CN116715957B - 一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及进气歧管技术领域,尤其是一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料及其制备方法。一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:28‑32%的玻璃纤维、3‑5%的辅助功能型助剂、1‑5%的高透光协效剂、0.5‑2%的耐热稳定剂、0.1‑0.6%的增透剂、0.8‑2%的抗老剂、0.1‑0.5%的以为PA载体的硅酮母粒、余量为聚酰胺树脂;所述聚酰胺树脂为PA56或者PA56和PA66形成的混合树脂。本申请中的尼龙复合材料具有优异的耐热稳定性能、耐磨性能、耐醇解性能、物化性能和超高的激光透过率,特别适用于汽车进气歧管制件的制备。
Description
技术领域
本申请涉及进气歧管技术领域,尤其是涉及一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术
长期以来发动机进气歧管主要采用铝合金制造。为满足发动机进气和电喷系统安装要求,金属进气歧管设计制造工艺越来越复杂,成品率很难保证。铝合金制作的进气歧管内壁粗糙,使用时对空气的阻力很大,从而造成噪声大,燃料燃烧不充分,废气排放多等现象,且金属进气歧管还具有重量大、加工复杂、生产效率低、成本高等缺点。
自1990年,德国宝马公司采用熔芯法成功生产出塑料进气歧管后,塑料进气歧管以其质量轻、成本低、性能好等特点迅速取代金属进气歧管,成为新型发动机的首选。尽管世界上很多塑料材料供应商在不断开发新的进气歧管塑料材料,以期提高塑料材料的各种性能,但目前仍然首选尼龙材料。
目前,塑料进气歧管的材料主要使用尼龙(PA)/玻璃纤维(GF)复合材料。这种材料不仅具有较好的机械性能、更轻质、韧性好、耐水,耐酸碱性、生产周期短、适合大批量工业生产、为环境友好型材料等优点。尼龙中加入玻璃纤维可以增加塑料的拉伸强度和弯曲强度及弹性,提高产品的抗冲击和抗拉伸能力,同时也能提高产品的工艺尺寸稳定性。BASF公司在AIM用尼龙6材料开发方面起先锋作用,专门开发了用于直喷燃油发动机的专用高热稳定玻纤增强尼龙6。Ultramid BGW G6用于歧管系统底部和暴露的上部外壳选用UltramidB3CG6,均为30%玻纤增强树脂。
生物基聚酰胺是指利用可再生的生物质为原料,通过生物、化学及物理等手段制造用于合成聚酰胺的前体,包括生物基内酰胺、生物基二元酸、生物基二元胺等,再通过聚合反应合成的高分子材料,具有绿色、环境友好、原料可再生等特性。在当今“低碳经济”的环境下,生物基聚酰胺材料具有广泛的发展前景。同石油基材料相比,生物基材料减少了二氧化碳的排放及对石油的依赖,同时生成过程更加绿色环保,符合社会的可持续发展需求。以生物质资源为原料生产材料单体,因其在节能减排、保护环境等方面的优势。
塑料激光焊接是借助激光束产生的热量使塑料接触面熔化,进而将热塑性片材、薄膜或模塑零部件粘结在一起的技术。激光焊接应用于塑料部件熔接的优点:焊接精密、牢固、密封不透气、不漏水,焊接过程不会产生塑料残渣。激光焊接技术速度快,特别适用于汽车塑料零部件的流水线加工。另外对于那些很难使用其它焊接方法粘接的复杂的几何体,可以考虑使用激光焊接技术。
塑料进气歧管开发是一个涉及内燃机、流体力学、固体力学、高分子材料、模具、塑料焊接及仿真分析等多学科相关的交叉项目,技术要求高,开发难度大。
发明内容
为了解决上述技术问题,本申请提供了一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料的制备方法。
第一方面,本申请提供的一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是通过以下技术方案得以实现的:
一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:28-32%的玻璃纤维、3-5%的辅助功能型助剂、1-5%的高透光协效剂、0.5-2%的耐热稳定剂、0.1-0.6%的增透剂、0.8-2%的抗老剂、0.1-0.5%的以为PA载体的硅酮母粒、余量为聚酰胺树脂;
所述聚酰胺树脂为PA56或者PA56和PA66形成的混合树脂;
所述高透光协效剂为二醋酸甘油酯(GP)、柠檬酸三乙酯(TEC)、N-丁基苯磺酰胺(N-BBSA)、N-乙基邻对甲苯磺酰胺(N-E-O/PTSA)、聚环氧乙烷(PEO)中的至少一种;
所述玻璃纤维为扁平玻纤;
所述增透剂为聚喹恶啉、芳基磺酸钙、无水碳酸钠、钴酸钠、钴酸钾、硼酸钠、硼酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾的一种或两种以上的混合物;
所述耐热稳定剂为单体型碳化二亚胺和/或聚合型碳化二亚胺。
本申请中的尼龙复合材料具有优异的耐热稳定性能、耐磨性能、耐醇解性能、物化性能和超高的激光透过率,特别适用于汽车进气歧管制件的制备。
优选的,所述玻璃纤维为扁平玻纤,扁平玻纤横截面的长度为20-35um,宽度为4-10um,玻纤长度为2500-3000um。
通过采用上述技术方案,保证制备的玻纤增强尼龙复合母粒材料的质量。
优选的,所述的玻璃纤维和所述的辅助功能型助剂均经过表面活性剂进行表面改性处理,所述的表面活性剂改性处理为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷中的至少一种搭配钛酸酯偶联剂TC-TTS、三(二辛基焦磷酰基)钛酸异丙酯、二(二辛基焦磷酰基)氧化乙酰肽中的至少一种。
通过采用上述技术方案,可改善玻璃纤维、辅助功能型助剂与基体树脂的界面作用力,使得玻璃纤维、辅助功能型助剂较为均匀分散于基体树脂内部,保证制备的玻纤增强尼龙复合母粒材料的质量。此外,上述组合式表面活性剂改性处理对于所制备的玻纤增强尼龙复合母粒材料的力学性能也有积极作用。
优选的,所述辅助功能型助剂主要是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼搭配伽马相针状三氧化二铝、石墨烯纳米片、六方氮化硼晶须中的至少一种组成;所述辅助功能型助剂的平均粒度控制在20-100nm。
本申请辅助功能型助剂中的氮化铝可起到导热绝缘的作用,使得所制备的进气歧管的耐热性能和物化性能更佳,且可辅助提升抗氧化性能和抗腐蚀性能,提升进气歧管的耐用性能。此外氮化铝可润滑抗磨的作用,提升进气歧管的耐用性能同时可减少甚至不额外添加润滑剂,可降低整体的生产成本且不影响加工性能。本申请辅助功能型助剂中的氮化钛可起到提升阻隔性能,进一步提升进气歧管的气密性能,保证所制备的进气歧管质量,且可辅助提升抗氧化性能和抗腐蚀性能,提升进气歧管的耐用性能。此外氮化钛可起到成核剂的作用,改善进气歧管力学质量,且氮化钛的添加赋予了进气歧管较好的热辐射反射性能,进而可改善整体的耐温性。平均粒度控制在20-100nm氮化铝和氮化钛复配使用,即可较好的反射热辐射,自身导热性能较好又可较快散热,实现改善整体进气歧管的耐温性能的目的,且20-100nm的粒径下,不影响激光焊接性。本申请辅助功能型助剂中的二硅化钼起到增韧补强的作用同时可改善高温抗氧化性,提升进气歧管的耐热使用稳定性。此外,二硅化钼起流动性良好且高温可塑性较好便于整体的加工生产。本申请辅助功能型助剂中的伽马相针状三氧化二铝与氮化钛复配使用可起到辅助加强致密阻隔性能,保证所制备的进气歧管质量。此外,伽马相针状三氧化二铝还可起到增韧补强、抗冷热疲、增强耐磨性的作用。本申请辅助功能型助剂中的石墨烯纳米片与氮化铝复配使用可有效改善整体物化性能和导热性能,提升整体进气歧管的质量。此外,石墨烯纳米片可改善整体的耐磨和抗菌防霉卫生性能,且不影响激光焊接性,提升进气歧管的竞争优势。本申请辅助功能型助剂中的六方氮化硼晶须与二硅化钼复配可有效改善进气歧管的耐热使用稳定性,且可起到增韧补强和提升耐磨性的作用,提升进气歧管的竞争优势。
优选的,所述辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼搭配伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须组成;所述氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须的质量比为(8-10):(2-8):(4-6):(1-4):(1-4)。
优选的,所述辅助功能型助剂由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、石墨烯纳米片、六方氮化硼晶须组成;所述氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、石墨烯纳米片、六方氮化硼晶须的质量比为(85-95):(25-35):(35-45):10:10:(15-25)。
通过采用上述技术方案,可有效改善所制备的进气歧管的耐热使用稳定性能、物化性能、阻隔气密性能、耐磨耐腐蚀性能,且具有较高的激光透过率,可进行激光焊接性能,便于加工生产,降低整体的生产成本。
优选的,所述抗老剂为UV-327搭配抗氧剂1098、抗氧剂1024、抗氧剂168、抗氧剂626中的至少两种。
通过采用上述技术方案,可保证所制备的用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合母粒材料的质量。
优选的,所述抗老剂为UV-327搭配抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626组成;所述UV-327、抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626的质量比为100:(80-160):(80-160):(20-40)。
通过采用上述技术方案,可保证密炼的混合均匀性,进而使得辅助功能型助剂较为均匀分散于基体树脂内部,保证所制备的用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合母粒材料的质量。若采用常规的抗老剂在密炼和挤出加工后制备的尼龙复合母粒材料的力学性能会较为明显低于本申请中采用上述抗老剂制备的尼龙复合母粒材料的力学性能。
优选的,所述的以为PA载体的硅酮母粒为赛陶CMB1505/PA6载体硅酮母粒、道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、瓦克硅酮母粒Genioplast PA445200中的至少一种。
通过优选的三种PA载体的硅酮母粒可改善所制备的进气歧管的表面光洁度,降低摩擦系数,进而降低使用时对空气的阻力,降低噪声提升驾驶舒适性,且使得燃料燃烧相对充分,降低废气排放量。此外,还可改普操作工艺性、基体树脂的流动性,降低挤出机扭矩、挤出机模压力,提高生产能力,降低熔融粘度、使得充模性更佳,降低整体的生产成本。
第二方面,本申请提供的一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料的制备方法,是通过以下技术方案得以实现的:
一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S1.原材料的干燥处理;
S2.按照配比将完成干燥的聚酰胺树脂、高透光协效剂、透光玻璃纤维、辅助功能型助剂、耐热稳定剂、以为PA载体的硅酮母粒、增透剂和抗老剂混合均匀进行密炼处理,密炼温度260-270℃,密炼时间150-180s使得物料呈流态;
S3.将S2中所得的呈流态的物料投入双螺杆挤出机喂料器,通过双螺杆挤出、造粒,经冷却、风干,即得到用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料。
本申请中的用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料的制备方法相对简单,操作难度低,便于实现工业化生产制造。
优选的,所述S3中双螺杆挤出机的加工参数如下:双螺杆挤出机由进料段到机头的温度设定依次为:200-230℃、220-250℃、240-260℃、240-270℃、250-280℃、250-280℃、250-280℃、250-280℃,模头的温度为260-270℃,螺杆转速为200-400r/min。
通过对双螺杆挤出机的加工参数的控制可保证所得尼龙复合材料的质量。
综上所述,本申请具有以下优点:
1、本申请中的尼龙复合材料具有优异的耐热稳定性能、耐磨性能、耐醇解性能、物化性能和超高的激光透过率,特别适用于汽车进气歧管制件的制备。
2、本申请中的用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料的制备方法相对简单,操作难度低,便于实现工业化生产制造。
具体实施方式
以下结合对比例和实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1
扁平玻纤的制备方法如下:
步骤一,配制表面改性处理溶液:将5g的3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷、3g的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、4g的三(二辛基焦磷酰基)钛酸异丙酯溶于2L的去离子水中,搅拌均匀后得表面改性处理溶液;
步骤二,称量100g的扁平玻纤置于步骤一中配制的表面改性处理溶液中,超声波处理30min后,沥干取出,置于60℃下烘干4h,得成品扁平玻纤。
制备例2
扁平玻纤的制备方法如下:
步骤一,将50g的3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷、30g的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、40g的三(二辛基焦磷酰基)钛酸异丙酯混合均匀得表面改性液;
步骤二,称量2000g的扁平玻纤置于绞龙螺旋输送机中循环混合,转速30r/min,循环混合过程中滴加步骤一中的表面改性液,滴加速度为4g/min,滴加完成后继续循环搅拌10min,得成品扁平玻纤。
制备例3
扁平玻纤的制备方法如下:
步骤一,自制复合硅烷偶联剂的制备如下:将准确称量的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、三(二辛基焦磷酰基)钛酸异丙酯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合均匀后,在80±1℃条件下回流反应3.0h得复合偶联剂;
步骤二,配制表面改性处理溶液:将6g复合偶联剂溶于1L去离子水中,搅拌均匀后得表面改性处理溶液;
步骤三,称量100g的扁平玻纤置于步骤二中配制的表面改性处理溶液中,超声波处理30min后,沥干取出,置于60℃下烘干4h,得成品扁平玻纤。
制备例4
扁平玻纤的制备方法如下:
步骤一,自制复合硅烷偶联剂的制备如下:将准确称量的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、三(二辛基焦磷酰基)钛酸异丙酯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合均匀后,在80±1℃条件下回流反应3.0h得复合偶联剂;
步骤二,称量2000g的扁平玻纤置于绞龙螺旋输送机中循环混合,转速30r/min,循环混合过程中滴加步骤一中的复合偶联剂,滴加速度为4g/min,滴加完成后继续循环搅拌10min,得成品扁平玻纤。
制备例5
表面接枝碳纳米管的扁平玻纤的制备方法如下:
步骤一,将扁平玻纤置于20%体积比的乙醇水溶液中超声波清洗30min,沥干取出,置于100℃下烘干2h,得表面干净的扁平玻纤;
同时配制Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液,将0.02mol的2-乙基-4-甲基咪唑2E4MI、0.01mol的醋酸银AgAc加入400mL的二氯甲烷中,磁力搅拌,转速240r/min,磁力搅拌时间控制在1-2小时,直至AgAc颗粒完全消失,得到澄清透明的Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液;
配制表面改性处理溶液:将5g的3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷、3g的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、4g的三(二辛基焦磷酰基)钛酸异丙酯溶于2L的去离子水中,搅拌均匀后得表面改性处理溶液;
步骤二,在Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中加入0.5g的CNTs、0.5g的PVP,采用超声分散3h,加入50克步骤一中的表面干净的扁平玻纤,继续超声分散30.0min得分散液,所得分散液进行减压蒸馏处理,去除分散液中的二氯甲烷,得固体物;
步骤三,固体物进行高温烧结处理,高温烧结温度控制在240℃,高温烧结的时间为4h,所得固体物进行研磨破碎筛分出3um以下的物料,即得接枝CNTs的扁平玻纤;
步骤四,称量接枝CNTs的扁平玻纤100g,置于步骤一中配制的表面改性处理溶液中,超声波处理30min后,沥干取出,置于60℃下烘干4h,得成品接枝CNTs的扁平玻纤。
制备例6
表面接枝碳纳米管的扁平玻纤的制备方法如下:
步骤一,将扁平玻纤置于20%体积比的乙醇水溶液中超声波清洗30min,沥干取出,置于100℃下烘干2h,得表面干净的扁平玻纤;
同时配制Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液,将0.02mol的2-乙基-4-甲基咪唑2E4MI、0.01mol的醋酸银AgAc加入400mL的二氯甲烷中,磁力搅拌,转速240r/min,磁力搅拌时间控制在1-2小时,直至AgAc颗粒完全消失,得到澄清透明的Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液;
自制复合硅烷偶联剂的制备如下:将准确称量的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、三(二辛基焦磷酰基)钛酸异丙酯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合均匀后,在80±1℃条件下回流反应3.0h得复合偶联剂,将6g复合偶联剂溶于1L去离子水中,搅拌均匀后得表面改性处理溶液;
步骤二,在Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中加入0.5g的CNTs、0.5g的PVP,采用超声分散3h,加入50克步骤一中的表面干净的扁平玻纤,继续超声分散30.0min得分散液,所得分散液进行减压蒸馏处理,去除分散液中的二氯甲烷,得固体物;
步骤三,固体物进行高温烧结处理,高温烧结温度控制在240℃,高温烧结的时间为4h,所得固体物进行研磨破碎筛分出3um以下的物料,即得接枝CNTs的扁平玻纤;
步骤四,称量接枝CNTs的扁平玻纤100g,置于步骤一中配制的表面改性处理溶液中,超声波处理30min后,沥干取出,置于60℃下烘干4h,得成品接枝CNTs的扁平玻纤。
实施例
一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,其特征在于:是由以下质量百分比的原料制成:28-32%的玻璃纤维、3-5%的辅助功能型助剂、1-5%的高透光协效剂、0.5-2%的耐热稳定剂、0.1-0.6%的增透剂、0.8-2%的抗老剂、0.1-0.5%的以为PA载体的硅酮母粒、余量为聚酰胺树脂。
聚酰胺树脂为PA56或者PA56和PA66形成的混合树脂。
具体地,本申请中采用上海凯赛生物的PA56 E-1273,相对粘度为2.7。本申请中采用河南神马的PA66 EPR27,相对粘度为2.7。
高透光协效剂为二醋酸甘油酯(GP)、柠檬酸三乙酯(TEC)、N-丁基苯磺酰胺(N-BBSA)、N-乙基邻对甲苯磺酰胺(N-E-O/PTSA)、聚环氧乙烷(PEO)中的至少一种。高透光协效剂起到高分子相态改性剂的作用。
玻璃纤维为扁平玻纤,扁平玻纤横截面的长度为20-35um,宽度为4-10um,玻纤长度为2500-3000um。具体地,本申请中采用的是山东泰山公司定制的扁平玻纤。
增透剂为聚喹恶啉、芳基磺酸钙、无水碳酸钠、钴酸钠、钴酸钾、硼酸钠、硼酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾的一种或两种以上的混合物。
耐热稳定剂为单体型碳化二亚胺和/或聚合型碳化二亚胺。
玻璃纤维和所述的辅助功能型助剂均经过表面活性剂进行表面改性处理。表面活性剂改性处理为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷中的至少一种搭配钛酸酯偶联剂TC-TTS、三(二辛基焦磷酰基)钛酸异丙酯、二(二辛基焦磷酰基)氧化乙酰肽中的至少一种。
辅助功能型助剂主要是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼搭配伽马相针状三氧化二铝、石墨烯纳米片、六方氮化硼晶须中的至少一种组成。
辅助功能型助剂的平均粒度控制在20-100nm。
具体地,氮化铝的平均粒度控制50nm,六方晶型,比表面积42.0m2/g;
具体地,氮化钛的平均粒度控制20nm,立方晶型,比表面积60.2m2/g;
具体地,二硅化钼的平均粒度控制100nm,立方晶型;
具体地,伽马相针状三氧化二铝平均粒度控制20nm,比表面积232m2/g;
具体地,石墨烯纳米片的平均厚度控制1nm,比表面积430m2/g;
具体地,六方氮化硼晶须的平均粒度控制1-3um,立方晶型,比表面积24.2m2/g。
优选地,辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼搭配伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须组成。氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须的质量比为(8-10):(2-8):(4-6):(1-4):(1-4)。
优选地,辅助功能型助剂由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、石墨烯纳米片、六方氮化硼晶须组成。氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、石墨烯纳米片、六方氮化硼晶须的质量比为(85-95):(25-35):(35-45):10:10:(15-25)。
抗老剂为UV-327搭配抗氧剂1098、抗氧剂1024、抗氧剂168、抗氧剂626中的至少两种。优选地,抗老剂为UV-327搭配抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626组成。其中,UV-327、抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626的质量比为100:(80-160):(80-160):(20-40)。
以为PA载体的硅酮母粒为赛陶CMB1505/PA6载体硅酮母粒、道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、瓦克硅酮母粒Genioplast PA445200中至少一种。
一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料的制备方法,包括以下步骤:S1.原材料的干燥处理,将聚酰胺树脂置于80℃下烘干24h;
S2.按照配比将完成干燥的聚酰胺树脂、高透光协效剂、透光玻璃纤维、辅助功能型助剂、耐热稳定剂、以为PA载体的硅酮母粒、增透剂和抗老剂混合均匀进行密炼处理,密炼温度200-240℃,密炼时间150-180s使得物料呈流态;
S3.将S2中所得的呈流态的物料投入双螺杆挤出机喂料器,通过双螺杆挤出、造粒,经冷却、风干,即得到用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料。其中,S3中双螺杆挤出机的加工参数如下:双螺杆挤出机由进料段到机头的温度设定依次为:200-230℃、220-250℃、240-260℃、240-270℃、250-280℃、250-280℃、250-280℃、250-280℃,模头的温度为260-270℃,螺杆转速为200-400r/min。
实施例1
本申请公开的一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例1中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、61.5%为聚酰胺树脂PA56。
抗老剂为质量比100:160:80:40的UV-327、抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626组成。
辅助功能型助剂是由质量比8:2:4:2:1的氮化铝、氮化钛、二硅化钼搭配伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须组成。辅助功能型助剂的表面改性方法与制备例1中的扁平玻纤表面改性方法相同。
一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S1.原材料的干燥处理,将聚酰胺树脂PA56置于80℃下烘干24h;
同时制备表面改性的扁平玻纤,具体制备方法参见制备例1;
同时制备表面改性的辅助功能型助剂,辅助功能型助剂的表面改性方法与制备例1中的扁平玻纤表面改性方法相同;
S2.按照配比将完成干燥的聚酰胺树脂PA56、高透光协效剂N-BBSA、制备例1中表面改性的扁平玻纤、耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、增透剂-钴酸钠、S1.中配制的抗老剂和道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒混合均匀进行密炼处理,密炼温度262±0.2℃,密炼时间160s使得物料呈流态;
S3.将S2中所得的呈流态的物料投入双螺杆挤出机喂料器,双螺杆挤出机的加工参数如下:双螺杆挤出机由进料段到机头的温度设定依次为:200℃、250℃、260℃、270℃、280℃、280℃、260℃、260℃,模头的温度为270℃,螺杆转速为400r/min,通过双螺杆挤出、造粒,经冷却、风干,即得到粒度为1.8-2.4mm的用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例1中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、58.5%为聚酰胺树脂PA56、3%的聚酰胺树脂PA66。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例1中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、55.5%为聚酰胺树脂PA56、6%的聚酰胺树脂PA66。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例1中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、49.5%为聚酰胺树脂PA56、12%的聚酰胺树脂PA66。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例1中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、41.5%为聚酰胺树脂PA56、20%的聚酰胺树脂PA66。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在:S2.按照配比将完成干燥的聚酰胺树脂PA56、高透光协效剂N-BBSA、制备例1中表面改性的扁平玻纤、耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、增透剂-钴酸钠、S1.中配制的抗老剂和道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒混合均匀进行密炼处理,密炼温度260±0.2℃,密炼时间180s使得物料呈流态。
实施例7
实施例7与实施例1的区别在:S2.按照配比将完成干燥的聚酰胺树脂PA56、高透光协效剂N-BBSA、制备例1中表面改性的扁平玻纤、耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、增透剂-钴酸钠、S1.中配制的抗老剂和道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒混合均匀进行密炼处理,密炼温度270±0.2℃,密炼时间150s使得物料呈流态。
实施例8
实施例8与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例2中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、49.5%为聚酰胺树脂PA56、12%的聚酰胺树脂PA66。
实施例9
实施例9与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例3中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、49.5%为聚酰胺树脂PA56、12%的聚酰胺树脂PA66。
实施例10
实施例10与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例4中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、49.5%为聚酰胺树脂PA56、12%的聚酰胺树脂PA66。
实施例11
实施例11与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例5中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、49.5%为聚酰胺树脂PA56、12%的聚酰胺树脂PA66。
实施例12
实施例12与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例6中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、49.5%为聚酰胺树脂PA56、12%的聚酰胺树脂PA66。
实施例13
实施例13与实施例12的区别在:辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须、石墨烯纳米片以质量比为9:3:4:1:1:2组成。
实施例14
实施例14与实施例12的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例6中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、0.8%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、49.8%为聚酰胺树脂PA56、12.1%的聚酰胺树脂PA66。
实施例15
实施例15与实施例12的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例6中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、2.0%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、48.9%为聚酰胺树脂PA56、11.8%的聚酰胺树脂PA66。
实施例16
实施例16与实施例12的区别在:抗老剂是由UV-327、抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626以质量比1:1:1:1组成。
实施例17
实施例17与实施例12的区别在:抗老剂是由UV-327、抗氧剂1098、抗氧剂626以质量比1:1:1组成。
实施例18
实施例18与实施例12的区别在:抗老剂是由UV-327、抗氧剂1024、抗氧剂626以质量比1:1:1组成。
实施例19
实施例19与实施例12的区别在:抗老剂是由UV-327、抗氧剂1098、抗氧剂168以质量比1:1:1组成。
实施例20
实施例20与实施例12的区别在:抗老剂是由UV-327、抗氧剂1024、抗氧剂168以质量比1:1:1组成。
实施例21
实施例21与实施例12的区别在:抗老剂是由UV-327、抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626以质量比100:80:80:20组成。
实施例22
实施例22与实施例12的区别在:抗老剂是由UV-327、抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626以质量比100:160:160:40组成。
实施例23
实施例23与实施例12的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例6中的扁平玻纤、4.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、48.7%为聚酰胺树脂PA56、11.8%的聚酰胺树脂PA66。
实施例24
实施例24与实施例12的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例6中的扁平玻纤、5.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、47.9%为聚酰胺树脂PA56、11.6%的聚酰胺树脂PA66。
实施例25
实施例25与实施例23的区别在:辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须以质量比8:4:6:4:2组成。
实施例26
实施例26与实施例23的区别在:辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须以质量比10:2:5:1:1组成。
实施例27
实施例27与实施例23的区别在:辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝以质量比为8:2:4:2组成。
实施例28
实施例28与实施例23的区别在:辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、六方氮化硼晶须以质量比为8:2:4:2组成。
实施例29
实施例29与实施例23的区别在:辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、石墨烯片以质量比为8:2:4:2组成。
实施例30
实施例30与实施例23的区别在:辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须、石墨烯纳米片以质量比为9:3:4:1:1:2组成。
实施例31
实施例31与实施例23的区别在:辅助功能型助剂是由化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须、石墨烯纳米片以质量比为1:1:1:1:1:1组成。
实施例32
实施例32与实施例23的区别在:辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须、石墨烯纳米片以质量比为10:4:3:1:1:1组成。
对比例
对比例1与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S1.原材料的干燥处理,将聚酰胺树脂PA56置于80℃下烘干24h;
同时制备表面改性的扁平玻纤,具体制备方法参见制备例1;
同时制备表面改性的辅助功能型助剂,辅助功能型助剂的表面改性方法与制备例1中的扁平玻纤表面改性方法相同;
S2.按照配比将完成干燥的聚酰胺树脂PA56、高透光协效剂N-BBSA、制备例1中表面改性的扁平玻纤、耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、增透剂-钴酸钠、S1.中配制的抗老剂和道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒混合均匀投入双螺杆挤出机喂料器,双螺杆挤出机的加工参数如下:双螺杆挤出机由进料段到机头的温度设定依次为:200℃、250℃、260℃、270℃、280℃、280℃、260℃、260℃,模头的温度为270℃,螺杆转速为400r/min,通过双螺杆挤出、造粒,经冷却、风干,即得到粒度为1.8-2.4mm的用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料。
对比例2与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的未经表面改性的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、61.5%为聚酰胺树脂PA56。
对比例3与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例1中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、61.5%为聚酰胺树脂PA56。且制备过程中未对辅助功能型助剂进行表面改性。
对比例4与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的未经表面改性的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、61.5%为聚酰胺树脂PA56。且制备过程中未对辅助功能型助剂进行表面改性。
对比例5与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例1中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、64.5%为聚酰胺树脂PA56。
对比例6与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例1中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、62%为聚酰胺树脂PA56。
对比例7与实施例1的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例1中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、61.8%为聚酰胺树脂PA56。
对比例8与实施例1的区别在:S2.按照配比将完成干燥的聚酰胺树脂PA56、高透光协效剂N-BBSA、制备例1中表面改性的扁平玻纤、耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、增透剂-钴酸钠、S1.中配制的抗老剂和道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒混合均匀进行密炼处理,密炼温度275±0.2℃,密炼时间150s使得物料呈流态。
对比例9与实施例1的区别在:S2.按照配比将完成干燥的聚酰胺树脂PA56、高透光协效剂N-BBSA、制备例1中表面改性的扁平玻纤、耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、增透剂-钴酸钠、S1.中配制的抗老剂和道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒混合均匀进行密炼处理,密炼温度260±0.2℃,密炼时间200s使得物料呈流态。
对比例10与实施例1的区别在:S2.按照配比将完成干燥的聚酰胺树脂PA56、高透光协效剂N-BBSA、制备例1中表面改性的扁平玻纤、耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、增透剂-钴酸钠、S1.中配制的抗老剂和道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒混合均匀进行密炼处理,密炼温度270±0.2℃,密炼时间140s使得物料呈流态。
对比例11与实施例12的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例6中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、0.6%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、50%为聚酰胺树脂PA56、12.1%的聚酰胺树脂PA66。
对比例12与实施例12的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例6中的扁平玻纤、3.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、2.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、48.8%为聚酰胺树脂PA56、11.7%的聚酰胺树脂PA66。
对比例13与实施例12的区别在:抗老剂是由UV-327、抗氧剂1010、抗氧剂168以质量比1:1:1组成。
对比例14与实施例12的区别在:抗老剂是由UV-327、抗氧剂1010、抗氧剂626以质量比1:1:1组成。
对比例15与实施例12的区别在:抗老剂是由UV-327、抗氧剂BHT、抗氧剂168以质量比1:1:1组成。
对比例16与实施例23的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例6中的扁平玻纤、2.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、50.3%为聚酰胺树脂PA56、122.2%的聚酰胺树脂PA66。
对比例17与实施例23的区别在:一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,是由以下质量百分比的原料制成:30%的制备例6中的扁平玻纤、6.0%的辅助功能型助剂、3.0%的高透光协效剂N-BBSA、0.5%的耐热稳定剂-聚合型碳化二亚胺、0.5%的增透剂-钴酸钠、1.2%的抗老剂、0.3%的以为PA载体的硅酮母粒-道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、47.1%为聚酰胺树脂PA56、11.4%的聚酰胺树脂PA66。
对比例18与实施例12的区别在:辅助功能型助剂为氮化铝。
对比例19与实施例23的区别在:辅助功能型助剂为氮化铝、氮化钛,氮化铝、氮化钛的质量比=1:1。
对比例20与实施例23的区别在:辅助功能型助剂为氮化铝、炭黑,氮化铝、炭黑的质量比=1:1。
对比例21与实施例23的区别在:辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、炭黑以质量比1:1:1组成。
对比例22与实施例23的区别在:辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼以质量比1:1:1组成。
对比例23与实施例23的区别在:辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、伽马相针状三氧化二铝以质量比1:1:1组成。
对比例24与实施例23的区别在:辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、六方氮化硼晶须以质量比1:1:1组成。
对比例25与实施例23的区别在:辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、石墨烯纳米片以质量比1:1:1组成。
性能检测试验
检测方法/试验方法
1、拉伸强度和断裂延伸率测试方法:按照ISO527-1-2019/-2-2012测试方法进行测定。
2、冲击强度测试方法:23℃简支梁缺口冲击按照ISO179-1eA-2010测试,试样尺寸80mm×10mm×4mm;缺口由乐来机加工,A型缺口;摆锤能量4.0J;冲击速度2.9m/s;跨距:62mm。-30℃简支梁缺口冲击按照ISO179-1eA-2010测试,试样尺寸80mm×10mm×4mm;缺口由乐来机加工,A型缺口;摆锤能量2.0J;冲击速度2.9m/s;跨距:62mm;低温处理条件:4小时-30℃。23℃简支梁无缺口冲击按照ISO179-1eA-2010测试,试样尺寸80mm×10mm×4mm。
3、耐醇解性和醇解后的拉伸保持率测试方法:将拉伸样条浸泡在乙二醇水溶液(乙二醇:水体积比1:1),放置于135℃的密闭恒温箱中,放置时间360h,取出后擦拭表面残留溶液,再放置室温下24小时后测试拉伸强度,计算性能保持率。
4、激光透过率测试方法:样条尺寸125mm*13mm*1.6mm,采用上海识湛TR-500激光透过率测试仪器测试,激光波长为960nm。
5、耐磨性能测试方法:按照ASTM D 3884-2009进行测试。
6、耐热稳定性能测试方法:置于100℃/80%湿度下,持续鼓风输氧;将试样置于型号YSGJS高低温湿热老化箱中老化1200h,测试拉伸强度、断裂延伸率、冲击强度。
7、热变形温度测试方法:按照ISO75-2020测试方法进行测定,样件尺寸80×10×4mm;1.8MPa;平放;未经退火。评判标准:热变形温度≥197℃。
数据分析
表1是实施例1-7和对比例1-10中玻纤增强尼龙复合材料老化前的测试参数表
表2是实施例1-7和对比例1-10中玻纤增强尼龙复合材料老化后的测试参数表
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表3是实施例1-7和对比例1-10中玻纤增强尼龙复合材料老化前的测试参数表
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结合实施例1-7和对比例1-10并结合表1-3可以看出,本申请中的尼龙复合材料激光焊接过程中具有出色的激光透过率和焊接强度,便于进行激光焊接。
结合实施例1-7和对比例1-10并结合表1-3可以看出,本申请中的尼龙复合材料耐乙二醇煮过程中都具有出色的耐醇解性能。
结合实施例1-7和对比例1-10并结合表1-3可以看出,实施例1-5之间对比可知,尼龙复合材料中PA56和PA66形成的混合聚酰胺树脂可起到改善力学强度的作用,优选PA66占其配方总质量的10-15%。
结合实施例1-7和对比例1-10并结合表1-3可以看出,实施例1、6-7与对比例1对比可知,先采用密炼的方式对其进行预混合,可使得玻璃纤维和辅助功能型助剂充分混合均匀,进而改善所制备的尼龙复合材料力学强度、耐热稳定性、耐磨性能、耐醇解性能,且对激光透过率影响小,焊接强度也相对较优。
结合实施例1-7和对比例1-10并结合表1-3可以看出,实施例1、6-7与对比例1、8-10对比可知,本申请配方下密炼参数控制在密炼温度200-240℃,密炼时间150-180s为宜,过高温度或者过低温度都会影响成品尼龙复合材料的质量,且密炼时间上也要控制,过长时间或者过短时间都会影响成品尼龙复合材料的质量。优选地,密炼温度262±0.2℃,密炼时间160s。
结合实施例1-7和对比例1-10并结合表1-3可以看出,实施例1与对比例2-4对比可知,对玻璃纤维和辅助功能型助剂均经过表面活性剂进行表面改性处理可改善成品尼龙复合材料的质量,所制备的尼龙复合材料力学强度、耐热稳定性、耐磨性能、耐醇解性能方面均有小幅提升,且对激光透过率影响小,焊接强度也相对较优,符合焊接标准。
结合实施例1-7和对比例1-10并结合表1-3可以看出,实施例1与对比例5对比可知,高透光协效剂的添加可改善成品尼龙复合材料的激光透过率和焊接强度。
结合实施例1-7和对比例1-10并结合表1-3可以看出,实施例1与对比例6对比可知,耐热稳定剂的添加可改善成品尼龙复合材料的耐老化强度、热变形温度、耐热使用稳定性、耐醇解性能。
结合实施例1-7和对比例1-10并结合表1-3可以看出,实施例1与对比例7对比可知,以为PA载体的硅酮母粒可小幅改善成品尼龙复合材料的激光透过率、焊接强度、抗老化性能、耐醇解性能。此外,以为PA载体的硅酮母粒可改善所制备的进气歧管的表面光洁度,降低摩擦系数,进而降低使用时对空气的阻力,降低噪声提升驾驶舒适性,且使得燃料燃烧相对充分,降低废气排放量。此外,还可改普操作工艺性、基体树脂的流动性,降低挤出机扭矩、挤出机模压力,提高生产能力,降低熔融粘度、使得充模性更佳,降低整体的生产成本。
表4是实施例1、8-13和对比例2-4中玻纤增强尼龙复合材料老化前的测试参数表
表5是实施例1、8-13和对比例2-4中玻纤增强尼龙复合材料老化后的测试参数表
表6是实施例1、8-13和对比例2-4中玻纤增强尼龙复合材料老化前的测试参数表
结合实施例1、8-13和对比例2-4并结合表4-6可以看出,实施例1、8-13与对比例2-4对比可知,对玻璃纤维和辅助功能型助剂均经过表面活性剂进行表面改性处理可改善成品尼龙复合材料的质量,所制备的尼龙复合材料力学强度、耐热稳定性、耐磨性能、耐醇解性能方面均有小幅提升,且对激光透过率影响小,焊接强度也相对较优,符合焊接标准。
结合实施例1、8-13和对比例2-4并结合表4-6可以看出,实施例1与实施例8对比可知,制备例2的表面处理方式所制备的尼龙复合材料综合性能较优,但是成本相对较制备例1的表面处理方式高些,制备例1更适于工业化生产。
结合实施例1、8-13和对比例2-4并结合表4-6可以看出,实施例1、8-9与实施例10对比可知,自制的复合偶联剂进行表面处理,所制备的尼龙复合材料综合性能较优,但是制备例3-4成本相对较制备例1-2的表面处理方式高。
结合实施例1、8-13和对比例2-4并结合表4-6可以看出,实施例1、8-11与实施例12对比可知,接枝CNTs的扁平玻纤所制备的尼龙复合材料综合性能较优,但是制备例5-6的成本相对较制备例1-4的表面处理方式高,适于高端车型的进气歧管的制备生产。
结合实施例1、8-13和对比例2-4并结合表4-6可以看出,实施例12与实施例13对比可知,实施例13中的尼龙复合材料综合性能较优于实施例12,辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须、石墨烯纳米片以质量比为9:3:4:1:1:2组成,所制备的尼龙复合材料力学强度、耐热稳定性、耐磨性能、耐醇解性能方面均有一定提升,且对激光透过率影响较小,同时具有较优的焊接强度,符合焊接标准。
表7是实施例12、14-22和对比例11-15中玻纤增强尼龙复合材料老化前的测试参数表
表8是实施例12、14-22和对比例11-15中玻纤增强尼龙复合材料老化后的测试参数表
表9是实施例12、14-22和对比例11-15中玻纤增强尼龙复合材料老化前的测试参数表
结合实施例12、14-22和对比例11-15并结合表7-9可以看出,实施例12、实施例14-15与对比例11-12相对比可知,抗老剂的添加量控制在0.8-2.0%可保证所制备的尼龙复合材料力学强度、耐热稳定性、耐磨性能、耐醇解性能相对较优异。
结合实施例12、14-22和对比例11-15并结合表7-9可以看出,实施例12、实施例16-22与对比例13-15相对比可知,UV-327搭配抗氧剂1098、抗氧剂1024、抗氧剂168、抗氧剂626中的至少两种,所制备的尼龙复合材料综合性能较好,且优选地,抗老剂为UV-327搭配抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626组成,UV-327、抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626的质量比为100:(80-160):(80-160):(20-40)。本申请中采用的优化技术方案如下:抗老剂为质量比100:160:80:40的UV-327、抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626组成
本申请中对抗老剂的研究是有必要,抗老剂的用量及其组成原料复配方案与密炼处理的温度和时间有着较大影响,基于本申请的制备方法下:密炼温度260-270℃,密炼时间150-180s,选择UV-327、抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626的质量比为100:(80-160):(80-160):(20-40)的方案较优。
表10是实施例12、23-32和对比例16-25中玻纤增强尼龙复合材料老化前的测试参数表
表11是实施例12、23-32和对比例16-25中玻纤增强尼龙复合材料老化后的测试参数表
表12是实施例12、23-32和对比例16-25中玻纤增强尼龙复合材料老化前的测试参数表
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结合实施例12、23-32和对比例16-25并结合表10-12可以看出,辅助功能型助剂由氮化铝、氮化钛、二硅化钼搭配伽马相针状三氧化二铝、石墨烯纳米片、六方氮化硼晶须中的至少一种组成,所制备的尼龙复合材料力学强度、耐热稳定性、耐磨性能、耐醇解性能相对较优异,且激光透过率较高,具有较好焊接强度,满足激光焊接的要求,便于进气歧管的生产制备。
结合实施例12、23-32和对比例16-25并结合表10-12可以看出,实施例12、23-24与对比例16-17相对比可知,在玻璃纤维添加量在30%下,辅助功能型助剂的添加量控制在3-5%较为适宜,即可保证成品质量又可控制生产成本。
结合实施例12、23-32和对比例16-25并结合表10-12可以看出,实施例23、实施例25、实施例27-29与对比例18-25对比可知,辅助功能型助剂由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须以质量比为(8-10):(2-8):(4-6):(1-4):(1-4)组成,所制备的尼龙复合材料综合性能较优。
结合实施例12、23-32和对比例16-25并结合表10-12可以看出,实施例23、实施例26、实施例30-32与对比例18-25对比可知,辅助功能型助剂由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、石墨烯纳米片、六方氮化硼晶须以质量比为(85-95):(25-35):(35-45):10:10:(15-25)组成,所制备的尼龙复合材料综合性能相对更优,但是整体的生产成本会高些,适合于高端车型。
综上所述,本申请中的尼龙复合材料具有优异的耐热稳定性能、耐磨性能、耐醇解性能、物化性能和超高的激光透过率,特别适用于汽车进气歧管制件的制备、激光焊接加工。此外,本申请中的用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料的制备方法相对简单,操作难度低,便于实现工业化生产制造。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释,其并不是对本申请的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,其特征在于:是由以下质量百分比的原料制成:28-32%的玻璃纤维、3-5%的辅助功能型助剂、1-5%的高透光协效剂、0.5-2%的耐热稳定剂、0.1-0.6%的增透剂、0.8-2%的抗老剂、0.1-0.5%的以PA为载体的硅酮母粒、余量为聚酰胺树脂;
所述聚酰胺树脂为PA56或者PA56和PA66形成的混合树脂;
所述高透光协效剂为N-丁基苯磺酰胺(N-BBSA);
所述增透剂为钴酸钠;
所述耐热稳定剂为单体型碳化二亚胺和/或聚合型碳化二亚胺;
所述玻璃纤维为扁平玻纤,扁平玻纤横截面的长度为20-35um,宽度为4-10um,玻纤长度为2500-3000um;
所述的玻璃纤维和所述的辅助功能型助剂均经过表面活性剂进行表面改性处理,所述的表面活性剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷中的至少一种搭配钛酸酯偶联剂TC-TTS、三(二辛基焦磷酰基)钛酸异丙酯、二(二辛基焦磷酰基)氧化乙酰肽中的至少一种;
所述辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼搭配伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须组成;所述氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须的质量比为(8-10):(2-8):(4-6):(1-4):(1-4);
或者所述辅助功能型助剂由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、石墨烯纳米片、六方氮化硼晶须组成;所述氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、石墨烯纳米片、六方氮化硼晶须的质量比为(85-95):(25-35):(35-45):10:10:(15-25);
所述辅助功能型助剂的平均粒度控制在20-100nm;
所述的以PA为载体的硅酮母粒为赛陶CMB1505/PA6载体硅酮母粒、道康宁MB50-011/PA6载体硅酮母粒、瓦克硅酮母粒Genioplast PA 445200中的至少一种;所述抗老剂为UV-327搭配抗氧剂1098、抗氧剂1024、抗氧剂168、抗氧剂626中的至少两种;
用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料的制备方法,包括以下步骤:S1.原材料的干燥处理;S2.按照配比将完成干燥的聚酰胺树脂、高透光协效剂、玻璃纤维、辅助功能型助剂、耐热稳定剂、以PA为载体的硅酮母粒、增透剂和抗老剂混合均匀进行密炼处理,密炼温度260-270℃,密炼时间150-180s使得物料呈流态;S3.S2中所得的呈流态的物料投入双螺杆挤出机喂料器,通过双螺杆挤出、造粒,经冷却、风干,即得到用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,其特征在于:所述辅助功能型助剂由质量比8:2:4:2:1的氮化铝、氮化钛、二硅化钼搭配伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须组成。
3.根据权利要求1所述的一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,其特征在于:所述辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须以质量比8:4:6:4:2组成。
4.根据权利要求1所述的一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,其特征在于:所述辅助功能型助剂是由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须以质量比10:2:5:1:1组成。
5.根据权利要求1所述的一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,其特征在于:所述辅助功能型助剂由氮化铝、氮化钛、二硅化钼、伽马相针状三氧化二铝、六方氮化硼晶须、石墨烯纳米片以质量比为9:3:4:1:1:2组成。
6.根据权利要求1所述的一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,其特征在于:所述抗老剂为UV-327搭配抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626组成;所述UV-327、抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626的质量比为100:(80-160):(80-160):(20-40)。
7.根据权利要求6所述的一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,其特征在于:所述抗老剂是由UV-327、抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626以质量比100:80:80:20组成。
8.根据权利要求6所述的一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,其特征在于:所述抗老剂是由UV-327、抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626以质量比100:160:160:40组成。
9.根据权利要求6所述的一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,其特征在于:所述抗老剂为质量比100:160:80:40的UV-327、抗氧剂1024、抗氧剂1098、抗氧剂626组成。
10.根据权利要求9所述的一种用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料,其特征在于:所述S3.将S2中所得的呈流态的物料投入双螺杆挤出机喂料器,双螺杆挤出机的加工参数如下:双螺杆挤出机由进料段到机头的温度设定依次为:200℃、250℃、260℃、270℃、280℃、280℃、260℃、260℃,模头的温度为270℃,螺杆转速为400r/min,通过双螺杆挤出、造粒,经冷却、风干,即得到粒度为1.8-2.4mm的用于发动机进气歧管的可激光焊接玻纤增强尼龙复合材料。
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