一種增強增韌尼龍材料及其製備方法和應用與流程
2023-12-09 03:20:06
本發明涉及一種尼龍材料，具體涉及一種增強增韌尼龍材料，以及這種尼龍材料的製備方法和應用；屬於高分子複合材料領域。
背景技術：
尼龍是重要的工程塑料之一，它是大分子主鏈重複單元中含有醯胺基團的高聚物的總稱。醯胺鍵具有極性，可形成氫鍵，分子間作用力大，分子鏈排列整齊，具有較高的結晶性，使得尼龍具有較高的機械強度和彈性模量。同時尼龍還具有優良的電氣性能、耐磨、減振吸音、耐油及弱酸鹼、易於成型加工等優點，普遍應用於汽車、機械製造、軸承、電動工具、低壓電器等領域。但尼龍材料吸水性大，尺寸穩定性差，限制了其在機械強度、尺寸精密要求高等領域的應用。為了克服尼龍其缺點，擴寬尼龍材料的應用，行業中普遍採用對尼龍進行玻纖增強改性，來達到降低材料吸水性，提高材料尺寸穩定性和機械強度的目的。
但單純的增強尼龍材料韌性不夠，幹態和低溫下衝擊強度低，致使其在一些韌性要求高的領域，如電動工具、辦公家具、滑雪鞋以及高鐵用軸承保持架等領域的應用受到限制。現有技術主要是通過添加大量的增韌劑，如poe、epdm、epr、sbs、eva等來提高尼龍材料的韌性。因poe屬於非極性物質，與極性的尼龍樹脂不相容，在尼龍材料中使用需增加相容劑或將它與其他單體進行接枝改性後再使用，在poe的接枝應用上，馬來酸酐(mah)的接枝佔據了重要地位。然而，m-poe增韌劑為彈性體，本身粘度大，流動性差，致使加工流動性下降。m-poe雖顯著提升了材料韌性，但會導致材料機械性能變差、製件外觀差，如製件表面有浮纖，不能在一些對強度和外觀要求高的領域使用。
中國專利cn101983988a公開了一種聚醯胺6複合材料及其製備方法，其採用低粘度的紡絲級聚醯胺6作為流動改性劑來提升m-poe增韌聚醯胺材料的加工流動性和外觀，但此方案因為紡絲級聚醯胺6的加入，導致整個體系中樹脂的分子量降低，一定程度上降低了材料的機械強度。
一些文獻和資料有報導m-poe接枝率對材料的力學性能，尤其是韌性，有較大影響。報導顯示，m-poe的接枝率越高，與pa6相容性越好，pa6材料的韌性越好，但對加工流動性和外觀方面沒有實質上的研究。本發明人通過實踐證實尼龍材料的韌性跟m-poe的接枝率並無直接的對應關係。
通過複合物組分的調配來實現提升尼龍材料韌性和機械強度同時，改善材料的流動性和外觀，目前還未見報導，
技術實現要素：
本發明的要解決的技術問題是，為克服現有技術的不足，提供一種高強度良表面的增強增韌尼龍材料，該材料採用m-poe和poe復配物作為增韌劑使用，在提升材料韌性的同時，保證了材料的強度，改善了材料的流動性和注塑表面質量。
本發明的另一個目的是提供上述尼龍材料的製備方法和應用。
為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：
一種增強增韌尼龍材料，包括以下重量份計的原料：
所述增韌劑為乙烯-辛烯共聚物(poe)和馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(m-poe)的復配物；其中，乙烯-辛烯共聚物和馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物的重量比為1:1～1:4。
作為優選，所述增強增韌尼龍材料，包括以下重量份計的原料：
其中，所述尼龍樹脂為pa6，pa66，pa46，pa610和pa1010中的一種或幾種複合。
所述玻璃纖維為用矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或鋁酸酯偶聯劑處理過的短玻璃纖維。所述玻璃纖維長度為3～5mm，單絲玻璃纖維直徑為6～13μm。
所述增韌劑中m-poe與poe重量比優選為1:2～1:3。
所述潤滑劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、季戊四醇硬脂酸酯、乙撐雙硬酯醯胺、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、乙烯-丙烯酸共聚物和褐煤酸蠟中的一種或者幾種。
所述增強增韌尼龍材料還可包含其他助劑，所述的其他助劑為色粉、抗氧劑和熱穩定劑中的一種或幾種。
上述增強增韌尼龍材料的製備方法，其步驟為：
(1)按上述比例稱量各原料；
(2)將除玻璃纖維以外的原料置於高混機中混合均勻，然後通過主餵料倉加入雙螺杆擠出機中；
(3)玻璃纖維通過側餵料秤側喂，擠出，過水冷卻，造粒並乾燥後得到所述增韌尼龍材料。
上述製備方法中，所述的增韌劑也可單獨從另一側餵料倉加入。
本發明的另外一個目的是提供利用上述增強增韌尼龍材料製備的模製品。
本發明的有益效果：
本發明採用m-poe/poe復配體系，並通過精準的調控m-poe和poe的重量比，取得了意想不到的效果：本發明材料的韌性、強度、流動性和注塑表觀質量都比單獨使用m-poe增韌劑的產品要好，增韌劑用量低於10％時，缺口衝擊強度已達15kj/m2；增韌劑用量提高到15％時，缺口衝擊強度可達36kj/m2，熔融指數值可達27g/10min，材料流動性良好，打制的製件外觀優良，表面光滑無浮纖；在玻纖含量僅為15％時，材料的拉伸強度已可做到120mpa，彎曲強度可做到140mpa。
具體實施方式
下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但不並因此將本發明的發明限制在所述的實施例範圍之中，凡是以本發明的思路所做的等效替換，均在本發明的保護範圍。
現對實施例及對比例所用的原材料做如下說明，但不限於這些材料：
pa6：m2400(新會美達公司)
pa66：epr27(神馬公司)
玻璃纖維：ecs-301cl-4.5(重慶國際複合公司)
m-poe(接枝率1％)：瀋陽科通公司
m-poe(接枝率0.8％)：瀋陽科通公司
m-poe(接枝率1.2％)：瀋陽科通公司
m-poe(接枝率0.25％)：瀋陽科通公司
m-poe(接枝率0.27％)：瀋陽科通公司
m-poe(接枝率0.04％)：瀋陽科通公司
純poe(8150)：杜邦公司
潤滑劑taf：蘇州興泰國光公司
黑色母：n54/1044(英國高萊)
實施例1～實施例17及對比例1～對比例12：增強增韌尼龍材料的製備
實施例1～實施例17的各物料配比見表1，對比例1～對比例12的各物料配比見表2。將尼龍樹脂、增韌劑、潤滑劑和其他助劑在高混機中混合均勻後，通過主餵料倉加入雙螺杆擠出機中，增韌劑也可單獨從另一側餵料倉加入，玻璃纖維通過側餵料秤側喂，擠出，過水冷卻，風乾和造粒，即得增強增韌尼龍材料。
性能測試方法如下，各實施例和對比例的性能數據分別見表1和表2：
(1)拉伸強度，按照iso527-1/-2標準方法測試，拉伸速率採用2mm/min；
(2)彎曲強度，按照iso178標準方法測試；
(3)簡支梁缺口衝擊強度，按照iso179/1eu標準方法測試；
(4)注塑表觀，採用目視評估；
(5)熔指，按照iso1133標準方法測試，其中pa66體系，測試溫度為275℃，pa6體系，測試溫度為235℃。
表1各實施例組合物的組分配比和性能測試結果
表2各對比例組合物的組分配比和性能測試結果
從實施例1～3和對比例1-3、實施例7～8和對比例8-9、實施例13-16和對比例13可以看出，增韌體系採用m-poe/poe復配體系相比於單獨使用m-poe增韌劑，製備得到的增強增韌尼龍材料的缺口衝擊強度、流動性能明顯提升，機械強度也有所提高，而且注塑表面質量很好，無起皮、無浮纖問題。
從實施例3-5和對比例6～7、實施例8-12和對比例12、實施例13-16和對比例16可以看出，只有m-poe/poe復配體系中m-poe與poe的重量比在1:1～1:4時，m-poe/poe復配體系製得的增強增韌尼龍材料的韌性、強度、流動性和注塑表觀才比單獨使用m-poe增韌劑製得的材料性能更優，m-poe與poe的重量比超出此範圍產品相關性能與單獨使用m-poe增韌劑的產品性能相當。