CN117777713A - 一种聚酰胺组合物及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种聚酰胺组合物及其制备方法与应用，包括质量份数如下的组分：30‑65份脂肪族聚酰胺、10‑20份半芳香族聚酰胺、10‑30份扁平玻璃纤维、0.1‑0.5份稳定剂、1‑2份金属盐改性剂，金属盐改性剂包括氯化锂、氯化钙中的一种或几种，所述金属盐改性剂的质量占所述聚酰胺组合物的1.1‑2.5％，其平整性好、透光性高、力学性能好。

Description

一种聚酰胺组合物及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及工程塑料技术领域，尤其涉及一种聚酰胺组合物及其制备方法与应用。

背景技术

聚酰胺，是世界上第一种合成纤维，是分子主链上含有重复酰胺基团的热塑性树脂的总称。聚酰胺具有优良的力学性能和电绝缘性能，机械强度高，韧性好，还具有优良的耐热性、耐候性和耐摩擦性，从而在汽车、电子电气、消费电器等领域都有广泛的应用。实际生产过程中，要将各个零部件组装连接在一起，形成一个完整的产品。常见的连接方式有粘接、机械固定、焊接。塑料激光焊接工艺是一种利用激光加热塑胶零件界面使其融化焊接在一起的工艺，要求上层材料具有透激光、下层材料具有吸激光的效果。激光焊接工艺原理：激光透过上层材料照射到下层材料表面，使下层材料吸收激光能量受热并带动上层透光材料一起融化，材料冷却固化后即形成一个整体。激光焊接过程对上层材料的激光透过性、下层材料的激光吸收性以及焊接位置的平整性要求高。对于传统玻纤增强聚酰胺材料，翘曲变形大、激光透过性差，使用激光焊接工艺时容易导致焊接失效。为了满足当下激光焊接聚酰胺产品的应用需求，我们需要开发高平整度高激光透过率聚酰胺材料。

现有技术中，专利申请号202211103789.4公开了用一氧化碳-乙烯-丙烯共聚物与聚酰胺制备的玻纤增强组合物，具备低吸水性和水蒸气透过率同时能够激光焊接，2mm板在980nm激光透过率为18-40。专利申请号202110632506.4公开了用苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物与聚酰胺制备的玻纤增强组合物具备较低低吸水性和较高激光透过性，2mm板在980nm激光透过率为20-33。专利申请号201510355624.X公开了添加高透光协效剂的玻纤增强可激光焊接聚酰胺材料，总透光率30-50％，该高透光协效剂为无形性尼龙、芳香族尼龙。

然而上述相关技术，均不能解决聚酰胺材料由于平整性问题导致的激光焊接失效问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种聚酰胺组合物及其制备方法与应用，平整性好、透光性高、尺寸形变小。

为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种聚酰胺组合物，包括质量份数如下的组分：30-65份脂肪族聚酰胺、10-20份半芳香族聚酰胺、10-30份扁平玻璃纤维、0.1-0.5份稳定剂、1-2份特定的金属盐改性剂；所述金属盐改性剂包括氯化锂、氯化钙中的一种或几种。

优选的，所述金属盐改性剂的质量占所述聚酰胺组合物的1.1-2.5％；更为优选的，金属盐改性剂的质量占所述聚酰胺组合物的1.8-2.0％。

本方案中，脂肪族聚酰胺与半芳香族聚酰胺的质量之和占聚酰胺组合物总质量的52％以上，优选的，脂肪族聚酰胺与半芳香族聚酰胺的质量之和占聚酰胺组合物总质量的55.3％-87％。

优选的，一种聚酰胺组合物，包括质量份数如下的组分：50-60份脂肪族聚酰胺、10-15份半芳香族聚酰胺、25-30份扁平玻璃纤维、0.2-0.4份稳定剂、1.5-2份金属盐改性剂。

优选的，脂肪族聚酰胺包括PA66、PA610、PA612、PA1010、PA 1012、PA1212中的一种或几种，其由脂肪族二元羧酸与脂肪族二胺为原料，经过缩聚反应而得；或由6-12个碳原子的内酰胺开环聚合得到或α,ω-氨基羧酸自缩合得到。

优选的，半芳香族聚酰胺包括PAMXD6、PA6I、PA10T、PA6T、PA4T、PA9T、PA12T中的一种或几种，其由脂肪族二胺与含苯环的二酸为原料，经过缩聚反应而得；或由含苯环的二胺与脂肪族二酸为原料，经过缩聚反应而得.

优选的，半芳香族聚酰胺的质量占所述聚酰胺组合物的10-25％；更为优选的，半芳香族聚酰胺的质量占所述聚酰胺组合物的18-20％。

优选的，稳定剂包括抗氧剂、紫外吸收剂、受阻胺类稳定剂、聚酰胺稳定剂中的一种或几种。所述抗氧剂可以为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯。所述紫外吸收剂可以为2、2′－亚甲基－双[4－特辛基－6－(2H-苯并三唑基－2)]苯酚、2-(2'-羟基-5'-特辛基苯基)苯并三唑。所述受阻胺类稳定剂可以为4.4’-双(α.α-二甲基苄基)二苯胺、N,N′-二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,3-苯二酰胺。所述聚酰胺稳定剂可以为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯。

第二方面，本申请提供一种聚酰胺组合物的制备方法，包括以下步骤：按组分配制，将脂肪族聚酰胺、半芳香族聚酰胺、稳定剂、金属盐改性剂熔融共混，并加入扁平玻璃纤维，挤出造粒，即得聚酰胺组合物；螺筒温度选用220～280℃，螺杆转速选用200～350rpm。优选的，双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1，螺筒温度选用270℃，螺杆转速选用200rpm。

第三方面，本申请提供一种聚酰胺组合物作为激光焊接零部件中的应用，例如汽车遥控钥匙、马达外壳等零件。

本申请的有益效果如下：

本申请在脂肪族聚酰胺中加入半芳香族聚酰胺、扁平玻璃纤维以及金属盐改性剂，其中半芳香族聚酰胺和金属盐改性剂共同作用降低结晶度，从而减少翘曲变形；使用脂肪族聚酰胺、半芳香族聚酰胺共混，复合材料结晶性降低，从而减少翘曲变形；本申请使用的扁平玻璃纤维可降低材料横向、纵向的收缩差异；本申请使用的金属盐改性剂，通过络合以及配位，使聚酰胺分子结晶受限，降低结晶度，大大提高材料的红外透光性，以及减少翘曲变形；按照本申请的组分配制得到的聚酰胺组合物强度高韧性好、尺寸变形小、红外透过率高，激光焊接更稳定。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本申请提供一种聚酰胺组合物，包括质量份数如下的组分：30-60份脂肪族聚酰胺、10-20份半芳香族聚酰胺、10-30份玻璃纤维、0.1-0.5份稳定剂、1-2份金属盐改性剂，玻璃纤维为扁平玻璃纤维。

按照本申请的组分配制得到的聚酰胺组合物强度高韧性好、尺寸变形小、红外透过率高，激光焊接更稳定。

扁平玻璃纤维作为短切玻璃，横截面的宽度为10～40um、横截面的厚度为5～18um，扁平玻璃纤维的长轴和短轴的长度比为2.2-4.8:1。

金属盐改性剂包括氯化锂、氯化钙中的一种或几种。

脂肪族聚酰胺由脂肪族二元羧酸与脂肪族二胺为原料，经过缩聚反应而得，包括但不限于PA66，PA610，PA612，PA1010，PA 1012，PA1212中的一种或几种。

脂肪族聚酰胺由6-12个碳原子的内酰胺开环聚合得到或α,ω-氨基羧酸自缩合得到，包括但不限于PA6，PA7，PA11，PA12中的一种或几种。

半芳香族聚酰胺由脂肪族二胺与含苯环的二酸为原料，经过缩聚反应而得；半芳香族聚酰胺由含苯环的二胺与脂肪族二酸为原料，经过缩聚反应而得。本申请的半芳香族聚酰胺包括但不限于PAMXD6、PA6I、PA10T、PA6T、PA4T、PA9T、PA12T中的一种或几种。

稳定剂包括抗氧剂、紫外吸收剂、受阻胺类稳定剂、聚酰胺稳定剂中的一种或几种；抗氧剂可以为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的一种或多种。紫外吸收剂可以为2,2′-亚甲基-双[4-特辛基-6-(2H-苯并三唑基-2)]苯酚、2-(2'-羟基-5'-特辛基苯基)苯并三唑中的一种或多种。受阻胺类稳定剂可以为4,4’-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺、N,N′-二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,3-苯二酰胺中的一种或多种。其它类型的聚酰胺稳定剂可以为三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或多种。

本申请提供一种聚酰胺组合物的制备方法，包括以下步骤：按组分配制，将脂肪族聚酰胺、半芳香族聚酰胺、稳定剂、金属盐改性剂熔融共混，并加入扁平玻璃纤维，挤出造粒，即得聚酰胺组合物。

具体的，聚酰胺组合物的制备方法，包括以下步骤：S1：按照配比，称取各组分，将除扁平玻璃纤维外的各组分预混合后，得到预混物；S2：将步骤S1的预混物投入到挤出机中进行熔融共混，扁平玻璃纤维通过侧喂方式喂入，并挤出造粒，得到聚酰胺组合物；其中双螺杆挤出机的螺杆长径比为36:1～48:1，螺筒温度选用220～280℃，螺杆转速选用200～350rpm。优选的，双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1，螺筒温度选用270℃，螺杆转速选用200rpm。

第三方面，本申请提供一种聚酰胺组合物作为激光焊接零部件中的应用。

以下通过具体实施例对本方案进行进一步说明。

本申请涉及到的原料组分来源如表1所示。

表1组分来源

实施例1-5及对比例1-5

一种聚酰胺组合物，包括质量份数如下的组分：脂肪族聚酰胺、半芳香族聚酰胺、玻璃纤维、稳定剂、金属盐改性剂；各组分用量如表2所示。

聚酰胺组合物的制备方法，包括以下步骤：按照配比，称取各组分，将除玻璃纤维外的各组分预混合后，得到预混物；将预混物投入到挤出机中进行熔融共混，玻璃纤维通过侧喂方式喂入，并挤出造粒，得到聚酰胺组合物；其中双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1，螺筒温度选用270℃，螺杆转速选用200rpm。

表2-1各实施例的组分配制

表2-2各对比例的组分配制

评价测试

对实施例1-8及对比例1-6的聚酰胺组合物进行测试，测试结果如表3所示：

拉伸强度：拉伸强度参照ISO 527-2-2012的相关标准进行测试；

悬臂梁缺口冲击强度：悬臂梁缺口冲击强度：悬臂梁缺口冲击强度参照ISO 180-2019的相关标准进行测试；

平整度：注塑长约200mm，宽约100mm，高约150mm的盒子制件，其中盒子制件底部镂空，通过对比盒子制件四个底脚翘曲的最大高度来评估材料的平整情况；

红外透过率：注塑100*100*2mm样板，使用激光透过率测试仪测试其透过率，设备为林上科技LS108H，激光波长为940nm。

表3测试结果

实施例1与对比例1相比，单独使用脂肪类聚酰胺，平整度及透光率大为下降；对比例2相对于实施例1相对于实施例1增加了半芳香族聚酰胺的用量，冲击强度大为下降；对比例3相对于实施例1将扁平玻璃纤维改为了圆形玻璃纤维，异型的结构降低了材料在横向和径向的收缩率差异，平整度及透光率的效果大为降低，对比例4相对于实施例1未使用金属盐改性剂透光率大为降低、平整度也下降，对比例5相对于实施例1过多的使用了金属盐改性剂，材料的结晶受限，结晶度降低，影响材料的刚性，导致拉伸强度大幅降低，透光率增大，但平整率降低；实施例7玻璃纤维含量也少，降低了玻纤对透光率的影响，虽然氯化锂含量低，两者共同影响，透光率也基本保持和前面实施例相当；由以上结果说明，本方案得到的材料具有较好的刚性、韧性且平整度好、激光透过率高。以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种聚酰胺组合物，其特征在于，包括质量份数如下的组分：30-65份脂肪族聚酰胺、10-20份半芳香族聚酰胺、10-30份扁平玻璃纤维、0.1-0.5份稳定剂、1-2份金属盐改性剂，所述金属盐改性剂包括氯化锂、氯化钙中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的聚酰胺组合物，其特征在于，所述金属盐改性剂的质量占所述聚酰胺组合物的1.1-2.5％。

3.根据权利要求1所述的聚酰胺组合物，其特征在于，所述脂肪族聚酰胺包括PA66、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的聚酰胺组合物，其特征在于，所述半芳香族聚酰胺包括PAMXD6、PA6I、PA10T、PA6T、PA4T、PA9T、PA12T中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的聚酰胺组合物，其特征在于，所述半芳香族聚酰胺的质量占所述聚酰胺组合物的10-25％。

6.根据权利要求1所述的聚酰胺组合物，其特征在于，所述稳定剂包括抗氧剂、紫外吸收剂、受阻胺类稳定剂、聚酰胺稳定剂中的一种或几种。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的聚酰胺组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按组分配制，将脂肪族聚酰胺、半芳香族聚酰胺、稳定剂、金属盐改性剂熔融共混，并加入扁平玻璃纤维，挤出造粒，即得聚酰胺组合物。

8.一种如权利要求1-6任一项所述的聚酰胺组合物作为激光焊接零部件中的应用。