上述的低吸水率尼龙复合材料的制备方法，包括步骤S10和步骤S20。
步骤S10：按重量份数将高温尼龙材料、特种尼龙材料、着色剂、抗氧剂、润滑剂和增韧剂混合，得到混合物。
步骤S20：将步骤S10得到的混合物和玻璃纤维投入挤出机中进行熔融共混和挤出成型。
上述的低吸水率尼龙复合材料的制备方法具有方法简单、操作便捷等优点，适合在生产中推广应用。
本发明的一些实施方式还提供了上述的低吸水率尼龙复合材料在制备尼龙制品中的应用。
本发明的一些实施方式还提供了一种采用上述低吸水率尼龙复合材料制备的尼龙制品。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加简洁明了，本发明用以下具体实施例进行说明，但本发明绝非仅限于这些实施例。以下所描述的实施例仅为本发明较好的实施例，可用于描述本发明，不能理解为对本发明的范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
下面将结合具体实施例和对比例对本发明作进一步说明，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
按重量份数计，提供如下制备原料：42份PA6T/66、5份PA1315、0.5份着色剂、0.5份抗氧剂、0.5份润滑剂、3份增韧剂。
将上述原料混合均匀后投入挤出机中；将50份玻璃纤维侧喂投入到挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，制备低吸水率尼龙复合材料。
实施例2
按重量份数计，提供如下制备原料：42份PA6T/6I、5份PA1315、0.5份着色剂、0.5份抗氧剂、0.5份润滑剂、3份增韧剂。
将上述原料混合均匀后投入挤出机中；将50份玻璃纤维侧喂投入到挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，制备低吸水率尼龙复合材料。
实施例3
按重量份数计，提供如下制备原料：42份PA10T、5份PA1315、0.5份着色剂、0.5份抗氧剂、0.5份润滑剂、3份增韧剂。
将上述原料混合均匀后投入挤出机中；将50份玻璃纤维侧喂投入到挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，制备低吸水率尼龙复合材料。
实施例4
按重量份数计，提供如下制备原料：42份PA10T、5份MXD6、0.5份着色剂、0.5份抗氧剂、0.5份润滑剂、3份增韧剂。
将上述原料混合均匀后投入挤出机中；将50份玻璃纤维侧喂投入到挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，制备低吸水率尼龙复合材料。
实施例5
按重量份数计，提供如下制备原料：37份PA10T、10份MXD6、0.5份着色剂、0.5份抗氧剂、0.5份润滑剂、3份增韧剂。
将上述原料混合均匀后投入挤出机中；将50份玻璃纤维侧喂投入到挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，制备低吸水率尼龙复合材料。
实施例6
按重量份数计，提供如下制备原料：27份PA10T、20份MXD6、0.5份着色剂、0.5份抗氧剂、0.5份润滑剂、3份增韧剂。
将上述原料混合均匀后投入挤出机中；将50份玻璃纤维侧喂投入到挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，制备低吸水率尼龙复合材料。
实施例7
按重量份数计，提供如下制备原料：57份PA10T、10份PA1315、0.5份着色剂、0.5份抗氧剂、0.5份润滑剂、3份增韧剂。
将上述原料混合均匀后投入挤出机中；将30份玻璃纤维侧喂投入到挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，制备低吸水率尼龙复合材料。
实施例8
按重量份数计，提供如下制备原料：57份PA6T/6I、10份PA1315、0.5份着色剂、0.5份抗氧剂、0.5份润滑剂、3份增韧剂。
将上述原料混合均匀后投入挤出机中；将30份玻璃纤维侧喂投入到挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，制备低吸水率尼龙复合材料。
对比例1
按重量份数计，提供如下制备原料：70份PA6T/66、0.5份着色剂、0.5份抗氧剂、0.5份润滑剂。
将上述原料混合均匀后投入挤出机中；将30份玻璃纤维侧喂投入到挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，制备低吸水率尼龙复合材料。
对比例2
按重量份数计，提供如下制备原料：50份PA6T/66、0.5份着色剂、0.5份抗氧剂、0.5份润滑剂。
将上述原料混合均匀后投入挤出机中；将50份玻璃纤维侧喂投入到挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，制备低吸水率尼龙复合材料。
实施例1～8以及对比例1～2的制备组分如表1所示。
表1实施例1～8及对比例1～2的制备组分
将上述各实施例1～8以及对比例1～2制备的低吸水率尼龙复合材料，按照表2所示的标准进行注塑测试，测试结果如表3所示。
表2测试标准
表3测试结果
由表3的测试数据可知：本发明的实施例1～8与对比例1～2相比，综合性能较优异，耐热性总体下降不多；并且吸水率都在0.4％及以下，尺寸变化率都在0.035％及以下。
实施例6至实施例8表明：特种尼龙材料MXD6和PA1315的加入，虽然一定程度上削弱了材料的缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量以及热变形温度，但仍然能够满足产品的实际应用；且有效地降低了材料的吸水率以及尺寸变化率，可以广泛应用在需要超低吸水率以及高尺寸稳定性的场景。对比例1～2中没有加入特种尼龙材料，由此制备得到的尼龙复合材料虽然具有较好的力学性能和热变形温度，但吸水率和尺寸变化率都较高，不适合用于水处理阀芯部件、汽车刹车部件等场景。
实施例4至实施例6的其他条件均相同，区别仅在于：添加的高温尼龙材料与特种尼龙材料的比例不同；其中实施例6的力学性能虽略有降低，但吸水率和尺寸变化率最优异。
实施例1至实施例3的其他条件均相同，区别仅在于：使用的高温尼龙材料种类不同；其中实施例3的力学性能、吸水率以及尺寸变化率最优异。
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，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种低吸水率尼龙复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的低吸水率尼龙复合材料，其特征在于，按重量份数计包括如下组分：
3.根据权利要求1～2任一项所述的低吸水率尼龙复合材料，其特征在于，所述高温尼龙材料与所述特种尼龙材料的重量比为(1.35～8.4)：1。
4.根据权利要求3所述的低吸水率尼龙复合材料，其特征在于，所述高温尼龙材料与所述特种尼龙材料的重量比为(1.35～3.7)：1。
5.根据权利要求1～2任一项所述的低吸水率尼龙复合材料，其特征在于，所述低吸水率尼龙复合材料满足如下条件(1)～(2)中的至少一个：
(1)所述高温尼龙材料选自PA6T/66、PA6T/6I和PA10T中的一种或多种；
(2)所述特种尼龙材料选自PA6I/6T、PA1012、PA1212、PA1010、MXD6和PA1315中的一种或多种。
6.根据权利要求1～2任一项所述的低吸水率尼龙复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为短切玻璃纤维，所述短切玻璃纤维的长度为3mm～5mm。
7.根据权利要求1～2任一项所述的低吸水率尼龙复合材料，其特征在于，所述低吸水率尼龙复合材料满足如下条件(3)～(5)中的至少一个：
(3)所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和无机热稳定剂中的一种或多种；
(4)所述增韧剂为GMA接枝物或MBS增韧剂；和
(5)所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡或低分子量聚丙烯。
8.一种权利要求1～7任一项所述的低吸水率尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按重量份数，将高温尼龙材料、特种尼龙材料、着色剂、抗氧剂、润滑剂和增韧剂混合，得到混合物；
将所述混合物和玻璃纤维进行熔融共混和挤出成型。
9.权利要求1～7任一项所述的低吸水率尼龙复合材料在制备尼龙制品中的应用。
10.一种尼龙制品，其特征在于，采用如权利要求1～7任一项所述的低吸水率尼龙复合材料。
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