CN105623249A - 一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料及其制备方法，其特征在于由以下成分按重量比组成，尼龙6为50-70％，有机长玻纤母粒为20-40％，抗浮纤母粒为2-5％，纳米碳酸钙为1-10％，色母粒2-4％；所述的有机长玻璃纤维母粒为经过有机化包覆处理的无碱长玻纤，包覆物包括偶联剂、高流动性尼龙和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，所述长玻纤的长径比为100-300。本发明采用有机长玻纤母粒、抗浮纤母粒、纳米碳酸钙等改性增强尼龙材料，通过将长玻璃纤维进行偶联化改性，尼龙和聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂膜的反应包覆，有效降低玻纤表面极性，提高玻纤与尼龙的相容性；同时表面包覆的在机膜与抗浮纤母粒协同作用，从而降低玻纤在复合材料表面的浮纤和翘曲现象，光洁度，并增强材料的强度和增韧。

Description

一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种有机高分子纳米复合材料，更具体的说，涉及一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料及其制备方法。
背景技术
尼龙6是目前应用最多的几种工程塑料之一，具有很好的物理力学性能和耐磨性以及自润滑性，但是纯尼龙6的热变形温度较低，吸水性大，吸水前冲击强度偏低，吸水后刚性又大幅下降，同时尺寸不稳定等缺点，从而限制了尼龙6的应用，进而又缩小了下游行业设计工程师的选材余地。
玻纤增强改性尼龙，是一种较常规的对尼龙改性增强的方式，该复合材料具有优良的力学性能、耐热性和耐化学性，扩展了尼龙产品的应用。但是，尼龙和玻纤的两相界面相容性不良好，玻纤会由于PA的包覆不良而暴露在复合材料的表面，导致材料制品产品大量的浮纤，使产品表面粗糙和发花，从而影响产品的光洁度和美观。另外，由于玻纤在流动方向上的定向性会限制树脂的收缩性，导致尼龙在玻纤周围的纵向收缩(玻纤流动方向)小于横向收缩，这样就会造成制品由于收缩不均匀而导致的翘曲，从而严重影响制品的外观和产品尺寸，限制其在外观要求较高的的制品中的使用。同时，由于玻纤与尼龙的相容性不佳，当玻纤填料含量较大(＞20％)时，虽然还能一定程度的提高复合材料的强度，但在加工过程中玻纤将易形成相分离或应力集中(玻纤团聚)现象，会使得复合材料极易发生形变或冲击断裂，这也进一步限制玻纤尼龙复合材料的长效应用。
发明内容
本发明要解决的是现有技术存在的上述问题，旨在提供一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料及其制备方法。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料及其制备方法，其特征在于由以下成分按重量比组成，尼龙6为50-70％，有机长玻纤母粒为20-40％，抗浮纤母粒为2-5％，纳米碳酸钙为1-10％，色母粒2-4％；所述的有机长玻璃纤维母粒为经过有机化包覆处理的无碱长玻纤，包覆物包括偶联剂、高流动性尼龙高流动性尼龙和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，所述长玻纤的长径比为100-300。
本发明的一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料及其制备方法，采用有机长玻纤母粒、抗浮纤母粒、纳米碳酸钙等改性增强尼龙材料，通过将长玻璃纤维进行偶联化改性，有效的降低玻纤表面极性，提高玻纤与尼龙的相容性；另外，将偶联化改性处理的有机长玻纤与高流动性尼龙高流动性尼龙、PET共混造粒制得的有机长玻纤母粒，通过尼龙与硅烷中环氧的反应有效地在玻纤表面包覆一层PET和尼龙膜，这层膜可与抗浮纤母粒协同作用。本发明抗浮纤母粒的作用有两方面，一方面降低玻纤在复合材料表面的浮纤现象，改变体系因收缩不均匀而导致的翘曲现象，从而提高复合材料表面的光洁度，另一方面是对复合材料起到增强增韧的作用。
本发明的一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料，有机长玻璃纤维母粒与尼龙具有良好的相容性，使得复合材料具备优异的力学性能、强度；同时，抗浮纤母粒和纳米碳酸钙的加入，有效的降低玻纤在尼龙表面的翘曲，减少复合材料表面不良现象，从而使得该复合材料具有表面高光洁度等优点，特别适用于中高端的家具、办公用品和其他对产品综合性能及美观要求较高的产品上。
作为本发明的改进，所述的偶联剂为3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
作为本发明的进一步改进，所述的抗浮纤母粒为PET、马来酸酐接枝聚乙烯、聚酯蜡酯蜡和滑石粉熔融共混而成。由于尼龙材料的结晶速度较快，而PET材料结晶速度较慢，因此抗浮纤母粒中的PET纤维将与长玻纤母粒中的PET协同作用，进一步完成对玻纤纤维的包覆，从而减轻围绕玻纤结晶的尼龙所引起的不均匀收缩现象。
本发明还要提供一种有机长玻纤母粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将偶联剂3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、无碱长玻纤、水按照质量比1:15:2的比例置于容器中，恒温35℃搅拌反应2h；
(2)将步骤(1)所得共混物充分烘干，然后依次加入质量比为10:1的高流动性尼龙高流动性尼龙，质量比为20:1的(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)的共混物置于单螺杆挤出机熔融共混，最终挤出造粒，即得有机长玻璃纤维母粒。
本发明还要提供一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将尼龙6，有机长玻纤母粒，抗浮纤母粒，纳米碳酸钙和色母粒在110℃烘干2h，按照重量比将50-70％尼龙6、1-10％纳米碳酸钙和2-4％色母粒从主喂料口加入双螺杆挤出机，将20-40％有机长玻纤母粒和2-5％抗浮纤母粒从侧喂料口加入双螺杆挤出机，在双螺杆挤出机各区段温度255-265℃、主机转速在140-200r/min下挤出共混，最后共混物经挤出机机头拉出、冷却、吹干、切粒即得高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料；
其中，所述的有机长玻纤母粒按以下方法制备：
(1)将偶联剂3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、无碱长玻纤、水按照质量比1:15:2的比例置于容器中，恒温35℃搅拌反应2h；
(2)将步骤(1)所得共混物充分烘干，然后依次加入质量比为10:1的高流动性尼龙高流动性尼龙，质量比为20:1的(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)的共混物置于单螺杆挤出机熔融共混，最终挤出造粒，即得有机长玻璃纤维母粒。
本发明的优点在于：
1)通过具有环氧基团的硅烷对长玻纤进行处理，与高流动性尼龙和PET共混时，树脂与长玻纤通过化学反应形成牢固的树脂层，提高了玻纤的分散性，减轻了浮纤现象；
2)有机长玻纤母粒和抗浮纤母粒能够产生协同作用，减轻玻纤周围尼龙结晶引起的收缩现象，有利于形成高光洁表面；
3)长玻纤母粒的树脂膜包覆提高了尼龙与玻纤的结合强度，大大提高了增强性能；
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明进一步说明，但发明的保护范围不限于此。
本发明实施例一
一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料，由以下成分按重量比组成，尼龙6为50％，有机长玻纤母粒为40％，抗浮纤母粒为3％，纳米碳酸钙为4％，色母粒3％。
有机长玻璃纤维母粒为经过有机化包覆处理的无碱长玻纤，有机化方法为熔融包覆，长玻纤的长径比为100-300，有机长玻璃纤维母粒的制备方法依次包括以下步骤：
步骤1：将偶联剂3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、无碱长玻纤、水按照质量比1:15:2的比例置于容器中，恒温35℃搅拌反应2h；
步骤2：将步骤1所得共混物充分烘干，然后依次加入质量比为10:1的高流动性尼龙高流动性尼龙，质量比为20:1的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)纤维，搅拌均匀；
步骤3：将步骤2的共混物置于单螺杆挤出机熔融共混，最终挤出造粒，即得有机长玻璃纤维母粒。
抗浮纤母粒为PET、马来酸酐接枝聚乙烯、聚酯蜡和滑石粉熔融共混而成，其中马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为3％，聚酯蜡的分子量为3000-4000，滑石粉粒径大小为6000-7000目；抗浮纤母粒的制备方法为：将PET、马来酸酐接枝聚乙烯、聚酯蜡和滑石粉以质量比为5:3:1:2的比例依次加入高速搅拌机中，搅拌至60℃，静置冷却，然后将共混物置于双螺杆挤出机中，挤出造粒即得抗浮纤母粒。
所述的一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料按以下方法制备：将PA6、有机长玻纤母粒、抗浮纤母粒、纳米碳酸钙、色母粒等组分在110℃烘干2h，按照配比将PA6、纳米碳酸钙、色母粒从主喂料口加入双螺杆挤出机，将有机长玻纤母粒和抗浮纤母粒从侧喂料口加入双螺杆挤出机，在双螺杆挤出机各区段温度255-265℃、主机转速在140-200r/min下挤出共混，最后共混物经挤出机机头拉出、冷却、吹干、切粒即得高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料。
本发明实施例二
一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料，由以下成分按重量比组成：尼龙6为70％，有机长玻纤母粒为20％，抗浮纤母粒为2％，纳米碳酸钙为6％，色母粒2％。
本实施例的有机长玻纤母粒、抗浮纤母粒及高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料的其制备方法与实施例一相同，具体参见实施例一。
本发明实施例三
一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料，由以下成分按重量比组成：尼龙6为60％，有机长玻纤母粒为30％，抗浮纤母粒为5％，纳米碳酸钙为4％，色母粒1％。
本实施例的有机长玻纤母粒、抗浮纤母粒及高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料的其制备方法与实施例一相同，具体参见实施例一。
对比实施例
一种尼龙/长玻纤复合材料，由以下成分按重量比组成：尼龙6为55％，长玻纤(长径比为100-300)为30％，抗浮纤母粒为5％，纳米碳酸钙为9％，色母粒1％。
本实施例的抗浮纤母粒及复合材料的其制备方法与实施例一相同，不同之处在于本实施例采用未经处理的长玻纤。
将上述实施例制复合材料原料经充分干燥后使用注塑机注塑成标准样条，进行力学性能和外观比较等性能测试，详细性能见表1。
表1各实施例中测试数据对比
从表1可见，对比实施例与本发明的实施例采用相同的制备方法，但其原料采用未经处理的长玻纤，其样条有翘曲，表面粗糙，有少量浮纤，并且强度也比较低。
本发明的实施例，由于采用经偶联化改性的有机长玻纤母粒，提高了玻纤与尼龙的相容性，并通过其表面包覆的有机膜与抗浮纤母粒协同作用，样条没有翘曲产生，表面光滑，无浮纤。并且，本发明样条的强度也明显高于对比例。
应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料及其制备方法，其特征在于由以下成分按重量比组成，尼龙6为50-70％，有机长玻纤母粒为20-40％，抗浮纤母粒为2-5％，纳米碳酸钙为1-10％，色母粒2-4％；所述的有机长玻璃纤维母粒为经过有机化包覆处理的无碱长玻纤，包覆物包括偶联剂、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，所述长玻纤的长径比为100-300。
2.如权利要求1所述的一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料及其制备方法，其特征在于所述的偶联剂为3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
3.如权利要求1所述的一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料及其制备方法，其特征在于所述的抗浮纤母粒为PET、马来酸酐接枝聚乙烯、聚酯蜡和滑石粉熔融共混而成。
4.一种有机长玻纤母粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将偶联剂3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、无碱长玻纤、水按照质量比1:15:2的比例置于容器中，恒温35℃搅拌反应2h；
(2)将步骤(1)所得共混物充分烘干，然后依次加入质量比为10:1的高流动性尼龙，质量比为20:1的(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)的共混物置于单螺杆挤出机熔融共混，最终挤出造粒，即得有机长玻璃纤维母粒。
5.一种高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将尼龙6，有机长玻纤母粒，抗浮纤母粒，纳米碳酸钙和色母粒在110℃烘干2h，按照重量比将50-70％尼龙6、1-10％纳米碳酸钙和2-4％色母粒从主喂料口加入双螺杆挤出机，将20-40％有机长玻纤母粒和2-5％抗浮纤母粒从侧喂料口加入双螺杆挤出机，在双螺杆挤出机各区段温度255-265℃、主机转速在140-200r/min下挤出共混，最后共混物经挤出机机头拉出、冷却、吹干、切粒即得高光洁高强尼龙/有机长玻纤复合材料；
其中，所述的有机长玻纤母粒按以下方法制备：
(1)将偶联剂3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、无碱长玻纤、水按照质量比1:15:2的比例置于容器中，恒温35℃搅拌反应2h；
(2)将步骤(1)所得共混物充分烘干，然后依次加入质量比为10:1的高流动性，质量比为20:1的(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)的共混物置于单螺杆挤出机熔融共混，最终挤出造粒，即得有机长玻璃纤维母粒。
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