CN104130570A - 聚酰胺复合材料及其制法和在制备汽车门把手中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚酰胺复合材料，由以下重量百分比的原料制成：50～70％尼龙6、20-40％纤维状填料、0-4％蒙脱土、0-1％环氧树脂、0.01～2％热稳定剂、0.1～2％加工助剂、0～2％颜料，尼龙6采用相对粘度为1.2-1.4支链型尼龙6。本发明聚酰胺复合材料可用于汽车门把手气辅成型，该材料解决了复合材料气辅注射成型过程中出现的注射不满和外观光泽降低的问题，通过流动性改善，提高本发明聚酰胺复合材料的注塑成型的性能以及提高制件的外观质量。本发明还公开了一种聚酰胺复合材料的制备方法，采用现有设备双螺杆挤出机即可实现，易于操作和实施，易于工业化大规模生产，具备广阔的应用前景。

Description

聚酰胺复合材料及其制法和在制备汽车门把手中的应用
技术领域
本发明涉及聚酰胺复合材料领域，具体涉及一种聚酰胺复合材料及其制备方法和在制备汽车门把手中的应用。
背景技术
塑料制件具有设计空间大、加工成本低、光洁度高、防锈蚀等优点，同时重量较金属显著降低，在现代汽车行业中大量使用，是节能减排的重要方向。随着注塑加工技术的不断发展，各种新型注塑技术逐渐成熟，其中气辅成型技术使用越来越普遍，该技术能在保证制件使用要求的前提下进一步降低塑料制件的重量，在一些汽车塑料制件中广泛采用，气体辅助注射成型过程首先是向模腔内进行树脂的欠料注射，然后把经过高压压缩的氮气导入熔融物料当中，气体沿着阻力最小方向流向制品的低压和高温区域。当气体在制品中流动时，它通过置换熔融物料而掏空厚壁截面。这些置换出来的物料充填制品的其余部分。当填充过程完成以后，由气体继续提供保压压力，将射出品的收缩或翘曲问题降至最低。它具有注射压力低、制品翘曲变形小以及易于加工壁厚差异较大的制品等优点。
聚酰胺俗称尼龙，是分子主链上含有酰胺基团重复结构单元的线型热塑性聚合物，具有强韧耐磨、耐疲劳、耐油、无毒等优良特性，是汽车行业不可替代的高性能工程塑料，但是，由于尼龙含有极性大酰胺基团，导致其具有容易吸水导致强度降低的缺点，因此一般情况下都需要对其进行增强、防老化改性，以提高其强度和耐热老化性能，满足各种严苛环境条件下的使用要求。
由于增强填料和其它助剂的加入，增强改性后的尼龙复合材料一般都会出现流动性变差、以及制件外观光泽度降低等问题，尤其当注塑加工采用气辅注塑技术成型时，由于其独特的注射工艺，注射时间较长，注射压力、保压压力低，因此在生产某些结构的制件时很容易出现注射不满以及制件外观光泽度差的情况。
申请号为CN101191012A(申请号为200610118665.5)的中国发明专利申请公开了一种高光泽、高流动长玻璃纤维增强聚酰胺复合材料及其制造方法，该材料由70％～40％通过对已有的线性聚酰胺树脂采用双螺杆挤出机进行反应挤出制备的改性星型聚酰胺树脂熔体浸渍30％～60％与颗粒长度平行的方式排列的长玻璃纤维制得。所述改性星型聚酰胺树脂含有如下重量百分数的组分：聚酰胺树脂94％～99％，1,4-二氨基丁烷-N,N’-四-1-丙基胺0.05％～5％以及热稳定剂0.1～2％。该技术方案通过添加改性星型聚酰胺树脂，来提高材料的力学性能，以克服现有技术在改善玻璃纤维增强聚酰胺制件力学性能的同时带来材料制件的表观质量差、注射性能差的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种聚酰胺复合材料，可用于汽车门把手气辅成型，该材料解决了复合材料气辅注射成型过程中出现的注射不满和外观光泽降低的问题，通过流动性改善，提高本发明聚酰胺复合材料的注塑成型的性能以及提高制件的外观质量。
一种聚酰胺复合材料，由以下重量百分比的原料制成：
所述的尼龙6采用相对粘度为1.2-1.4支链型尼龙6。
所述的尼龙6采用相对粘度为1.2-1.4支链型尼龙6，即该尼龙6的分子链为支链型，其相对粘度为1.2-1.4，为高流动性尼龙，进一步优选相对粘度为1.2。支链型尼龙6是采用特殊聚合方法，使得生产出的尼龙6分子链为树枝型，这种支链型尼龙6与普通直链尼龙相比，在相同的分子量情况下，分子的空间体积更小、分子与分子之间的缠结更小，因此具有突出的流动性和加工性，采用相对粘度为1.2的支链型尼龙6能保证本发明聚酰胺复合材料具有更加良好的流动性，有利于增强改性后的气辅注射加工。通过流动性改善，提高本发明聚酰胺复合材料的注塑成型的性能以及提高制件的外观质量。
作为优选，所述的聚酰胺复合材料，由以下重量百分比的原料制成：
所述的尼龙6采用相对粘度为1.2-1.4支链型尼龙6。
进一步优选，所述的聚酰胺复合材料，由以下重量百分比的原料制成：
所述的尼龙6采用相对粘度为1.2-1.4支链型尼龙6。
本发明中，尼龙6作为基料，具有强韧耐磨、耐疲劳、耐油、无毒等优良特性，纤维状填料能够对尼龙6的性能起到很好的增强，蒙脱土均匀地分散在基体中，同时，蒙脱土晶层与基体物质结合紧密，之间有较强的作用力，在挤出机中收到强剪切力，基本能够分散，并且蒙脱土晶层有很好的取向。适量的环氧树脂能够起到交联的作用，环氧树脂的交联扩链作用是分子链之间引入较多的支链，从而起到内增塑的作用，使得分子链运动能力增加。本发明通过尼龙6、纤维状填料、蒙脱土、环氧树脂为主要原料，并且结合热稳定剂、加工助剂以及颜料在保证其力学性能的同时，使得流动性改善，提高本发明聚酰胺复合材料的注塑成型的性能以及提高制件的外观质量(如外观光泽度)。
所述的纤维状填料为无碱玻璃纤维、碳纤维、针状硅灰石中的一种或两种以上。作为优选，所述的无碱玻璃纤维采用表面经过硅烷偶联剂改性过的无碱玻璃纤维，纤维直径为10μm-15μm，能够达到分散性与力学性能的平衡。
蒙脱土一方面作为成核剂，有利于聚合物的结晶，提高复合材料的表观质量，另一方面，提高了复合材料的热变形温度和力学性能。所述的蒙脱土采用1500～3000目的规格。
少量的环氧树脂能在分子链间形成交联结构，降低材料的内应力，减少了材料的内部缺陷。环氧树脂可采用现有技术，优选为环氧树脂E44。
所述的热稳定剂为碱金属卤化物，所述的碱金属卤化物为碘化亚铜、氯化亚铜、碘化钾、溴化钾中的一种或两种以上，进一步优选，所述的热稳定剂为由质量比1：8的碘化亚铜和碘化钾组成的混合物。
所述的加工助剂为各种脂肪酸金属钙盐，进一步优选，所述的加工助剂为硬脂酸钙，能够提高材料的加工性能。
所述的颜料为各种无机颜料，具体可选择炭黑、钛白粉、氧化铁等中的一种或两种以上，可以根据颜色要求进行使用。
更进一步优选，所述的聚酰胺复合材料，由以下重量百分比的原料制成：
所述的尼龙6采用相对粘度为1.2-1.4支链型尼龙6；
所述的无碱玻璃纤维采用表面经过硅烷偶联剂改性过的无碱玻璃纤维，纤维直径为10μm-15μm；
所述的蒙脱土采用1500～3000目的规格；
所述的环氧树脂采用环氧树脂E44；
所述的热稳定剂为由质量比1：8的碘化亚铜和碘化钾组成的混合物；
所述的加工助剂为硬脂酸钙。
本发明提供了一种聚酰胺复合材料的制备方法，采用现有设备双螺杆挤出机即可实现，易于操作和实施。
一种聚酰胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将尼龙6、蒙脱土、环氧树脂、热稳定剂、加工助剂和颜料加入到搅拌机中混合均匀后从主喂料料斗加入双螺杆挤出机中，将纤维状填料从侧位料料斗加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机挤出后经过水冷、切粒和干燥，得到聚酰胺复合材料。
所述的搅拌机选用本领域常用的高速搅拌机，一般可选用转速为2000RPM～4000RPM(转/分钟)的高速搅拌机，一般混合的时间为0.5min～1.5min。即所述的搅拌机中混合均匀的条件为在2000～4000转/分钟中混合0.5min～1.5min。
所述的双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度段至第八温度段的温度设定分别为195～205℃、190～200℃、190～200℃、180～190℃、180～190℃、170～180℃、170～180℃、170～180℃，模头的温度为190～200℃。
所述的双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度段至第八温度段的温度设定分别为200℃、195℃、195℃、185℃、185℃、175℃、175℃、175℃，模头的温度为195℃。
本发明聚酰胺复合材料可经过气辅注射成型制备各种中空塑料制件，优选的，可采用气辅注射成型制备汽车门把手。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明聚酰胺复合材料，利用新型高流动性尼龙6材料，并且添加了纤维状填料、蒙脱土、环氧树脂等，相互之间有一定的协同作用，在保证材料力学性能和耐热性条件下，大大改善了增强改性后复合材料的流动性能，满足气辅注射成型的特殊加工条件，提高了制品外观的光泽，同时由于流动性的改善能大大降低注射成型时的温度，降低了注射加工温度，提高了生产效率和合格率。
本发明聚酰胺复合材料的制备方法，采用现有设备双螺杆挤出机即可实现，易于操作和实施，易于工业化大规模生产，具备广阔的应用前景。
本发明聚酰胺复合材料可经过气辅注射成型制备各种中空塑料制件，特别适合采用气辅注射成型制备汽车门把手，制备的汽车门把手力学性能优异，外观光泽度好，质量较好，有利于市场化大规模推广应用。
具体实施方式
实施例1
聚酰胺复合材料采用以下重量百分比的原料：
68％尼龙6(株洲时代新材料科技股份有限公司，牌号XC050，相对粘度为1.2的支链型尼龙6)、30％纤维状填料(无碱玻璃纤维435N，泰山玻纤厂，采用表面经过硅烷偶联剂改性过的无碱玻璃纤维，纤维直径为10μm-15μm)、0.2％热稳定剂(美国领先HS02，由质量比1：8的碘化亚铜和碘化钾组成的混合物)、0.8％的加工助剂(硬脂酸钙)、1％颜料(黑色母3785，卡博特公司)；
将尼龙6、热稳定剂、加工助剂和颜料加入到高速搅拌机中3000RPM混合1min后从主喂料料斗加入双螺杆挤出机中，将纤维状填料从侧位料料斗加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机挤出后经过水冷、切粒和干燥，得到聚酰胺复合材料；
该双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度段至第八温度段的温度设定分别为200℃、195℃、195℃、185℃、185℃、175℃、175℃、175℃，模头的温度为195℃。
实施例2
聚酰胺复合材料采用以下重量百分比的原料：
58％尼龙6(株洲时代新材料科技股份有限公司，牌号XC050，相对粘度为1.2的支链型尼龙6)、40％无碱玻璃纤维435N(泰山玻纤厂，采用表面经过硅烷偶联剂改性过的无碱玻璃纤维，纤维直径为10μm-15μm)、0.2％热稳定剂(美国领先HS02，由质量比1：8的碘化亚铜和碘化钾组成的混合物)、0.8％的加工助剂(硬脂酸钙)、1％颜料(黑色母3785，卡博特公司)；
将尼龙6、热稳定剂、加工助剂和颜料加入到高速搅拌机中3000RPM混合1min后从主喂料料斗加入双螺杆挤出机中，将纤维状填料从侧位料料斗加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机挤出后经过水冷、切粒和干燥，得到聚酰胺复合材料；
该双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度段至第八温度段的温度设定分别为200℃、195℃、195℃、185℃、185℃、175℃、175℃、175℃，模头的温度为195℃。
实施例3
聚酰胺复合材料采用以下重量百分比的原料：
68％尼龙6(株洲时代新材料科技股份有限公司，牌号XC050，相对粘度为1.2的支链型尼龙6)、27.5％纤维状填料(无碱玻璃纤维435N，泰山玻纤厂，采用表面经过硅烷偶联剂改性过的无碱玻璃纤维，纤维直径为10μm-15μm)、2％蒙脱土(灵寿县华润矿物粉体加工厂，2500目)、0.5％环氧树脂(环氧树脂E44，巴陵石化)、0.2％热稳定剂(美国领先HS02，由质量比1：8的碘化亚铜和碘化钾组成的混合物)、0.8％的加工助剂(硬脂酸钙)、1％颜料(黑色母3785，卡博特公司)；
将尼龙6、蒙脱土、环氧树脂、热稳定剂、加工助剂和颜料加入到高速搅拌机中3000RPM混合1min后从主喂料料斗加入双螺杆挤出机中，将纤维状填料从侧位料料斗加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机挤出后经过水冷、切粒和干燥，得到聚酰胺复合材料；
该双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度段至第八温度段的温度设定分别为200℃、195℃、195℃、185℃、185℃、175℃、175℃、175℃，模头的温度为195℃。
实施例4
聚酰胺复合材料采用以下重量百分比的原料：
58％尼龙6(株洲时代新材料科技股份有限公司，牌号XC050，相对粘度为1.2的支链型尼龙6)、37.5％无碱玻璃纤维435N(泰山玻纤厂，采用表面经过硅烷偶联剂改性过的无碱玻璃纤维，纤维直径为10μm-15μm)、2％蒙脱土(灵寿县华润矿物粉体加工厂，2500目)、0.5％环氧树脂(环氧树脂E44，巴陵石化)、0.2％热稳定剂(美国领先HS02，由质量比1：8的碘化亚铜和碘化钾组成的混合物)、0.8％的加工助剂(硬脂酸钙)、1％颜料(黑色母3785，卡博特公司)；
将尼龙6、蒙脱土、环氧树脂、热稳定剂、加工助剂和颜料加入到高速搅拌机中3000RPM混合1min后从主喂料料斗加入双螺杆挤出机中，将纤维状填料从侧位料料斗加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机挤出后经过水冷、切粒和干燥，得到聚酰胺复合材料；
该双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度段至第八温度段的温度设定分别为200℃、195℃、195℃、185℃、185℃、175℃、175℃、175℃，模头的温度为195℃。
对比例1
采用新会美达公司生产的型号为M2400的尼龙6，其余同实施例1。
对比例2
采用新会美达公司生产的型号为M2400的尼龙6，其余同实施例2。
将实施例1、2、3和4以及对比例1、2制备的聚酰胺复合材料通过注射机成型加工为测试样条，进行了力学性能和外观对比检测，结果如表1所示；
表1
将实施例1、2、3和4以及对比例1、2制备的聚酰胺复合材料通过注射机气辅成型加工为汽车门把手制件，对比外观、注射温度以及制件拉力测试，结果如表2所示。
表2
对比项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
拉力强度(N) 1550 1852 1650 1886 1450 1758
外观(光泽度目测) 优 较优 优+ 优 差 很差
最高注射温度℃ 250 255 252 256 280 290
从表1和表2的实验结果可以看出，将实施例1、2与对比例1、2比较，选用相对粘度为1.2的支链型尼龙6能够使得本发明聚酰胺复合材料的流动性大大改善，提高了制品外观的光泽，同时流动性的改善能大大降低注射成型时的温度，降低了注射加工温度，提高了生产效率和合格率，而对力学性能的降低非常小，几乎可以忽略其影响。将实施例3、4与实施例1、2比较，可见，在添加蒙脱土和环氧树脂的情况下，在保证制件的外观质量的同时，能够进一步提高本发明聚酰胺复合材料的力学性能。

Claims (10)

1.一种聚酰胺复合材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：
所述的尼龙6采用相对粘度为1.2-1.4支链型尼龙6。
2.根据权利要求1所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：
所述的尼龙6采用相对粘度为1.2-1.4支链型尼龙6。
3.根据权利要求2所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：
所述的尼龙6采用相对粘度为1.2-1.4支链型尼龙6。
4.根据权利要求1、2或3所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的纤维状填料为无碱玻璃纤维、碳纤维、针状硅灰石中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1、2或3所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的热稳定剂为碘化亚铜、氯化亚铜、碘化钾、溴化钾中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1、2或3所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，所述的加工助剂为脂肪酸金属钙盐。
7.根据权利要求1～6任一项所述的聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将尼龙6、蒙脱土、环氧树脂、热稳定剂、加工助剂和颜料加入到搅拌机中混合均匀后从主喂料料斗加入双螺杆挤出机中，将纤维状填料从侧位料料斗加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机挤出后经过水冷、切粒和干燥，得到聚酰胺复合材料。
8.根据权利要求7所述的聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述的搅拌机中混合均匀的条件为在2000～4000转/分钟中混合0.5min～1.5min。
9.根据权利要求7所述的聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度段至第八温度段的温度设定分别为195～205℃、190～200℃、190～200℃、180～190℃、180～190℃、170～180℃、170～180℃、170～180℃，模头的温度为190～200℃。
10.根据权利要求1～6任一项所述的聚酰胺复合材料采用气辅注射成型在制备汽车门把手中的应用。
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