CN116253994B - 一种良外观、高性能聚酰胺复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种良外观、高性能聚酰胺复合材料及其制备方法，包括基体聚酰胺树脂、2‑吡咯酮包覆玻璃纤维母粒和加工助剂。本发明通过引入2‑吡咯酮包覆玻璃纤维母粒，改善了传统玻璃纤维增强聚酰胺材料的浮纤问题，同时拉伸强度和悬臂梁缺口冲击强度无明显衰减，具有良好的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明属于改性塑料领域，特别涉及一种良外观、高性能聚酰胺复合材料及其制备方法。
背景技术
玻璃纤维增强尼龙，由于其优异的耐磨性、机械性能、尺寸稳定性、耐溶剂性等，在交通运输、家电、电子电气等领域具有广泛的应用。然而，玻璃纤维作为一种无机物，与聚酰胺的相容性一般，容易在注塑产品表面产生浮纤等问题，困扰着终端使用者。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种良外观、高性能聚酰胺复合材料及其制备方法，该材料通过引入2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒，改善了传统玻璃纤维增强聚酰胺材料的浮纤问题。
本发明提供了一种良外观、高性能聚酰胺复合材料，按重量份数，包括如下组分：基体聚酰胺树脂9.1-89.1份；
2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒10-90份；
加工助剂0.1-2份；其中，2-吡咯酮的包覆量为0.3-1.5％。
所述基体聚酰胺树脂可以由以下方法获得：一种或多种氨基酸聚合，或者内酰胺开环聚合获得的均聚产物，包括但不限于PA6，PA11，PA12等；或者是通过缩聚一种或多种二元羧酸和二元胺的聚合物，包括但不限于PA46，PA56，PA66，PA610，PA612，PA6T，PA9T，PA10T，PA1010，PA1012等；亦或是上述聚酰胺的两种或两种以上的混合物或共聚物。所述聚酰胺按照ISO 307-2007标准，使用96％浓度硫酸，测试的特性粘数在100-220mL/g范围内。
所述2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒按重量份数，包括如下组分：母粒聚酰胺树脂45-51.9份，玻璃纤维48-52份，2-吡咯酮0.3-1.5份。所述聚酰胺树脂和玻璃纤维优选质量比为1:0.5-2。
所述母粒聚酰胺树脂和基体聚酰胺树脂可以相同，也可以不同，优选为同一种聚酰胺树脂。
所述2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒的制备方法包括：将玻璃纤维浸入2-吡咯酮水溶液中进行包覆，再将包覆后的玻璃纤维与母粒聚酰胺树脂按比例压制成母粒块；然后使用高速破碎机，将母粒块破碎为直径不大于4mm(优选1-4mm)的颗粒，即得到2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒。
所述玻璃纤维为E玻璃纤维、A玻璃纤维、S玻璃纤维、D玻璃纤维、C玻璃纤维、石英玻璃纤维中的至少一种。
本发明选择2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒的原因在于：通常的玻璃纤维与聚酰胺树脂之间相容性一般，通过2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒，其中的酰胺基团可以与聚酰胺树脂形成氢键，提升玻璃纤维与树脂之间的相容性，进而改善分散不良、浮纤等问题。并且相较于现有技术中的聚乙烯吡咯烷酮包覆玻璃纤维，由于2-吡咯酮中的有效官能团占比更高，并且分子量更小更有利于和玻纤结合，因此对于材料外观的改善更加明显。2-吡咯酮的包覆量优选为0.3-1.5％。
所述加工助剂包括润滑剂、抗氧剂中的至少一种。
所述润滑剂为硬脂酸/盐、改性乙撑双脂肪酸酰胺、超支化聚酯、脂肪族脂肪酸酯或乙烯-丙烯酸共聚物中的至少一种；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、含磷类抗氧剂中的至少一种。
优选的，按重量份数，包括如下组分：
基体聚酰胺树脂39.1-69.1份；
2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒30-60份；
加工助剂0.1-2份。
本发明还提供了一种良外观、高性能聚酰胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将组分混合加入到双螺杆挤出机中混炼、熔融、均化后挤出造粒，挤出温度240～280℃，得到良外观、高性能聚酰胺复合材料。
本发明还提供了一种良外观、高性能聚酰胺复合材料在塑料制件中的应用。
有益效果
本发明通过引入2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒，改善了传统玻璃纤维增强聚酰胺材料的浮纤问题，同时拉伸强度和悬臂梁缺口冲击强度无明显衰减，具有良好的市场应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
以下实施例及对比例中采用的原料如下：
聚酰胺树脂1：牌号为PA6 HY2800A，海阳化纤，特性粘数170mL/g；
聚酰胺树脂2：牌号为PA6 BL40H，巴陵石化，特性粘数280mL/g；
抗氧剂：牌号为IRGANOX 1098，BASF；
润滑剂：牌号为A-C540A，聚乙烯蜡，霍尼韦尔。
2-吡咯酮：BASF；
玻璃纤维：ECS10-03-568H，中国巨石。
聚乙烯吡咯烷酮包覆玻璃纤维E90-B：1％聚乙烯吡咯烷酮包覆ECS10-03-568H，中国巨石。
2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒的制备方法包括：
将玻璃纤维浸入2-吡咯酮水溶液中进行包覆，再将包覆后的玻璃纤维，与聚酰胺树脂按照1：1的质量比例压制成母粒块。然后使用高速破碎机，将母粒块破碎成为直径不大于4mm的颗粒，即得到2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒。其具体组分如下：按重量份数，(母粒)聚酰胺树脂45-51.9份，玻璃纤维48-52份，2-吡咯酮0.3-1.5份；即，所述2-吡咯酮的质量百分比范围为0.3-1.5％，所述玻璃纤维的质量百分比范围为48-52％，所述聚酰胺树脂、玻璃纤维、2-吡咯酮的质量百分数之和为100％。
依据此方法，制得如下一系列的2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒：
2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒1：2-吡咯酮包覆ECS10-03-568H母粒，2-吡咯酮包覆量为0.5％，玻璃纤维质量百分数为48％，平均粒径3mm；
2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒2：2-吡咯酮包覆ECS10-03-568H母粒，2-吡咯酮包覆量为1.0％，玻璃纤维质量百分数为48％，平均粒径3mm；
2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒3：2-吡咯酮包覆ECS10-03-568H母粒，2-吡咯酮包覆量为0.1％，玻璃纤维质量百分数为48％，平均粒径3mm；
2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒4：2-吡咯酮包覆ECS10-03-568H母粒，2-吡咯酮包覆量为3％，玻璃纤维质量百分数为48％，平均粒径3mm；
2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒5：2-吡咯酮包覆ECS10-03-568H母粒，2-吡咯酮包覆量为1.0％，玻璃纤维质量百分数为52％，平均粒径6mm；
各实施例及对比例的复合材料通过如下过程制备得到：
将组分混合加入到双螺杆挤出机中混炼、熔融、均化后挤出造粒，挤出温度220～290℃，得到聚酰胺复合材料。
实施例和对比例经过以下测试方法或测试标准：
(1)拉伸强度：按照ISO 527-2012标准进行拉伸强度测试，测试条件为23℃，10mm/min。
(2)悬臂梁缺口冲击强度：按照ISO 180-2016标准进行测试，测试条件为：4mm厚度注塑A型缺口样条，23℃。
(3)浮纤等级：将材料注塑为200mm×400mm×2mm尺寸样板，螺杆温度为290℃。观察样板表面，统计有明显浮纤的数量，按照如下表格进行分级：
| 等级 | 浮纤数量 |
| 1级 | 0～5 |
| 2级 | 6～10 |
| 3级 | 11～15 |
| 4级 | 16～20 |
| 5级 | ≥21 |
表1
从表1中，实施例1-7得到的复合材料拉伸强度可达159-171MPa，缺口冲击强度可达14-17kJ/m2，浮纤等级为1-3级。实施例1和对比例1、4可以看出，在相同的玻纤添加量下，当2-吡咯酮包覆量在合理范围内时，其力学性能和外观可以达到一个较佳的平衡状态。2-吡咯酮包覆玻璃纤维添加量过高(对比例2)时，虽然力学性能有所提高，但产品表面浮纤数量相对更多，而2-吡咯酮包覆玻璃纤维添加量过低(对比例3)时，影响了材料的整体力学性能，拉伸强度有明显降低，均难以满足实际的使用要求。实施例1和实施例7表明，当玻纤母粒粒径过大时，在加工过程中容易产生分散不良，其力学和外观无法达到最佳状态。实施例1和对比例5、6表明，在相同的玻璃纤维添加量下，2吡咯酮包覆玻璃纤维母粒相对于未包覆玻纤、聚乙烯吡咯烷酮包覆玻纤，其在外观浮纤方面都有一定优势。
Claims (7)
1.一种良外观、高性能聚酰胺复合材料，其特征在于：按重量份数，包括如下组分：
基体聚酰胺树脂 9.1-89.1份；
2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒 10-90份；
加工助剂 0.1-2份；
其中，2-吡咯酮的包覆量为0.3-1.5％；
所述基体聚酰胺树脂的特性粘数为100-220mL/g；
所述2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒按重量份数，包括如下组分：母粒聚酰胺树脂45-51.9份，玻璃纤维48-52份，2-吡咯酮0.3-1.5份；
所述2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒的直径不大于4mm。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维为E玻璃纤维、A玻璃纤维、S玻璃纤维、D玻璃纤维、C玻璃纤维、石英玻璃纤维中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述加工助剂包括润滑剂、抗氧剂中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸/盐、超支化聚酯或乙烯-丙烯酸共聚物中的至少一种；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、含磷类抗氧剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：按重量份数，包括如下组分：
基体聚酰胺树脂 39.1-69.1份；
2-吡咯酮包覆玻璃纤维母粒 30-60份；
加工助剂 0.1-2份。
6.一种如权利要求1所述的良外观、高性能聚酰胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将组分混合加入到双螺杆挤出机中混炼、熔融、均化后挤出造粒，挤出温度240~280℃，得到良外观、高性能聚酰胺复合材料。
7.一种如权利要求1所述的良外观、高性能聚酰胺复合材料在塑料制件中的应用。
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