CN106947247A - 玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料及其制备方法 - Google Patents

玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子材料加工及改性技术领域，涉及一种玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料及其制备方法。该玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料由以下原料按份数组成：半芳香族尼龙20～40份、聚苯醚10～40份、玻璃纤维20～40份、矿物填料10～30份、相容剂3～5份、抗氧剂0.5～1份、偶联剂0.5～1、润滑剂0.5～1份。本发明提供的产品具有优异的力学性能、耐热性、抗蠕变性、高刚性以及尺寸稳定性和良好的表观质量，特别适合以塑代钢，适用于制作汽车、机械、电子电气工业中的耐热部件；且其制备工艺简单、成本低廉，符合工业化生产要求，具有广阔的市场应用前景。

Description

玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料加工和改性技术领域，涉及一种玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料及制备方法。
背景技术
半芳香族尼龙是由脂肪族二胺或二酸与带芳香环的二酸或二胺经缩聚制得，是芳香族尼龙的一种，由于尼龙分子主链中引入了芳环结构，因而尼龙产品的耐热性能和力学性能得到了提高，同时吸水率也有不同程度的降低，并且具有较好的性价比，是介于通用工程塑料和耐高温工程塑料PEEK,LCP等之间的高耐热性树脂，主要用于汽车和电气电子工业。根据产品的性能要求不同，目前各生产厂家开发出多种牌号的半芳香族尼龙产品，例如PA4T、PA6T、PA9T、PA10T、PA12T等。由于半芳香族尼龙和尼龙66相比，其最大的特点是耐热性能优良，吸水率低，与全芳香族尼龙相比，其具有容易加工的特性。因此随着高新技术的迅速发展和环保事业的需要，其市场需求呈上升趋势，其应用开发也有新的进展。
聚苯醚(简称PPE或PPO)是一种具有良好的力学性能、化学稳定性、介电性能、耐热性以及阻燃性，是一种高性能的热塑性工程塑料。自从GE公司1966年推出第一代改性聚苯醚产品后，聚苯醚产业迅速发展，已经成为继PA、PC、POM的第四大工程塑料。未经改性的聚苯醚具有良好的力学性能、耐热性、尺寸稳定性、化学稳定性、耐水解性、高刚性及阻燃性等，但是PPO分子链刚性较大，缺口冲击非常敏感，同时由于其较高的熔体粘度，使其不能注塑成型，因此极大的限制了其应用。
聚苯醚及半芳香族尼龙固有的性能决定了二者之间合金性能的互补性，这就使半芳香族尼龙/聚苯醚合金成为综合性能优异的合金材料。早在上世纪80年代，聚苯醚与尼龙6，或尼龙66的合金相继被开发成功，详见专利US4315086、US4600741、US4732938等，广泛应用在汽车、电子电气等行业；中国专利CN102417720公开了用玻纤增强聚苯醚与尼龙66合金材料，玻璃纤维的加入在一定程度上增大了合金材料的强度和缺口冲击强度；中国专利CN101724252公开了半芳香族尼龙与聚苯醚合金材料的制备方法；目前单纯的用玻璃纤维增强复合材料，虽然能够显著的提高复合材料的强度、耐冲击性能和热力学性能，但是这样却往往会导致材料的表观质量变差，出现玻纤外露或者有浮纤，而且还导致材料有较大的翘曲 和收缩率。而矿物填料填充改性在改善材料的表观质量上优于玻璃纤维，但是会导致材料的韧性不足，强度提高不明显、尺寸稳定性较差。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料及制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料，将玻璃纤维和矿物填料同时作为改性添加物加入到半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料中，由包含以下重量份的组分制成：
所述的半芳香族尼龙树脂由含有4-14个碳原子的长碳链脂肪族二胺和芳香族二元羧酸聚合制备而成。
所述的半芳香族尼龙树脂选自PA4T、PA6T、PA6I、PA7T、PA8T、PA9T、PA9I、PA10T、PA10I、PA12T、PA13T或PA14T。
所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维。
所述的矿物填料为云母、硅灰石、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡高岭土、蒙脱土或玻璃微珠中的一种或一种以上。
所述的相容剂为马来酸酐、马来酸酐接枝SEBS、马来酸酐接枝苯乙烯或马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中的一种或一种以上。
所述的抗氧剂酚类高温抗氧剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯或1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮中的一种或一种以上。
所述的偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酸丙酯基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、正钛酸四异丙酯或异丙基三异 十八酰钛酸酯中的一种或者一种以上。
所述的润滑剂为硬脂酸钙或硬脂酸锌。
一种上述玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)先将半芳香族尼龙树脂、聚苯醚树脂、矿物填料分别放入干燥箱内鼓风干燥备用；
(2)将步骤(1)中干燥的20～40份半芳香族尼龙树脂、10～30份聚苯醚树脂、10～30份矿物填料的50％和3～5份相容剂、0.5～1份抗氧剂、0.5～1份偶联剂、0.5～1份润滑剂混合均匀；
(3)从主喂料口加入步骤(2)中混合均匀的原料；
(4)然后从侧喂料口加入20～40份玻璃纤维和剩下50％的矿物填料，共混均匀，经拉条、冷却、切粒、干燥，最后包装。
所述的步骤(1)中，将半芳香族尼龙树脂、聚苯醚树脂、矿物填料分别于100～120℃、100～110℃、110～130℃鼓风干燥6～8小时。
所述的步骤(2)中，混合时间为5～10min。
所述的步骤(4)中，双螺杆挤出机的各段温度设定为：一区温度275±10℃，二区温度285±10℃，三区温度295±10℃，四区温度300±10℃，五区温度300±10℃，六区温度310±10℃，七区温度320±10℃，八区温度325±10℃，九区温度325±10℃，十区温度320±10℃，机头温度为315±10℃，螺杆转速250～350转/分钟。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)经过玻璃纤维和无机矿物填充改性的半芳香族尼龙，能够显著提高其强度、刚性和热性能，此外矿物填充半芳香族尼龙具有良好的表观质量和尺寸稳定性、低翘曲，加工性能优异，成型快等优点。
(2)所用的无机矿物填料通过硅烷偶联剂处理，矿物填料和半芳香族尼龙树脂基体以及玻璃纤维之间的结合能力大幅度提高，保证了无机矿物填料在树脂基体中可以均匀的分布。
(3)在加工过程中，无机矿物填料通过主喂料口或侧喂料口分别加入，可以解决高填充含量时粉体下料不均问题，提高粉体分散程度，使其在基体树脂中均匀分布，保证材料的性能的稳定。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
下列实施例中的玻璃纤维为无碱玻璃纤维。
实施例1
玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料材料，由以下重量份的原料制成：半芳香族尼龙树脂PA10T 30份、聚苯醚20份、玻璃纤维40份、硅灰石10份、马来酸酐5份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、1份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙1份；
制备方法：
(1)将半芳香族尼龙树脂、聚苯醚树脂、矿物填料分别于100～120℃、100～110℃、110～130℃鼓风干燥6～8小时；
(2)将步骤(1)中的半芳香族尼龙树脂、聚苯醚树脂、矿物填料总量的50％和相容剂、抗氧剂、偶联剂、润滑剂投入高速混合机中，均匀混合10min；
(3)从主喂料口加入步骤(2)中混合均匀的原料；
(4)然后从侧喂料口加入玻璃纤维和余下50％的矿物填料，经熔融挤出，造粒；双螺杆挤出机的各段温度设定为：一区温度275±10℃，二区温度285±10℃，三区温度295±10℃，四区温度300±10℃，五区温度300±10℃，六区温度310±10℃，七区温度320±10℃，八区温度325±10℃，九区温度325±10℃，十区温度320±10℃，机头温度为315±10℃，螺杆转速250～350转/分钟，螺杆转速250～350转/分钟。
实施例2
玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料材料，由以下重量份的原料制成：半芳香族尼龙树脂PA10T 30份、聚苯醚20份、玻璃纤维30份、硅灰石20份、马来酸酐5份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、1份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙1份；
制备方法同实施例1。
实施例3
玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料材料，由以下重量份的原料制成：半芳香族尼龙树脂PA10T 30份、聚苯醚20份、玻璃纤维20份、硅灰石30份、马来酸酐5份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、1份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙1份；
制备方法同实施例1。
实施例4
玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料材料，由以下重量份的原料制成：半芳香族尼龙树脂PA10T 40份、聚苯醚10份、玻璃纤维35份、硅灰石15份、马来酸酐5份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、1份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙1份；
制备方法同实施例1。
实施例5
玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料材料，由以下重量份的原料制成：半芳香族尼龙树脂PA6T 30份、聚苯醚20份、玻璃纤维35份、硅灰石15份、马来酸酐5份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、1份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙1份；
制备方法同实施例1。
实施例6
玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料材料，由以下重量份的原料制成：半芳香族尼龙树脂PA9T 20份、聚苯醚30份、玻璃纤维35份、硅灰石15份、马来酸酐5份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、1份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙1份；
制备方法同实施例1。
实施例7
玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料材料，由以下重量份的原料制成：半芳香族尼龙树脂PA6T 20份、聚苯醚10份、玻璃纤维40份、云母粉30份、马来酸酐5份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、1份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙1份；
制备方法同实施例1。
实施例8
玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料材料，由以下重量份的原料制成：半芳香族尼龙树脂PA9T 40份、聚苯醚30份、玻璃纤维20份、云母粉10份、马来酸酐5 份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、1份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙1份；
制备方法同实施例1。
实施例9
玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料材料，由以下重量份的原料制成：半芳香族尼龙树脂PA10T 30份、聚苯醚20份、玻璃纤维40份、硅灰石10份、马来酸酐3份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.5份、0.5份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙0.5份；
制备方法同实施例1.
实施例10
玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料材料，由以下重量份的原料制成：半芳香族尼龙树脂PA10T 30份、聚苯醚20份、玻璃纤维30份、硅灰石20份、马来酸酐4份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.8份、0.8份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙0.8份；
制备方法同实施例1。
实施例11
玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料材料，由以下重量份的原料制成：半芳香族尼龙树脂PA10T 30份、聚苯醚20份、玻璃纤维20份、硅灰石30份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物5份、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯1份、1份γ-氨丙基三甲氧基硅烷、硬脂酸锌1份；
制备方法同实施例1。
实施例11
玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料材料，由以下重量份的原料制成：半芳香族尼龙树脂PA10T 30份、聚苯醚20份、玻璃纤维20份、硅灰石30份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物3份、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.5份、0.5份γ-氨丙基三甲氧基硅烷、硬脂酸锌0.5份；
制备方法同实施例1。
表1
性能 测试方法 单位 实施例1 实施例2 实施例3
拉伸强度 ASTM D638 MPa 197 185 171
弯曲强度 ASTM D790 MPa 284 278 262
弯曲模量 ASTM D790 MPa 12431 11078 10259
Izod缺口冲击强度 ASTM D256 KJ/m2 21 18 13
HDT ISO 75-2 ℃ 283 279 275
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料，其特征在于：由包含以下重量份的组分制成：
2.根据权利要求1所述的玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料，其特征在于：所述的半芳香族尼龙树脂由含有4-14个碳原子的长碳链脂肪族二胺和芳香族二元羧酸聚合制备而成。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料，其特征在于：所述的半芳香族尼龙树脂选自PA4T、PA6T、PA6I、PA7T、PA8T、PA9T、PA9I、PA10T、PA10I、PA12T、PA13T或PA14T。
4.根据权利要求1所述的玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维。
5.根据权利要求1所述的玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料，其特征在于：所述的矿物填料为云母、硅灰石、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡高岭土、蒙脱土或玻璃微珠中的一种或一种以上。
6.根据权利要求1所述的玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐、马来酸酐接枝SEBS、马来酸酐接枝苯乙烯或马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中的一种或一种以上。
7.根据权利要求1所述的玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂酚类高温抗氧剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯或1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮中的一种或一种以上。
8.根据权利要求1所述的玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酸丙酯基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、正钛酸四异丙酯或异丙基三异十八酰钛酸酯中的一种或者一种以上；
或所述的润滑剂为硬脂酸钙或硬脂酸锌。
9.一种权利要求1-8中任一所述的玻璃纤维-矿物复合改性半芳香族尼龙/聚苯醚复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)先将半芳香族尼龙树脂、聚苯醚树脂、矿物填料分别放入干燥箱内鼓风干燥备用；
(2)将步骤(1)中干燥的20～40份半芳香族尼龙树脂、10～30份聚苯醚树脂、10～30份矿物填料的50％和3～5份相容剂、0.5～1份抗氧剂、0.5～1份偶联剂、0.5～1份润滑剂混合均匀；
(3)从主喂料口加入步骤(2)中混合均匀的原料；
(4)然后从侧喂料口加入20～40份玻璃纤维和剩下50％的矿物填料，共混均匀，经拉条、冷却、切粒、干燥，最后包装。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，将半芳香族尼龙树脂、聚苯醚树脂、矿物填料分别于100～120℃、100～110℃、110～130℃鼓风干燥6～8小时；
或所述的步骤(2)中，混合时间为5～10min；
或所述的步骤(4)中，双螺杆挤出机的各段温度设定为：一区温度275±10℃，二区温度285±10℃，三区温度295±10℃，四区温度300±10℃，五区温度300±10℃，六区温度310±10℃，七区温度320±10℃，八区温度325±10℃，九区温度325±10℃，十区温度320±10℃，机头温度为315±10℃，螺杆转速250～350转/分钟。
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