CN115948050A - 一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种材料制备技术领域的抗翘曲玻纤增强尼龙材料，旨在解决现有技术中尼龙材料易发生翘曲变形，性能较差等问题，其包括以下组分：尼龙66为40‑70份；玻璃纤维为10‑30份；脲醛树脂为1‑5份；矿物填料为5‑20份；助剂为1‑5份。本发明制备工艺简单、成本低，在保证材料抗翘曲特性的同时，其他基本性能如力学性能、热氧稳定性优异。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料，属于材料制备技术领域。
背景技术
玻纤(GF)增强尼龙(PA)具有优良的力学性能、耐热性和耐化学性，广泛用于汽车等大型零件壳体中。但是，PA/GF增强材料的一个明显缺点是成型制品会产生较大的“浮纤”，这是由于玻纤与基体的相容性不好，玻纤会由于PA的包覆不好而暴露出来。同时由于玻纤在流动方向上的定向限制了树脂的收缩，然而PA在玻纤周围的诱导结晶又使得制品的纵向(流动方向)收缩小于横向(与流动方向垂直的方向)，这种收缩不均就造成了制件的翘曲。材料中组分的取向和结晶、注塑时采用工艺条件、模具设计、制件壁厚厚薄等都影响制件的表面质量。这些都严重影响了制品的外观和产品尺寸，限制了其在外观要求高的一些制件的应用。
然而，由于我们通常使用的GF的截面为圆形，长径比大，使得GF在材料中的取向度比较高，因此玻纤增强尼龙复合材料具有典型的各向异性的特点，如，用30％的玻纤增强的尼龙复合材料，横向的收缩率为0.9，纵向的收缩率为0.4。由于材料的这种各向异性，从而导致了材料发生翘曲变形。对于注射制品翘曲的研究,目前采用最多的方法是借助计算机进行CAE模拟分析,而该方法虽然可以节省人力、物力,但缺点是数值模拟本身带有很多不可避免的误差。有一些方法是通过优化注射工艺参数、更改制品厚度和改进浇口等方法来改善翘曲，但这些方法对材料的使用存在很大的局限性。有的研究者通过加入其它小尺寸的纤维来解决翘曲问题，美国专利US4990554报道了使用直径为0.1-0.8无机纤维填料，提高了材料的抗翘曲性能，但增强效果比普通玻纤差。
为此，如何寻找到一种简便、有效地维持填充尼龙高强、高刚、高耐热，同时高韧性的方法，以满足填充尼龙在诸如汽车轮毂盖等这样一些既要求材料有着优良的力学和热学性能，同时又要求表观质量优异、韧性良好的大型制件上的应用需求，这依旧是一个难度很大的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料，制备工艺简单、成本低，在保证材料抗翘曲特性的同时，其他基本性能如力学性能、热氧稳定性优异。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料，其特征在于，所述抗翘曲玻纤增强尼龙材料包括以下重量份组分：
所述抗翘曲玻纤增强尼龙材料的制备过程为：
S1、对玻璃纤维进行表面处理后，超声处理，清洗，烘干；
S2、按原料组成称量各组分；
S3、将尼龙66、脲醛树脂、矿物填料和助剂混合后置于双螺杆挤出机中，同时从进料口加入经过表面处理的玻璃纤维，注射成型，即得所述抗翘曲玻纤增强尼龙材料。
进一步的，所述表面处理为将玻璃纤维浸泡在20-30％的氢氟酸中时间2-3h。
进一步的，所述玻璃纤维选择横截面为椭圆的低取向玻璃纤维。
进一步的，所述尼龙的粘度为中粘，其相对粘度范围为2.45-2.8。
进一步的，所述矿物填料为黑云母、滑石粉、高岭土和硫酸钡中的一种或几种。
进一步的，所述助剂为酸性高温离子液体，所述酸性高温离子液体中的阴离子为BF4 -、PF6 -、AlCl4 -中的一种或几种。
进一步的，所述制备过程中采用双螺杆挤出机的工艺控制条件为：一区230～235℃，二区230～240℃，三区235～240℃，四区235～245℃，五区240～250℃，六区240～255℃，七区240～250℃，八区240～250℃，九区240～245℃，十区240～240℃；停留时间为1-2min，压力为12-18Mpa。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明将尼龙与脲醛树脂混合，尼龙和脲醛树脂在化学结构上都具有酰胺键，因此两者的相容性较好，脲醛树脂可以有效对尼龙进行固化，提升其抗翘曲的效果；
所添加的助剂采用酸性高温离子液体，可以有助于各种组分分散，提升尼龙材料的力学性能，也对抗静电性有一定增强；
将低取向的玻璃纤维代替常规玻璃纤维，这种玻璃纤维特点为横截面为椭圆，大大降低的玻纤的取向，从而提高了材料的抗翘曲性能，其次通过氢氟酸对玻璃纤维表面处理，增加了玻璃纤维的表面粗糙度和与聚丙烯基材的亲和度，从而提高玻璃纤维在聚丙烯基材中的粘合度和分散性，从而降低材料翘曲的属性；
另外，这种低取向的玻璃纤维对材料同样有增强、降低收缩率的作用；尼龙复合材料制备工艺简单、成本低，在保证材料抗翘曲特性的同时，其他基本性能如力学性能、热氧稳定性优异。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应该理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
出于本说明书和所附权利要求书的目的，除非另有陈述，否则所有表达量、百分数或比例的数字及本说明书和所附权利要求书中所用的其他数值被理解为在所有情况下都由术语“约”修饰。此外，本文公开的所有范围都包括端点在内且可独立组合。
实施例1：
一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料，由以下组分构成：尼龙66为40份；玻璃纤维30份；脲醛树脂为5份；矿物填料选用黑云母，为20份；酸性高温离子液体为5份。
实施例2：
一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料，由以下组分构成：尼龙66为50份；玻璃纤维25份；脲醛树脂为4份；矿物填料选用滑石粉，为18份；酸性高温离子液体为3份。
实施例3：
一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料，由以下组分构成：尼龙66为55份；玻璃纤维20份；脲醛树脂为3份；矿物填料选用高岭土，为18份；酸性高温离子液体为4份。
实施例4：
一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料，由以下组分构成：尼龙66为60份；玻璃纤维15份；脲醛树脂为2份；矿物填料选用硫酸钡，为20份；酸性高温离子液体为3份。
实施例5：
一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料，由以下组分构成：尼龙66为70份；玻璃纤维10份；脲醛树脂为5份；矿物填料选用黑云母和滑石粉，为10份；酸性高温离子液体为5份。
实施例1-5的物料组分数构成如表1所示：
表1：实施例1-5的物料组分构成
对比例：
通过现有技术方法制得的传统尼龙材料。
上述材料通过以下制备方法制得，其包括以下步骤：
S1、对玻璃纤维进行表面处理，即将玻璃纤维浸泡在20-30％的氢氟酸中，2-3小时后进行超声处理，清洗，烘干；
S2、按原料组成称量各组分；
S3、将尼龙66、偶联剂、矿物填料和助剂混合后置于双螺杆挤出机中，同时从进料口加入经过表面处理的玻璃纤维，注射成型，即得所述抗翘曲玻纤增强尼龙材料。
其中，制备过程中采用双螺杆挤出机的工艺控制条件为：一区230～235℃，二区230～240℃，三区235～240℃，四区235～245℃，五区240～250℃，六区240～255℃，七区240～250℃，八区240～250℃，九区240～245℃，十区240～240℃；停留时间为1-2min，压力为12-18Mpa。
具体成型工艺参数如表2所示：
表2：注射成型所用工艺参数
下列将对实施例1-5所制得的抗翘曲玻纤增强尼龙材料进行性能测试，将测试结果与对比例的相比较，其中对比例为现有方法制备的传统尼龙材料，比较结果如表3所示。
表3：实施例1-5及对比例的性能测试结果比较
由表3可知，用本发明的组分配比及制备方法制得的尼龙材料的拉伸强度、弯曲强度等方面的性能都要优于传统尼龙材料，添加脲醛树脂可以有效对尼龙材料进行固化，提升其抗翘曲的效果，同时选取截面为椭圆的玻璃纤维大大降低玻纤的取向，再通过氢氟酸对玻璃纤维表面处理，增加了玻璃纤维的表面粗糙度和与聚丙烯基材的亲和度，从而提高玻璃纤维的粘合度和分散性，进一步提升了材料抗翘曲的属性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料，其特征在于，所述抗翘曲玻纤增强尼龙材料包括以下重量份组分：
所述抗翘曲玻纤增强尼龙材料的制备过程为：
S1、对玻璃纤维进行表面处理后，超声处理，清洗，烘干；
S2、按原料组成称量各组分；
S3、将尼龙66、脲醛树脂、矿物填料和助剂混合后置于双螺杆挤出机中，同时从进料口加入经过表面处理的玻璃纤维，注射成型，即得所述抗翘曲玻纤增强尼龙材料。
2.根据权利要求1所述的一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料，其特征在于：所述表面处理为将玻璃纤维浸泡在20-30％的氢氟酸中时间2-3h。
3.根据权利要求1所述的一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料，其特征在于：所述玻璃纤维选择横截面为椭圆的低取向玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料，其特征在于：所述尼龙的粘度为中粘，其相对粘度范围为2.45-2.8。
5.根据权利要求1所述的一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料，其特征在于：所述矿物填料为黑云母、滑石粉、高岭土和硫酸钡中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料，其特征在于：所述助剂为酸性高温离子液体，所述酸性高温离子液体中的阴离子为BF4-、PF6-、AlCl4-中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种抗翘曲玻纤增强尼龙材料，其特征在于：所述制备过程中采用双螺杆挤出机的工艺控制条件为：一区230～235℃，二区230～240℃，三区235～240℃，四区235～245℃，五区240～250℃，六区240～255℃，七区240～250℃，八区240～250℃，九区240～245℃，十区240～240℃；停留时间为1-2min，压力为12-18Mpa。
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