CN103146187A - 一种聚酰胺复合材料、其制备方法及用途 - Google Patents

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Abstract

一种聚酰胺复合材料，包括聚酰胺、玻璃纤维、热稳定剂和润滑剂，所述的复合材料还包括导热填料，按所述的复合材料的总重量为基准，各组分的重量百分比含量如下：聚酰胺 30%-80% ；玻璃纤维 10%-50% ；导热填料 5%-30% ；热稳定剂 0.1%-2% ；润滑剂 0.1%-0.5% 。通过双螺杆挤出机上特殊的螺杆组合设计，使得粉体在不添加偶联剂时仍能很好的分散，综合性能仍然较好；该复合材料通过添加纳米导热填料，在不降低力学性能的前提下，提高了该复合材料的导热性能，将复合材料的使用温度提高至 180 ℃，延长了复合材料的使用寿命。

Description

一种聚酰胺复合材料、其制备方法及用途
技术领域
本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种聚酰胺复合材料、其制备方法及用途。
背景技术
聚酰胺是工程塑料的一种。聚酰胺由于具有优良的力学性能、热性能、耐化学性、耐磨性，被广泛应用于汽车部件、电子部件、电工部件等。玻纤增强改性聚酰胺更是作为金属的替代品被广泛应用于汽车零部件中，近年来，随着汽车轻量化发展的要求，热稳定聚酰胺替代金属用于发动机周边部件，比如发动机罩盖、发动机进气歧管等，由于采用添加热稳定剂来提高聚酰胺的热稳定性的技术只能保证聚酰胺长期使用温度低于150℃，材料在超过150℃的情况下寿命变短，而发动机室的工作温度常常会高于160℃。然而现有的通过添加导热粉体来改性的技术中，需要添加偶联剂来提高复合材料的性能，并且该导热粉体改性材料没有添加玻纤进行增强，无法应用到汽车发动机周边附件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种改进的聚酰胺复合材料。
本发明所要解决的另一技术问题是提供了一种聚酰胺复合材料的制备方法。
本发明所要解决的另一技术问题是提供了一种聚酰胺复合材料的用途。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种聚酰胺复合材料，包括聚酰胺、玻璃纤维、热稳定剂和润滑剂，所述的复合材料还包括导热填料，所述的导热填料为纳米粉，按所述的复合材料的总重量为基准，各组分的重量百分比含量如下：
Figure BDA00002987859800011
优选地，所述的聚酰胺为聚酰胺6、聚酰胺66中的一种或两种。
优选地，所述的玻璃纤维为短切玻璃纤维，其长度为2-8mm。
优选地，所述的导热填料为碳、Fe3O4、CuO、Al2O3中的一种或多种。
优选地，所述的热稳定剂为铜盐、碘盐、抗氧剂1098中的一种或两种。
优选地，所述的润滑剂为长链脂肪酸或长链脂肪酸盐。
一种所述的复合材料的制备方法，包括以下步骤：将配方中的润滑剂、热稳定剂和聚酰胺按质量比一起加入到高速混料机中混合得到预混物，将预混物从双螺杆挤出机的第一段加入，将导热填料和玻璃纤维分别从所述的双螺杆挤出机的第四段和第六段加入，与所述的双螺杆挤出机中的熔体混合，通过模头造粒即得所述的复合材料；
所述的双螺杆挤出机的螺杆转速为300-500rpm，所述的双螺杆挤出机的温度为：第一段：220-240℃、第二段：230-280℃、第三段：230-280℃、第四段：235-285℃、第五段：235-285℃、第六段：235-285℃、第七段：235-285℃、第八段：230-280℃、第九段：230-280℃，熔体温度：250-320℃。
优选地，所述的导热填料和所述的玻璃纤维从侧面强制加入。
优选地，所述的双螺杆挤出机的双螺杆为积木式双螺杆，其上装有多组捏合块和齿轮混合块。
一种所述的复合材料在汽车发动机周边部件中的用途。
所述的汽车发动机周边部件的长期使用温度>160℃，拉伸强度>125MPa,例如发动机盖、发动机进气歧管。
由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明将粉体和玻纤从挤出机的不同侧向段强制喂入，通过双螺杆挤出机上的特殊螺杆组合设计，在不需要添加偶联剂的基础上大大的改善了粉体，玻纤在复合材料中的分散程度，得到高性能的复合材料，满足发动机周边附件的材料使用要求；
该复合材料通过添加导热填料，在不降低力学性能的前提下，提高了该复合材料的导热性能，降低了热量在复合材料中的积累，将复合材料的使用温度提高至180℃，延长了复合材料的使用寿命；
本发明的复合材料具有导热性、增强性、热稳定性，并且加工经济方便。
具体实施方式
下面将通过具体实施例来对本发明进行进一步说明，但所述实施例仅用于解释说明本发明，并不是限制本发明。
实施例1
配方为：
Figure BDA00002987859800031
将聚酰胺6置于120℃旋转干燥器中干燥2小时，水分含量控制在0.5%一下；按重量百分比称取硬脂酸、CuI、KI和干燥好的聚酰胺6粉末，置于高速混料机中1500rpm下混合5分钟得到聚酰胺6预混物。将聚酰胺6预混物加入到挤出机中，挤出机设定，第一段：220℃，第二段240℃，第三段:240温度，第四段：245℃，第五段：240℃，第六段245℃，第七段：240℃，第八段：240℃，第九段：240℃，螺杆转速350rpm，熔体温度为250℃；将纳米碳粉从挤出机第四段侧面强制喂入，长度4mm的短切玻璃纤维从挤出机第六段强制喂入，然后与熔体混合，通过将挤出机挤出的料条经过水冷、切粒、筛分后得到复合材料。
实施例2
配方为：
Figure BDA00002987859800032
将聚酰胺66置于120℃旋转干燥器中干燥2小时，水分含量控制在0.5%一下；按重量百分比称取硬脂酸、CuI、KI和聚酰胺66粉末，置于高速混料机中1500rpm下混合5分钟得到聚酰胺66预混物。将聚酰胺66预混物加入到挤出机中，挤出机设定，第一段：240℃，第二段280℃，第三段:280温度，第四段：285℃，第五段：280℃，第六段285℃，第七段：280℃，第八段：280℃，第九段：280℃，螺杆转速350rpm，熔体温度310℃；将纳米碳粉从挤出机第四段侧面强制喂入，长度为4mm的短切玻璃纤维从挤出机第六段强制喂入，然后与熔体混合，通过将挤出机挤出的料条经过水冷、切粒、筛分后得到复合材料。
实施例3
配方为：
Figure BDA00002987859800041
将聚酰胺6置于120℃旋转干燥器中干燥2小时，水分含量控制在0.5%一下；按重量百分比称取硬脂酸、抗氧剂1098和聚酰胺6粉末，置于高速混料机中1500rpm下混合5分钟得到聚酰胺6预混物。将聚酰胺6预混物加入到挤出机中，挤出机设定，第一段：220℃，第二段240℃，第三段:240温度，第四段：245℃，第五段：240℃，第六段245℃，第七段：240℃，第八段：240℃，第九段：240℃，螺杆转速350rpm，熔体温度250℃；将纳米CuO粉从挤出机第四段侧面强制喂入，长度为4mm的短切玻璃纤维从挤出机第六段强制喂入，然后与熔体混合，通过将挤出机挤出的料条经过水冷、切粒、筛分后得到复合材料。
实施例4
配方为：
Figure BDA00002987859800042
将聚酰胺66置于120℃旋转干燥器中干燥2小时，水分含量控制在0.5%一下；按重量百分比称取硬脂酸、抗氧剂1098和聚酰胺66粉末，置于高速混料机中1500rpm下混合5分钟得到聚酰胺66预混物。将聚酰胺66预混物加入到挤出机中，挤出机设定，第一段：240℃，第二段280℃，第三段:280温度，第四段：285℃，第五段：280℃，第六段285℃，第七段：280℃，第八段：280℃，第九段：280℃，螺杆转速350rpm，熔体温度320℃；将纳米导热CuO粉从挤出机第四段侧面强制喂入，长度为4mm的短切玻璃纤维从挤出机第六段强制喂入，然后与熔体混合，通过将挤出机挤出的料条经过水冷、切粒、筛分后得到复合材料。
对比例1
配方为：
Figure BDA00002987859800051
将聚酰胺6置于120℃旋转干燥器中干燥2小时，水分含量控制在0.5%一下；按重量百分比称取硬脂酸、CuI、KI和聚酰胺6粉末，置于高速混料机中1500rpm下混合5分钟得到聚酰胺6预混物。将聚酰胺6预混物加入到挤出机中，挤出机设定，第一段：220℃，第二段240℃，第三段:240温度，第四段：245℃，第五段：240℃，第六段245℃，第七段：240℃，第八段：240℃，第九段：240℃，螺杆转速350rpm，熔体温度250℃；长度为4mm的短切玻璃纤维从挤出机第六段强制喂入，然后与熔体混合，通过将挤出机挤出的料条经过水冷、切粒、筛分后得到复合材料。
对比例2
配方为：
Figure BDA00002987859800061
将聚酰胺66置于120℃旋转干燥器中干燥2小时，水分含量控制在0.5%一下；按重量百分比称取硬脂酸、抗氧剂1098和聚酰胺66粉末，置于高速混料机中1500rpm下混合5分钟得到聚酰胺66预混物。将聚酰胺66预混物加入到挤出机中，挤出机设定，第一段：240℃，第二段280℃，第三段:280温度，第四段：285℃，第五段：280℃，第六段285℃，第七段：280℃，第八段：280℃，第九段：280℃，螺杆转速350rpm，熔体温度320℃；将长度为4mm的短切玻璃纤维从挤出机第六段强制喂入，然后与熔体混合，通过将挤出机挤出的料条经过水冷、切粒、筛分后得到复合材料。
性能评价：
将上述的实施例1-4及对比例1-2制得的改性颗粒置于120℃真空烘箱中2小时，用注塑机制得标准ISO拉伸和冲击试样，将试样放置于180℃烘箱中0,200,500和1000小时，取出冷却到室温，测试拉伸和冲击性能。结果如表1所示：
Figure BDA00002987859800062
表1
从表1可以看出，对比例为常规热稳定材料，在180℃，500小时后材料的力学性能下降明显，1000小时后，材料性能低于原先性能的80%。而采用本发明制得的导热纳米聚酰胺改性复合材料，即实施例1-4，材料在180℃，1000h后仍保持原先性能的90%。
以上对本发明做了详尽描述，但本发明并不限于以上实施方式，凡根据本发明的实质所做的等效变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种聚酰胺复合材料，包括聚酰胺、玻璃纤维、热稳定剂和润滑剂，其特征在于：所述的复合材料还包括导热填料，所述的导热填料为纳米粉，按所述的复合材料的总重量为基准，各组分的重量百分比含量如下：
聚酰胺                  30%-80%；
玻璃纤维                10%-50%；
导热填料                5%-30%；
热稳定剂                0.1%-2%；
润滑剂                  0.1%-0.5%。
2. 根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的聚酰胺为聚酰胺6、聚酰胺66中的一种或两种。
3. 根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维为短切玻璃纤维，其长度为2-8mm。
4. 根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的导热填料为碳、Fe3O4、CuO、Al2O3中的一种或多种。
5. 根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的热稳定剂为铜盐、碘盐、抗氧剂1098中的一种或两种。
6. 根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的润滑剂为长链脂肪酸或长链脂肪酸盐。
7. 一种如权利要求1-6中任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将配方中的润滑剂、热稳定剂和聚酰胺按质量比一起加入到高速混料机中混合得到预混物，将预混物从双螺杆挤出机的第一段加入，将导热填料和玻璃纤维分别从所述的双螺杆挤出机的第四段和第六段加入，与所述的双螺杆挤出机中的熔体混合，通过模头造粒即得所述的复合材料；
所述的双螺杆挤出机的螺杆转速为300-500rpm，所述的双螺杆挤出机的温度为：第一段：220-240℃、第二段：230-280℃、第三段：230-280℃、第四段：235-285℃、第五段：235-285℃、第六段：235-285℃、第七段：235-285℃、第八段：230-280℃、第九段：230-280℃，熔体温度：250-320℃。
8. 根据权利要求7所述的复合材料的制备方法：其特征在于：所述的导热填料和所述的玻璃纤维从侧面强制加入。
9. 根据权利要求7所述的复合材料的制备方法：其特征在于：所述的双螺杆挤出机的双螺杆为积木式双螺杆，其上装有多组捏合块和齿轮混合块。
10. 一种如权利要求1-6中任一项所述的复合材料在汽车发动机周边部件中的用途。
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