CN117720809A - 一种高耐热尼龙合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子复合材料技术领域，本发明公开了一种高耐热尼龙合金材料及其制备方法。所述高耐热尼龙合金材料包括如下原料：尼龙、玻璃纤维、聚苯醚、聚苯硫醚、接枝增容剂、润滑剂、抗氧剂。所得尼龙合金材料的拉伸强度为226～235MPa、弯曲强度为285～291MPa、冲击强度为28.9～36.2kJ/m3、在1.82MPa压力下的热变形温度为289～312℃。其具有优异的力学性能和高耐温性，可以满足更高要求的应用。另外，本发明还提供了所述高耐热尼龙合金材料的制备方法，将上述原料混合并进行熔融挤出造粒即可获得，制备工艺简单，适宜大范围推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种高耐热尼龙合金材料及其制备方法。
背景技术
聚酰胺，又称为尼龙，由于其具有高强度、高模量、较好的热变形温度、极好的耐化学性，以及高熔点、低摩擦系数等特点，在化工、电器、机械制造等领域中已得到十分广泛的应用。但尼龙材料极易吸水，吸水后导致尼龙材料的耐热性及机械性能下降严重。聚苯硫醚(PPS)是一种高性能热塑性特种工程塑料，其机械强度高、耐腐蚀，且具有优异的热稳定性和阻燃性。但聚苯硫醚(PPS)质地脆，易产生应力脆裂，影响了其使用范围。聚苯醚(PPO)因具有优良的机械性能、电性能、耐水性、耐热性而一直受到高分子材料加工与应用行业的特别关注。此外，聚苯醚(PPO)具有优异的阻燃性能，可广泛应用于电子电器、热电厂流体输送等领域。但聚苯醚(PPO)制品的耐应力开裂性欠佳，缺口冲击韧性不高，其应用领域一直得不到有效地拓展。
目前，为了提高尼龙合金材料的性能，通常采用聚苯硫醚(PPS)或聚苯醚(PPO)对其进行改性。聚苯硫醚(PPS)改性后的尼龙所制备得到的制品虽然冲击韧性和耐磨性有所提高，但刚性和耐热性均下降，同样不利于聚苯硫醚(PPS)和尼龙材料的发展。聚苯醚(PPO)改性后的尼龙所制备得到的制品由于相容性差，所得分散相和流动相的粘度不匹配，导致制品的力学性能无法满足更高要求的应用。
因此，本领域亟需发展一种力学性能优异，且具有高耐热性的尼龙合金材料。
发明内容
本发明的目的为提供一种高耐热尼龙合金材料及其制备方法，以解决现有的尼龙合金材料的力学性能和耐热性能差，无法满足高要求应用的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种高耐热尼龙合金材料，由包含如下质量份数的原料制备得到：尼龙50～100份、玻璃纤维20～50份、聚苯醚1～20份、聚苯硫醚1～20份、接枝增容剂1～10份、润滑剂0.2～0.8份、抗氧剂0.2～0.5份。
作为优选，所述尼龙包括PA6T/66和PA6T/6I；PA6T/66和PA6T/6I的质量比为1：1～2。
作为优选，所述玻璃纤维为高硅氧玻璃纤维或无碱玻璃纤维。
作为优选，所述接枝增容剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物、富马酸酐接枝聚苯醚和马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中的一种或多种。
作为优选，所述润滑剂为硅酮粉、N,N-乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯中的一种或多种。
作为优选，所述抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂1076和抗氧剂1010中的一种或多种。
本发明还提供了所述高耐热尼龙合金材料的制备方法，包括如下步骤：
将尼龙、玻璃纤维、聚苯醚、聚苯硫醚和接枝增容剂混合，得预混料；将预混料、润滑剂和抗氧剂进行熔融挤出造粒，得到尼龙合金材料。
作为优选，所述混合的搅拌速度为600～800r/min，混合的时间为2～3min。
作为优选，所述熔融挤出造粒在双螺杆挤出机中进行，熔融挤出造粒的温度为150～280℃，熔融挤出造粒的螺杆长径比为40～44：1，熔融挤出造粒的螺杆转速为350～550r/min。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：
本发明通过玻璃纤维、聚苯醚和聚苯硫醚对尼龙进行改性，可以显著提高所得尼龙合金材料的力学性能和耐热性。其中，聚苯醚和聚苯硫醚的联用可以降低其各自对尼龙进行改性所存在的缺陷，使得二者发挥更优异的性能。经检测，本发明所得尼龙合金材料的拉伸强度为226～235MPa、弯曲强度为285～291MPa、冲击强度为28.9～36.2kJ/m3、在1.82MPa压力下的热变形温度为289～312℃。所得尼龙合金材料具有优异的力学性能和高耐温性，可以满足更高要求的应用。
具体实施方式
本发明提供了一种高耐热尼龙合金材料，由包含如下质量份数的原料制备得到：尼龙50～100份、玻璃纤维20～50份、聚苯醚1～20份、聚苯硫醚1～20份、接枝增容剂1～10份、润滑剂0.2～0.8份、抗氧剂0.2～0.5份。
在本发明中，尼龙的用量优选为60～90份，进一步优选为70～80份；玻璃纤维的用量优选为25～45份，进一步优选为30～35份；聚苯醚的用量优选为5～15份，进一步优选为10～12份；聚苯硫醚的用量优选为5～15份，进一步优选为10～12份；接枝增容剂的用量优选为3～8份，进一步优选为5～7份；润滑剂的用量优选为0.3～0.6份，进一步优选为0.4～0.5份；抗氧剂的用量优选为0.3～0.4份，进一步优选为0.35份。
在本发明中，所述尼龙优选为包括PA6T/66和PA6T/6I；PA6T/66和PA6T/6I的质量比优选为1：1～2，进一步优选为1：1.2～1.5。
在本发明中，所述玻璃纤维优选为高硅氧玻璃纤维或无碱玻璃纤维。
在本发明中，所述接枝增容剂优选为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物、富马酸酐接枝聚苯醚和马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中的一种或多种。
在本发明中，所述润滑剂优选为硅酮粉、N,N-乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯中的一种或多种。
在本发明中，所述抗氧剂优选为抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂1076和抗氧剂1010中的一种或多种。
本发明还提供了所述高耐热尼龙合金材料的制备方法，包括如下步骤：
将尼龙、玻璃纤维、聚苯醚、聚苯硫醚和接枝增容剂混合，得预混料；将预混料、润滑剂和抗氧剂进行熔融挤出造粒，得到尼龙合金材料。
在本发明中，所述混合的搅拌速度优选为600～800r/min，进一步优选为700～750r/min；混合的时间优选为2～3min，进一步优选为140～160s。
在本发明中，所述熔融挤出造粒在双螺杆挤出机中进行，熔融挤出造粒的温度优选为150～280℃，进一步优选为180～250℃；熔融挤出造粒的螺杆长径比优选为40～44：1，进一步优选为42～43：1；熔融挤出造粒的螺杆转速优选为350～550r/min，进一步优选为400～450r/min。
本发明通过玻璃纤维、聚苯醚和聚苯硫醚对尼龙进行改性，同时辅以接枝增容剂，可以显著提高所得尼龙合金材料的力学性能和耐热性。其中，玻璃纤维、聚苯醚和聚苯硫醚复合可以避免玻璃纤维改性尼龙所得制品韧性降低脆性增加的问题，避免聚苯硫醚改性尼龙所得制品耐热性下降的问题，避免聚苯醚改性尼龙所得制品由于聚苯醚和尼龙相容性差所造成的的力学性能下降的问题。
本发明制备工艺简单，无需对尼龙与改性成分进行单独处理以提高改性成分与尼龙的相容性，本发明在接枝相容剂作用下将尼龙、玻璃纤维、聚苯醚和聚苯硫醚共混后经熔融挤出造粒即可得到各原料相容性优异的尼龙合金材料。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
本实施例所用原料及其用量为：
PA6T/6630份、PA6T/6I 30份、高硅氧玻璃纤维25份、聚苯醚5份、聚苯硫醚5份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物3份、聚乙烯蜡0.2份、抗氧剂1680.2份；
制备工艺为：
将PA6T/66、PA6T/6I、高硅氧玻璃纤维、聚苯醚、聚苯硫醚和甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物置于混料机中，以转速为600r/min混合2min，得到预混料；将预混料、聚乙烯蜡和抗氧剂168置于双螺杆挤出机中在250℃下进行熔融挤出造粒，得到尼龙合金材料。设置双螺杆挤出机的参数为：螺杆长径比为40：1、螺杆转速为400r/min。
实施例2
本实施例所用原料及其用量为：
PA6T/6630份、PA6T/6I 40份、无碱玻璃纤维35份、聚苯醚5份、聚苯硫醚10份、富马酸酐接枝聚苯醚1份、季戊四醇硬脂酸酯0.3份、抗氧剂10760.2份；
制备工艺为：
将PA6T/66、PA6T/6I、无碱玻璃纤维、聚苯醚、聚苯硫醚和富马酸酐接枝聚苯醚置于混料机中，以转速为600r/min混合140s，得到预混料；将预混料、季戊四醇硬脂酸酯和抗氧剂1076置于双螺杆挤出机中在180℃下进行熔融挤出造粒，得到尼龙合金材料。设置双螺杆挤出机的参数为：螺杆长径比为40：1、螺杆转速为450r/min。
实施例3
本实施例所用原料及其用量为：
PA6T/6620份、PA6T/6I 30份、无碱玻璃纤维30份、聚苯醚10份、聚苯硫醚10份、富马酸酐接枝聚苯醚3份、季戊四醇硬脂酸酯0.4份、抗氧剂10760.2份；
制备工艺为：
将PA6T/66、PA6T/6I、无碱玻璃纤维、聚苯醚、聚苯硫醚和富马酸酐接枝聚苯醚置于混料机中，以转速为700r/min混合2min，得到预混料；将预混料、季戊四醇硬脂酸酯和抗氧剂1076置于双螺杆挤出机中在250℃下进行熔融挤出造粒，得到尼龙合金材料。设置双螺杆挤出机的参数为：螺杆长径比为40：1、螺杆转速为400r/min。
实施例4
本实施例所用原料及其用量为：
PA6T/6640份、PA6T/6I 50份、高硅氧玻璃纤维20份、聚苯醚10份、聚苯硫醚10份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物5份、N,N-乙撑双硬脂酰胺0.4份、抗氧剂10100.3份；
制备工艺为：
将PA6T/66、PA6T/6I、高硅氧玻璃纤维、聚苯醚、聚苯硫醚和马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物置于混料机中，以转速为600r/min混合2min，得到预混料；将预混料、N,N-乙撑双硬脂酰胺和抗氧剂1010置于双螺杆挤出机中在280℃下进行熔融挤出造粒，得到尼龙合金材料。设置双螺杆挤出机的参数为：螺杆长径比为40：1、螺杆转速为400r/min。
实施例5
本实施例所用原料及其用量为：
PA6T/6640份、PA6T/6I 40份、高硅氧玻璃纤维20份、聚苯醚20份、聚苯硫醚15份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物7份、N,N-乙撑双硬脂酰胺0.3份、抗氧剂10100.3份；
制备工艺为：
将PA6T/66、PA6T/6I、高硅氧玻璃纤维、聚苯醚、聚苯硫醚和马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物置于混料机中，以转速为800r/min混合2min，得到预混料；将预混料、N,N-乙撑双硬脂酰胺和抗氧剂1010置于双螺杆挤出机中在250℃下进行熔融挤出造粒，得到尼龙合金材料。设置双螺杆挤出机的参数为：螺杆长径比为42：1、螺杆转速为450r/min。
对比例1
与实施例1的区别为：不添加高硅氧玻璃纤维，其它同实施例1。
对比例2
与实施例1的区别为：不添加聚苯醚，其它同实施例1。
对比例3
与实施例1的区别为：不添加聚苯硫醚，其它同实施例1。
对比例4
与实施例1的区别为：不添加聚苯硫醚和高硅氧玻璃纤维，其它同实施例1。
对比例5
与实施例1的区别为：不添加聚苯醚和高硅氧玻璃纤维，其它同实施例1。
对实施例1～5和对比例1～5所得尼龙合金材料进行性能测试，测试方法和结果如下：
测试样条的制备：将实施例1～5和对比例1～5所得尼龙合金材料在注塑温度为310℃、射胶速度为30mm/s、压力为80MPa、保压时间为5s的条件下分别制备得到测试样条，对测试样条进行性能测试，测试所依据的标准以及测试结果如表1所示。
表1实施例1～5和对比例1～5所得尼龙合金材料的性能
由表1可知，玻璃纤维、聚苯醚和聚苯硫醚协同可显著提高所得尼龙合金材料的力学性能和耐热性。玻璃纤维、聚苯醚和聚苯硫醚之间存在明显的协同作用，省略其中某一原料的添加会导致尼龙合金材料的力学性能和耐热性发生明显的下降。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高耐热尼龙合金材料，其特征在于，由包含如下质量份数的原料制备得到：尼龙50～100份、玻璃纤维20～50份、聚苯醚1～20份、聚苯硫醚1～20份、接枝增容剂1～10份、润滑剂0.2～0.8份、抗氧剂0.2～0.5份。
2.根据权利要求1所述高耐热尼龙合金材料，其特征在于，所述尼龙包括PA6T/66和PA6T/6I；PA6T/66和PA6T/6I的质量比为1：1～2。
3.根据权利要求2所述高耐热尼龙合金材料，其特征在于，所述玻璃纤维为高硅氧玻璃纤维或无碱玻璃纤维。
4.根据权利要求1～3任一项所述高耐热尼龙合金材料，其特征在于，所述接枝增容剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物、富马酸酐接枝聚苯醚和马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述高耐热尼龙合金材料，其特征在于，所述润滑剂为硅酮粉、N,N-乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述高耐热尼龙合金材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂1076和抗氧剂1010中的一种或多种。
7.权利要求1～6任一项所述高耐热尼龙合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将尼龙、玻璃纤维、聚苯醚、聚苯硫醚和接枝增容剂混合，得预混料；将预混料、润滑剂和抗氧剂进行熔融挤出造粒，得到尼龙合金材料。
8.根据权利要求7所述高耐热尼龙合金材料的制备方法，其特征在于，所述混合的搅拌速度为600～800r/min，混合的时间为2～3min。
9.根据权利要求7所述高耐热尼龙合金材料的制备方法，其特征在于，所述熔融挤出造粒在双螺杆挤出机中进行，熔融挤出造粒的温度为150～280℃，熔融挤出造粒的螺杆长径比为40～44：1，熔融挤出造粒的螺杆转速为350～550r/min。
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