CN116355402A - 一种聚酰胺模塑组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚酰胺模塑组合物，按重量份计，包括以下组分：聚酰胺60份；环氧助剂0.05‑3份；苯胺黑0.01‑2份。本发明通过环氧助剂与苯胺黑的复配，能够显著提高聚酰胺模塑组合物的熔接痕强度以及熔接痕强度保持率。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种聚酰胺模塑组合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚酰胺树脂具有较高的刚性、良好的韧性以及较好的热变形温度，并且其成形加工性和耐化学品性比较优良，因此作为内部受力件或外部结构件在轨道交通、消费电器、电动工具等领域得到了广泛地应用。
随着社会的不断发展进步，以塑代钢的应用场景逐渐增多，且很多产品结构设计逐渐往着复杂化和多样化的方向发展，部分产品从多个浇口进浇，且结构设计的原因会导致材料流动过程中会存在分流和汇合现象，因此对材料的熔接痕强度也提出了更高的要求。如果材料具有很高的强度，但熔接痕强度不佳，也会导致产品在跌落和长期负荷过程中出现开裂问题。
在材料机械性能方面，关于拉伸强度的研究的文献或专利很多；但是鲜有关注材料熔接痕强度的报道。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种聚酰胺模塑组合物，具有高熔接痕强度的优点。
本发明的另一目的在于，提供上述聚酰胺模塑组合物的制备方法和应用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种聚酰胺模塑组合物，按重量份计，包括以下组分：
聚酰胺 60份；
环氧助剂 0.05-3份；
苯胺黑 0.01-2份。
优选的，按重量份计，包括以下组分：
聚酰胺 60份；
环氧助剂 0.2-1.7份；
苯胺黑 0.15-0.9份。
更优选的，按重量份计，包括以下组分：
聚酰胺 60份；
环氧助剂 0.4-1.2份；
苯胺黑 0.3-0.7份。
所述的环氧助剂选自环氧树脂及含有甲基丙烯酸缩水甘油酯单体的共聚物中的至少一种；其中，所述的含有甲基丙烯酸缩水甘油酯单体的共聚物选自乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃弹性体中的至少一种。
优选的，所述的环氧助剂选自环氧树脂。
所述的苯胺黑选自油溶性苯胺黑、醇溶性苯胺黑、水溶性苯胺黑中的至少一种；优选油溶性苯胺黑。所述的油溶性苯胺黑的CAS No. 为8005-02-5，所述醇溶性苯胺黑的CASNo. 为11099-03-9，所述水溶性苯胺黑的CAS No. 为8005-03-6。
按重量份计，还包括0-100份填充剂；所述的填充剂选自纤维状填充、颗粒状填充剂中的至少一种；所述的纤维状填充剂选自玻璃纤维、碳纤维中的至少一种；所述的颗粒状填充剂选自氧化铝、炭黑、铝硅酸盐粘土、蒙脱土、磷酸锆、高岭土、碳酸钙、硅藻土、石墨、云母、硅石、二氧化钛、沸石、滑石粉、硅灰石、玻璃微珠、玻璃粉末中的至少一种。
所述聚酰胺选自脂肪族聚酰胺或半芳香族聚酰胺中的至少一种，所述的脂肪族聚酰胺为由至少一种脂肪族二元羧酸与至少一种脂肪族二胺缩聚而成的聚酰胺和/或由至少一种氨基酸或至少一种内酰胺与其本身缩聚而成的聚酰胺，包括PA46、PA56、PA510、PA66、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212、PA6、PA7、PA11、PA12中的至少一种；所述的半芳香族聚酰胺为由至少一种芳香族二元羧酸与至少一种脂肪族二胺缩聚而成的聚酰胺，选自PA10T、PA10T1010、PA10T66、PA MXD6、PA MXD10、PA66/6T中的至少一种；所述的聚酰胺选自脂肪族聚酰胺。
可以根据实际需求决定是否加入0-3份的抗氧剂、润滑剂。
抗氧剂可以是受阻酚抗氧剂、碱金属或者碱土金属次（亚）磷酸盐、亚磷酸酯类抗氧剂等；润滑剂可以是高级脂肪酸、高级脂肪酸金属盐、高级脂肪酸酯或高级脂肪酸酰胺等。
本发明的聚酰胺模塑组合物的制备方法，包括以下步骤：将除填充之外各组分混合均匀，通过主喂料口喂入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆长径比为36~52:1，螺筒温度范围是180-320℃，转速200-700rpm，填充剂侧喂入，得到聚酰胺模塑组合物。
本专利着重保护一种具有高熔接痕强度的聚酰胺组合物，以更广泛地作为内部受力件或外部结构件在轨道交通、消费电器、电动工具等领域。本发明具有如下有益效果：
本发明通过环氧助剂与苯胺黑的复配，协同之下能够显著提高聚酰胺模塑组合物的熔接痕强度，填充增强的聚酰胺模塑组合物要满足熔接痕强度≥70MPa；熔接痕强度保持率≥50%。无填充的聚酰胺模塑组合物要满足熔接痕强度保持率≥80%。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。
实施例和对比例所用原材料来源如下：
PA66：PA66 U4800 NC01，美国英威达；
PA6：PA6 M2800，新会美达；
PA610：PA610 F120，山东广垠；
PA1010：3 RILSAN TMFO F，法国阿科玛；
PAMXD6：INGOO-MXD6，上海盈固；
PA66/6T：C1504T，山东广垠；环氧助剂A：环氧树脂，YD-019，国都化学；
环氧助剂B：乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，PTW，美国杜邦；
环氧助剂C：乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物：AX8900，法国阿科玛；
环氧助剂D：乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃弹性体：SOG-03，江苏佳易容。
玻璃纤维：ECS10-03-568H，中国巨石；
硅灰石：HQ-1250，大连环球矿产股份有限公司；
油溶性苯胺黑：NUBIAN® BLACK TN-870，日本东方化学；
醇溶性苯胺黑：溶剂黑5，湖北巨胜科技有限公司；
水溶性苯胺黑：酸性黑2，湖北巨胜科技有限公司；
实施例和对比例聚酰胺模塑组合物的制备方法：将除填充剂之外的其他组分混合均匀，通过主喂料口喂入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆长径比为40:1，螺筒温度分段为270/270/260/250/240/240/240/250/260℃，螺杆转速为350rpm，如有玻璃纤维或滑石粉侧喂入，得到聚酰胺模塑组合物。
各项测试方法：
（1）拉伸强度：将聚酰胺组合物从单边进胶，注塑成ISO拉伸测试样条；测试样条在23℃、50％RH实验室标准环境中调节24h后按照ISO-527-2:2012标准测试拉伸强度。
（2）熔接痕强度：将聚酰胺组合物从双边同时进胶，注塑成ISO拉伸测试样条，熔接线汇合位置在拉伸测试样条的中间；测试样条在23℃、50％RH实验室标准环境中调节24h后按照ISO-527-2:2012标准测试熔接痕强度。
（3）熔接强度保持率=熔接痕强度/拉伸强度。
表1：实施例1-7聚酰胺模塑组合物各组分含量（重量份）及测试结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |
| PA66 | 60 | 60 | 60 | 60 | |||
| PA6 | 60 | ||||||
| PA610 | 60 | ||||||
| PA1010 | 60 | ||||||
| 玻璃纤维 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 环氧助剂A | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.05 | 0.2 | 0.4 |
| 油溶性苯胺黑 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.01 | 0.15 | 0.3 |
| 拉伸强度/MPa | 193 | 188 | 179 | 170 | 190 | 192 | 192 |
| 熔接痕强度/MPa | 121 | 117 | 105 | 101 | 96 | 101 | 105 |
| 熔接强度保持率/% | 62.7 | 62.2 | 58.7 | 59.4 | 51.5 | 52.6 | 54.7 |
由实施例1-4可知，PA66、PA6的熔接痕强度与熔接痕强度保持率更高。
表2：实施例8-15聚酰胺模塑组合物各组分含量（重量份）及测试结果
| 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 | 实施例11 | 实施例12 | 实施例13 | 实施例14 | 实施例15 | |
| PA66 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 |
| 玻璃纤维 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | ||
| 硅灰石 | 30 | |||||||
| 环氧助剂A | 1.2 | 1.7 | 3 | 0.8 | 0.8 | |||
| 环氧助剂B | 0.6 | |||||||
| 环氧助剂C | 0.6 | |||||||
| 环氧助剂D | 0.6 | |||||||
| 油溶性苯胺黑 | 0.7 | 0.9 | 2 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.5 | 0.5 |
| 拉伸强度/MPa | 189 | 186 | 184 | 185 | 183 | 186 | 97 | 86 |
| 熔接痕强度/MPa | 108 | 99 | 92.5 | 110 | 109 | 106 | 89 | 85 |
| 熔接强度保持率/% | 57.1 | 53.2 | 51.3 | 59.5 | 59.6 | 57.0 | 91.8 | 98.8 |
由实施例1/5-10可知，优选的配比下、熔接痕强度熔接痕强度保持率更高。
由实施例1/11-13可知，环氧助剂优选环氧树脂，熔接痕强度、熔接痕强度保持率更高。
由实施例1与对比例1/3可知，环氧助剂与苯胺黑的复配下能够显著提高熔接痕强度与熔接痕强度保持率。
表3：实施例16-19聚酰胺模塑组合物各组分含量（重量份）及测试结果
| 实施例16 | 实施例17 | 实施例18 | 实施例19 | |
| PA66 | 60 | 60 | ||
| PAMXD6 | 60 | |||
| P PA66/6T | 60 | |||
| 玻璃纤维 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 环氧助剂A | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| 油溶性苯胺黑 | 0.4 | 0.4 | ||
| 醇溶性苯胺黑 | 0.4 | |||
| 水溶性苯胺黑 | 0.4 | |||
| 拉伸强度/MPa | 185 | 178 | 200 | 190 |
| 熔接痕强度/MPa | 110 | 104.5 | 108 | 100 |
| 熔接强度保持率/% | 59.5 | 58.7 | 54.0 | 52.6 |
由实施例1/16-17可知，优选油溶性苯胺黑。
表4：对比例聚酰胺模塑组合物各组分含量（重量份）及测试结果
| 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | 对比例7 | 对比例8 | |
| PA66 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 |
| 玻璃纤维 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | |
| 环氧助剂A | 0.6 | 0.6 | 0.01 | 3.5 | 4 | |||
| 油溶性苯胺黑 | 2.5 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 3 | |||
| 拉伸强度/MPa | 196 | 188 | 193 | 194 | 183 | 168 | 192 | 86 |
| 熔接痕强度/MPa | 89 | 84 | 85 | 87 | 85 | 66 | 81 | 67 |
| 熔接强度保持率/% | 45.4 | 44.7 | 44.0 | 44.8 | 46.4 | 39.3 | 42.3 | 77.9 |
由对比例1/2/7可知，不添加油溶性苯胺黑熔接痕强度的提升不明显，当油溶性苯胺黑添加量过高反而会导致熔接痕强度的下降。
由对比例3/4/5可知，如环氧助剂添加量不足，熔接痕强度提升不明显；如果环氧助剂添加量过高，也会导致熔接痕强度反而下降。
由对比例6可知，如环氧助剂、油溶性苯胺黑添加量过高，熔接痕强度下降明显。
由实施例15与对比例8可知，无填充情况下不添加环氧助剂与苯胺黑时熔接痕强度保持率达不到80%以上。
Claims (10)
1.一种聚酰胺模塑组合物，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
聚酰胺 60份；
环氧助剂 0.05-3份；
苯胺黑 0.01-2份。
2.根据权利要求1所述的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
聚酰胺 60份；
环氧助剂 0.2-1.7份；
苯胺黑 0.15-0.9份。
3.根据权利要求2所述的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
聚酰胺 60份；
环氧助剂 0.4-1.2份；
苯胺黑 0.3-0.7份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，所述的环氧助剂选自环氧树脂、含有甲基丙烯酸缩水甘油酯单体的共聚物中的至少一种；其中，所述的含有甲基丙烯酸缩水甘油酯单体的共聚物选自乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃弹性体中的至少一种；所述的环氧助剂选自环氧树脂。
5.根据权利要求4所述的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，所述的苯胺黑选自油溶性苯胺黑、醇溶性苯胺黑、水溶性苯胺黑中的至少一种；优选油溶性苯胺黑。
6.根据权利要求1-3任一项所述的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，按重量份计，还包括0-100份填充剂；所述的填充剂选自纤维状填充、颗粒状填充剂中的至少一种；所述的纤维状填充剂选自玻璃纤维、碳纤维中的至少一种；所述的颗粒状填充剂选自氧化铝、炭黑、铝硅酸盐粘土、蒙脱土、磷酸锆、高岭土、碳酸钙、硅藻土、石墨、云母、硅石、二氧化钛、沸石、滑石粉、硅灰石、玻璃微珠、玻璃粉末中的至少一种。
7.根据权利要求1-3任一项所述的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，所述聚酰胺选自脂肪族聚酰胺或半芳香族聚酰胺中的至少一种，所述的脂肪族聚酰胺为由至少一种脂肪族二元羧酸与至少一种脂肪族二胺缩聚而成的聚酰胺和/或由至少一种氨基酸或至少一种内酰胺与其本身缩聚而成的聚酰胺，包括PA46、PA56、PA510、PA66、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212、PA6、PA7、PA11、PA12中的至少一种；所述的半芳香族聚酰胺为由至少一种芳香族二元羧酸与至少一种脂肪族二胺缩聚而成的聚酰胺，选自PA10T、PA10T1010、PA10T66、PA MXD6、PA MXD10、PA66/6T中的至少一种；所述的聚酰胺选自脂肪族聚酰胺。
8.根据权利要求1-3任一项所述的聚酰胺模塑组合物，其特征在于，按重量份计，还包括0-3份助剂，所述的助剂选自抗氧剂、润滑剂。
9.权利要求6所述聚酰胺模塑组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将除填充剂之外的各组分混合均匀，通过主喂料口喂入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆长径比为36~52:1，螺筒温度范围是180-320℃，转速200-700rpm，填充剂侧喂入，得到聚酰胺模塑组合物。
10.权利要求1-8任一项所述聚酰胺模塑组合物的应用，其特征在于，用于制备轨道交通的内部受力件或外部结构件、消费电器的内部受力件或外部结构件、电动工具的内部受力件或外部结构件。
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