CN105778495A - 用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料。该尼龙塑料包括以下重量份数的组分：PA66 45‑60份，超声波焊接改进剂5‑10份，玻璃纤维30‑50份，相容剂1‑5份，润滑剂0.2‑1份，抗氧剂0.2‑1份，炭黑0.2‑1份。本发明还公开了该尼龙塑料的制备方法。本发明所制备的尼龙塑料热变形温度达到160℃以上、韧性大、强度高、表面摩擦系数低、润滑性小、可高频焊接用于水泵叶轮。所制品内应力小，变形小，尺寸稳定，成品率高。

Description

用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种尼龙塑料，具体涉及一种用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料及其制备方法。
背景技术
传统的塑料水泵叶轮大多使用PPO改性塑料。由于PPO材料具有刚性大，吸水性小，容易高频焊接的特点，材料的热变形温度一般在120-135℃之间，适合水泵的工作要求。但也正是该材料的刚性太大，其成型制品存在内应力大，容易开裂，变形。而水泵叶轮对焊接前后的半成品、成品的变形要求很严格，如果叶轮的变形量大，意味着水泵工作时振动大，噪音大，这是不允许的。还有，在成型加工时，PPO塑料散发出难闻的气味。这两方面，是使用PPO改性塑料的缺陷。
超声波高频焊接工艺，简单地说，就是热塑性塑料在超声波高频振动作用下，由于表面分子间摩擦生热而使两块塑料熔接在一起的焊接方法。具体地讲，当超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差，产生的热量一时不能及时散发而聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其熔合成一体，达到焊接的目的。
PA66塑料具有熔点高，磨擦系数低，自润滑性好的特性，但该材料的高频焊接性能较差。文献CN102702735A公开一种高填充增强PA66复合材料及其制备方法，以重量百分比计，包含以下组分：PA6625％～40％、玻璃纤维20％～45％、无机填料10％～35％、相容剂5％～10％、抗氧剂2％～5％和助剂0.1％～0.5％。该复合材料可以由挤出机等相应设备挤压成型或者注塑成型。同传统材料相比，该复合材料可以大幅度降低PA66的收缩率，通过加入特殊的龙式结构相容剂，提高产品的力学性能。且加工可控，同时具有非常好的表面平整度、尺寸稳定性，可满足各种以塑带钢的场合。CN102382467A公开了一种耐高温热老化PA66材料及其制备方法，该PA66材料按重量份数，由以下组分组成：PA66树脂100份，润滑剂0.45-1.2份，热稳定剂0.5-2份，成核剂0.15-0.6份，抗氧化剂0.4-1.2份，玻璃纤维60份。制备方法如下：步骤一、按上述所述的重量份数称取各个组分；步骤二、先将PA66树脂、润滑剂混合均匀，再将热稳定剂、成核剂、抗氧化剂加入上述混合物中混合均匀；步骤三、将步骤二最终混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗，在双螺杆挤出机中段加入玻璃纤维，经熔融挤出，造粒。该发明制备的耐高温热老化PA66材料，能够很好的保持PA66的优良力学性能，同时实现长期耐高温热老化。上述文献所制备的PA66复合材料，都在一定程度上提高了PA66的力学性能，但是其都不能满足调频焊接的要求，无法通过高频焊接工艺用于水泵叶轮。
PA66若要满足高频焊接的要求，必须对其进行改性，以提高制品的表面摩擦系数，减小其自润滑性，同时增加材料的粘合性。采用该材料制备的制品才能够通过高频焊接工艺，牢固地焊接在一起。
背景技术
背景技术描述段落。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种热变形温度高、韧性大、强度高，可用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料及其制备方法。
一种用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料，包括以下重量份数的组分：
PA66 45-60份，
超声波焊接改进剂 5-10份，
玻璃纤维 30-50份，
相容剂 1-5份，
润滑剂 0.2-1份，
抗氧剂 0.2-1份，
炭黑 0.2-1份。
优选地，一种用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料，包括以下重量份数的组分：
PA66 50份，
超声波焊接改进剂 6份，
玻璃纤维 40份，
相容剂 3份，
润滑剂 0.6份，
抗氧剂 0.6份，
炭黑 0.5份。
优选地，所述超声波焊接改进剂是一种经过氢化的苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物，再接枝活性单体后而成为具有优良超声波焊接的改性剂，所述活性单体为MAH、AA和GMA中的一种或多种。
优选地，所述玻璃纤维经过预先在220-240℃下处理30-60min，冷却后，加入偶联剂于50-75℃下处理得到。
优选地，所述偶联剂为Y-氨丙基三乙氧基硅烷或3- 氨丙基三乙氧基硅烷。
优选地，所述相容剂为PP-g-MAH，POE-g-MAH和4700中的一种或多种。
优选地，所述润滑剂为多元醇酯，硅酮润滑剂和改性乙撑双脂肪酸酰胺中的一种或多种。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂1010,抗氧剂1098和亚磷酸酯中的一种或多种。
优选地，所述炭黑为改性炭黑，其处理过程为：向炭黑中加入PE蜡、润滑剂和表面活性剂，经高速混合后，在挤出机挤出，模头切断，冷却、粉碎得到。
一种用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将PA66和超声波焊接改进剂，在85r/min的混料机中混合5-10min；
（2）再加入相容剂、润滑剂、抗氧剂和炭黑混合，常温混合，转速为85r/min，形成混合物料；
（3）将上述混合物料加入长径比为35-40：1的双螺杆挤出机中进行熔融挤出，玻璃纤维在挤出过程中挤出机的中段加入，所述混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：一区240-250℃、二区250-260℃、三区250-260℃、四区250-260℃、五区240-250℃、六区240-250℃、七区220-230℃、八区220-230℃、九区220-230℃、十区240-250℃；主机转速200-240r/min；经水冷、风冷和造粒后得到用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料。
本发明所述的增强尼龙塑料，以PA66作为主体塑料，由具有高频焊接能力和粘结能力的超声波焊接改进剂作为主改性剂，该助剂为特殊工艺聚合生成的高聚合物，具有极性活性官能团，与尼龙树脂有极好的相容性，提高塑料的性能；以无碱玻璃纤维作为主增强材料，经过预处理改性的玻璃纤维有效提高塑料的性能；所添加的改性炭黑在塑料中具有分散性好，不会团聚，且对塑料的力学机械性能基本没有影响。另外还添加有适量的相容剂、润滑剂和抗氧剂，抗氧化剂可以在一定程度上控制和抑制加工过程尼龙材料的氧化降解，润滑剂可以减少加工过程玻璃纤维的破坏，保持塑料的力学性能；同时增加了材料的加工流动性。各种组分相互配合，所制备的尼龙塑料具有优异的热变形温度，加工流动性好适用于于结构复杂的塑料水泵叶轮并可高频焊接，可承受比较苛刻的使用条件。
本发明的有益效果为：
（1）热变形温度超过200℃，远远超过PPO改性塑料，而且化学稳定性良好，耐腐蚀使水泵使用更加可靠。
（2）韧性大，可以吸收工作时产生的震动和水流冲击，减小噪音。
（3）强度高，能够满足水泵叶轮工作时承受高压力、大扭矩的要求。
（4）本发明的尼龙塑料在加工时挥发气体味道小，没有难闻气味，容易接受。
（5）本发明的尼龙塑料可循环使用，添加回料的量在15%以下，对制品的力学性能基本没有影响，是一种安全环保的工程塑料。
（6）采用本发明的尼龙塑料所制产品的内应力小，变形小，尺寸稳定，成品率高，可代替PPO塑料的高性能热塑性工程塑料。
发明内容
发明内容描述段落。
具体实施方式
实施例1
一种用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料，包括以下重量份数的组分：
PA66 50份，
超声波焊接改进剂 6份，
玻璃纤维 40份，
PP-g-MAH 3份，
多元醇酯 0.6份，
受阻酚抗氧剂1010 0.6份，
炭黑 0.5份。
其中，所述超声波焊接改进剂是一种经过氢化的苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物，再接枝活性单体得到；
所述玻璃纤维经过预先在220-240℃下处理30-60min，冷却后，加入偶联剂于50-75℃下处理得到；所用偶联剂为Y-氨丙基三乙氧基硅烷。
按照上述配比作如下制备，包括以下步骤：
（1）将PA66和超声波焊接改进剂，在85r/min的混料机中混合5-10min；
（2）再加入PP-g-MAH、多元醇酯、受阻酚抗氧剂1010和炭黑混合，常温混合，转速为85r/min，形成混合物料；
（3）将上述混合物料加入长径比为35-40：1的双螺杆挤出机中进行熔融挤出，玻璃纤维在挤出过程中挤出机的中段加入，所述混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：一区240-250℃、二区250-260℃、三区250-260℃、四区250-260℃、五区240-250℃、六区240-250℃、七区220-230℃、八区220-230℃、九区220-230℃、十区240-250℃；主机转速200-240r/min；经水冷、风冷和造粒后得到用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料。
实施例2
一种用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料，包括以下重量份数的组分：
PA66 45份，
超声波焊接改进剂 5份，
玻璃纤维 30份，
POE-g-MAH 1份，
改性乙撑双脂肪酸酰胺 0.2份，
亚磷酸酯 0.2份，
炭黑 1份。
其中，所述超声波焊接改进剂是一种经过氢化的苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物，再接枝活性单体得到；
所述玻璃纤维经过预先在220-240℃下处理30-60min，冷却后，加入偶联剂于50-75℃下处理得到；所用偶联剂为Y-氨丙基三乙氧基硅烷。
按照上述配比作如下制备，包括以下步骤：
（1）将PA66和超声波焊接改进剂，在85r/min的混料机中混合5-10min；
（2）再加入POE-g-MAH、改性乙撑双脂肪酸酰胺、亚磷酸酯和炭黑混合，常温混合，转速为85r/min，形成混合物料；
（3）将上述混合物料加入长径比为35-40：1的双螺杆挤出机中进行熔融挤出，玻璃纤维在挤出过程中挤出机的中段加入，所述混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：一区240-250℃、二区250-260℃、三区250-260℃、四区250-260℃、五区240-250℃、六区240-250℃、七区220-230℃、八区220-230℃、九区220-230℃、十区240-250℃；主机转速200-240r/min；经水冷、风冷和造粒后得到用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料。
实施例3
一种用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料，包括以下重量份数的组分：
PA66 60份，
超声波焊接改进剂 10份，
玻璃纤维 50份，
4700 5份，
硅酮润滑剂 1份，
抗氧剂1098 1份，
炭黑 0.2份。
其中，所述超声波焊接改进剂是一种经过氢化的苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物，再接枝活性单体得到；
所述玻璃纤维经过预先在220-240℃下处理30-60min，冷却后，加入偶联剂于50-75℃下处理得到；所用偶联剂为Y-氨丙基三乙氧基硅烷。
按照上述配比作如下制备，包括以下步骤：
（1）将PA66和超声波焊接改进剂，在85r/min的混料机中混合5-10min；
（2）再加入4700、硅酮润滑剂、抗氧剂1098和炭黑混合，常温混合，转速为85r/min，形成混合物料；
（3）将上述混合物料加入长径比为35-40：1的双螺杆挤出机中进行熔融挤出，玻璃纤维在挤出过程中挤出机的中段加入，所述混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：一区240-250℃、二区250-260℃、三区250-260℃、四区250-260℃、五区240-250℃、六区240-250℃、七区220-230℃、八区220-230℃、九区220-230℃、十区240-250℃；主机转速200-240r/min；经水冷、风冷和造粒后得到用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料。
实施例4
一种用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料，包括以下重量份数的组分：
PA66 50份，
超声波焊接改进剂 1份，
玻璃纤维 20份，
PP-g-MAH 6份，
多元醇酯 0.6份，
受阻酚抗氧剂1010 0.6份，
炭黑 2份。
其中，所述超声波焊接改进剂是一种经过氢化的苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物，再接枝活性单体得到；
所述玻璃纤维经过预先在220-240℃下处理30-60min，冷却后，加入偶联剂于50-75℃下处理得到；所用偶联剂为Y-氨丙基三乙氧基硅烷。
按照上述配比作如下制备，包括以下步骤：
（1）将PA66和超声波焊接改进剂，在85r/min的混料机中混合5-10min；
（2）再加入PP-g-MAH、多元醇酯、受阻酚抗氧剂1010和炭黑混合，常温混合，转速为85r/min，形成混合物料；
（3）将上述混合物料加入长径比为35-40：1的双螺杆挤出机中进行熔融挤出，玻璃纤维在挤出过程中挤出机的中段加入，所述混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：一区240-250℃、二区250-260℃、三区250-260℃、四区250-260℃、五区240-250℃、六区240-250℃、七区220-230℃、八区220-230℃、九区220-230℃、十区240-250℃；主机转速200-240r/min；经水冷、风冷和造粒后得到用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料。
实施例5
一种用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料，包括以下重量份数的组分：
PA66 50份，
超声波焊接改进剂 6份，
玻璃纤维 40份，
PP-g-MAH 3份，
多元醇酯 0.6份，
受阻酚抗氧剂1010 0.6份，
炭黑 0.5份。
其中，所述超声波焊接改进剂是一种经过氢化的苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物，再接枝活性单体得到；
所述玻璃纤维未经过处理；
按照上述配比作如下制备，包括以下步骤：
（1）将PA66和超声波焊接改进剂，在85r/min的混料机中混合5-10min；
（2）再加入PP-g-MAH、多元醇酯、受阻酚抗氧剂1010和炭黑混合，常温混合，转速为85r/min，形成混合物料；
（3）将上述混合物料加入长径比为35-40：1的双螺杆挤出机中进行熔融挤出，玻璃纤维在挤出过程中挤出机的中段加入，所述混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：一区240-250℃、二区250-260℃、三区250-260℃、四区250-260℃、五区240-250℃、六区240-250℃、七区220-230℃、八区220-230℃、九区220-230℃、十区240-250℃；主机转速200-240r/min；经水冷、风冷和造粒后得到用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料。
对实施例1-5所制备的尼龙塑料进行性能测试，测试结果列于表1中。
表1实施例1-5所制备的尼龙塑料的性能
从表1可以看出，采用本发明的技术方案所制备的尼龙塑料的综合性能优异，具有良好的热变形温度、韧性以及强度，可用于水泵叶轮可高频焊接。
以上对本发明实施例所提供的一种用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料及其制备方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
PA66 45-60份，
超声波焊接改进剂 5-10份，
玻璃纤维 30-50份，
相容剂 1-5份，
润滑剂 0.2-1份，
抗氧剂 0.2-1份，
炭黑 0.2-1份。
2.一种用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
PA66 50份，
超声波焊接改进剂 6份，
玻璃纤维 40份，
相容剂 3份，
润滑剂 0.6份，
抗氧剂 0.6份，
炭黑 0.5份。
3.根据权利要求1所述的增强尼龙塑料，其特征在于，所述玻璃纤维是经过预先在220-240℃下处理30-60min，冷却后，加入偶联剂于50-75℃下处理得到。
4.根据权利要求3所述的增强尼龙塑料，其特征在于，所述偶联剂为Y-氨丙基三乙氧基硅烷或3- 氨丙基三乙氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的增强尼龙塑料，其特征在于，所述超声波焊接改进剂是一种经过氢化的苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物，再接枝活性单体。
6.根据权利要求1所述的增强尼龙塑料，其特征在于，所述相容剂为PP-g-MAH，POE-g-MAH和4700中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的增强尼龙塑料，其特征在于，所述润滑剂为多元醇酯，硅酮润滑剂和改性乙撑双脂肪酸酰胺中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的增强尼龙塑料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂1010,抗氧剂1098和亚磷酸酯中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的增强尼龙塑料，其特征在于，所述炭黑为改性炭黑，其处理过程为：向炭黑中加入PE蜡、润滑剂和表面活性剂，经高速混合后，在挤出机挤出，模头切断，冷却、粉碎得到。
10.一种用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将PA66和超声波焊接改进剂，在85r/min的混料机中混合5-10min；
（2）再加入相容剂、润滑剂、抗氧剂和炭黑混合，常温混合，转速为85r/min，形成混合物料；
（3）将上述混合物料加入长径比为35-40：1的双螺杆挤出机中进行熔融挤出，玻璃纤维在挤出过程中挤出机的中段加入，所述混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：一区240-250℃、二区250-260℃、三区250-260℃、四区250-260℃、五区240-250℃、六区240-250℃、七区220-230℃、八区220-230℃、九区220-230℃、十区240-250℃；主机转速200-240r/min；经水冷、风冷和造粒后得到用于水泵叶轮可高频焊接的增强尼龙塑料。
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