CN108587154A - 一种改性pa66复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料制备技术领域，具体涉及一种改性PA66复合材料及其制备方法。本发明中改性PA66复合材料的组成包括：PA66、聚对苯二甲酸丙二酯、芳纶浆粕、纳米TiO2、滑石粉、纳米氧化铝、水镁石、硬脂酸锌、抗静电剂和偶联剂。制备出的复合材料具有力学性能优异、耐摩擦性良好、耐高温、抗老化的优势；并且制备方法简单、易控，广泛适用于汽车工业、仪器壳体以及其他有抗冲击性、高强度、高耐磨性要求的产品。

Description

一种改性PA66复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料制备技术领域，具体涉及一种改性PA66复合材料及其制备方法。
背景技术
PA66即聚己二酸己二胺，又称尼龙66、聚酰胺66；为半透明或不透明乳白色结晶形聚合物，具有良好的综合性能，与其它工程塑料相比，具有优良的耐磨性、韧性、耐热性等优点，是热塑性树脂中发展最早、产量最大的品种，也是化学纤维的优良聚合材料，应用范围最广，产量逐年增长，已位居五大工程塑料之首。
然而PA66的机械性能还存在缺陷，例如吸湿性大、耐强酸强碱性差、制品尺寸稳定性差、耐光性差、弹性模量低、低温耐冲击性差等缺点。目前针对这些问题的解决办法是对PA66进行改性，主要改性方法可分为共聚改性、共混改性以及填充改性。中国专利申请CN107556746A公开了一种玻璃纤维增强尼龙66复合材料及其制备方法，复合材料由尼龙PA66、聚四氟乙烯、芳纶纤维、柔性石墨、抗氧剂、色母粒、乙氧基月桂酰胺、纳米氧化铝、硼酸酯偶联剂构成。中国专利申请CN107674415A公开了一种合成塑料制备方法，首先，将按重量百分含量包括如下组分：30-35％的聚苯醚，30-35％的尼龙66，4-5％的UHMWPE，1-3％的聚乙酰胺，10-12％的炭黑，7-10％的相容剂，7-10％的增韧剂，0.8-1.5％的助剂混合，制得混合物；其次，将该混合物在温度230-250℃条件下用长径比为30-40的螺杆挤出机挤出处理，得到PPO/PA66合成塑料，在该挤出处理步骤中，加入重量百分含量为20-25％的碳纤维。中国专利申请CN107698798A公开了一种玻纤增强尼龙用不含氮无卤阻燃复配体系，原料组成包括二乙基次磷酸铝、亚磷酸铝、锡酸锌；制备方法为：按配比称量无卤阻燃复配体系中的各组分，并与各助剂经高速搅拌后混合均匀，得粉体原料；(2)采用双螺杆挤出机，待各区设定的温度稳定后，从料斗中加入尼龙，玻纤通过加玻纤口加入，步骤(1)的粉体原料通过粉体加料孔加料，启动主机和喂料机，经挤出、造粒后得到所述的无卤阻燃玻纤增强尼龙材料；该申请制备得到的UL94V0(1.6mm)阻燃等级，且无析出、不腐蚀设备。
但是这些改性方法针对性很强，很多性能不能兼顾。并且材料的制备工艺复杂，价格较高，不利于PA66的应用推广，因此，寻找出一种全面提高PA66性能的配方及制备工艺简单的方法，具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供一种改性PA66复合材料及其制备方法。该复合材料性能高、品质好，具有力学性能优异、耐摩擦性良好、耐高温、抗老化的优势；并且制备方法简单、易控。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种改性PA66复合材料，包括以下组分：PA66、聚对苯二甲酸丙二酯、芳纶浆粕、纳米TiO2、滑石粉、纳米氧化铝、水镁石、硬脂酸锌、抗静电剂和偶联剂。
进一步，按重量份计，包括：PA66 75-85份、聚对苯二甲酸丙二酯10-16份、芳纶浆粕2-5份、纳米TiO2 5-9份、滑石粉3-7份、纳米氧化铝5-8份、水镁石7-10份、硬脂酸锌8-12份、抗静电剂0.5-1.5份和偶联剂1-2份。
进一步，根据本申请的一个实施例，按重量份计，包括：PA66 80份、聚对苯二甲酸丙二酯12份、芳纶浆粕4份、纳米TiO27份、滑石粉5份、纳米氧化铝6份、水镁石8份、硬脂酸锌10份、抗静电剂1份和偶联剂1份。
进一步，芳纶浆粕是对芳纶纤维进行表面原纤化处理后得到的，所用的芳纶纤维为长径为10:1到30:1的短切芳纶纤维。
进一步，纳米TiO2粒径为50-300nm。
进一步，纳米氧化铝粒径为500-800nm。
进一步，根据本申请的一个实施例，所述抗静电剂为十二烷基苯磺酸钠。
进一步，根据本申请的一个实施例，所述偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
本申请还提供了一种改性PA66复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将PA66、聚对苯二甲酸丙二酯、芳纶浆粕、抗静电剂和偶联剂经高混机混合制备预混料I；
(3)将预混料I经同向双螺杆挤出机挤出，经水冷、风冷、造粒后得到复合材料I；
(4)将复合材料I、纳米TiO2、滑石粉、纳米氧化铝、水镁石、硬脂酸锌经高混机混合制备预混料II；
(5)将预混料II经同向双螺杆挤出机挤出，经水冷、风冷、造粒后得到改性PA66复合材料。
进一步，步骤(3)中，挤出工艺为一区280～290℃、二区280～290℃、三区270～280℃、四区280～300℃、五区260～270℃、六区260～270℃、七区260～270℃、八区220～240℃、九区220～240℃、十区220～240℃；主机转速为300～500rpm；主喂料喂料转数为20～30rpm。
进一步，步骤(5)中，挤出工艺为一区290～300℃、二区285～295℃、三区275～285℃、四区265～275℃、五区265～275℃、六区265～275℃、七区255～265℃、八区255～265℃、九区245～255℃、十区245～255℃；主机转速为300～500rpm；主喂料喂料转数为20～30rpm。
本申请技术方案以PA66为主体，添加聚对苯二甲酸丙二酯、芳纶浆粕、纳米TiO2、滑石粉、纳米氧化铝、水镁石、硬脂酸锌、抗静电剂和偶联剂制备得到改性复合材料，该复合材料性能高、品质好，具有力学性能优异、耐摩擦性良好、耐高温、抗老化的优势；并且制备方法简单、易控。聚对苯二甲酸丙二酯又称PPT，是一种新型的高分子材料，兼具PET的高性能和PBT的易加工性的热塑性聚酯，本申请中加入聚对苯二甲酸丙二酯极大地改善了复合材料的吸湿性，并提升了材料的相容性、力学性能和抗日光性；芳纶浆粕是对芳纶纤维进行表面原纤化处理之后得到的，具有高强度、高模量、高耐磨、质轻、尺寸稳定、热稳定性好等优势，添加芳纶浆粕后其独特的表面结构极大地提高了复合材料的的相容性和物理机械性能；纳米TiO2具有非常好的化学稳定性、热稳定性、无毒性、非迁移性，添加纳米TiO2可以提高复合材料的抗老化性能，和稳定性；滑石粉具有润滑性、抗黏、助流、耐火性、抗酸性、绝缘性、熔点高、化学性不活泼、遮盖力良好、柔软、光泽好、吸附力强等优良的物理、化学特性，添加滑石粉可以提高复合材料的耐热性、均匀性及力学性能；纳米氧化铝可以作为助流剂和阻燃剂，添加纳米氧化铝可以提高复合材料的均匀性和阻燃效果；水镁石是一种无毒、无烟、高温型阻燃剂，是单晶体呈厚板状，添加水镁石可以提高复合材料的力学性能和阻燃效果；硬脂酸锌是白色粉末不溶于水，溶于热的乙醇、苯、甲苯、松节油等有机溶剂，本申请中添加硬脂酸锌具有热稳定剂和润滑剂的作用；除此之外，本申请的制备方法采用多次加入和两次成型的挤出工艺，这样可以保证不同组分之间的混合均匀度，从而保证了复合材料的质量问题，保证了复合材料的均匀度和稳定性。本申请的原料选取、组分含量、混合方法、反应温度等，都是经过长期复杂的实验得到的，是上述众多因素的协同作用共同支撑起本发明的有益效果。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步阐述。这些实施例仅是出于解释说明的目的，而不限制本发明的范围和实质。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应视为属于本发明的保护范围。
实施例1
一种改性PA66复合材料，包括以下组分：PA66、聚对苯二甲酸丙二酯、芳纶浆粕、纳米TiO2、滑石粉、纳米氧化铝、水镁石、硬脂酸锌、抗静电剂和偶联剂。
其中，抗静电剂为十二烷基苯磺酸钠；偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷；纳米TiO2粒径为50-300nm；纳米氧化铝粒径为500-800nm。
制备方法：
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将PA66、聚对苯二甲酸丙二酯、芳纶浆粕、抗静电剂和偶联剂经高混机混合制备预混料I；
(3)将预混料I经同向双螺杆挤出机挤出，经水冷、风冷、造粒后得到复合材料I；
(4)将复合材料I、纳米TiO2、滑石粉、纳米氧化铝、水镁石、硬脂酸锌经高混机混合制备预混料II；
(5)将预混料II经同向双螺杆挤出机挤出，经水冷、风冷、造粒后得到改性PA66复合材料。
其中，步骤(3)中，挤出工艺为一区280～290℃、二区280～290℃、三区270～280℃、四区280～300℃、五区260～270℃、六区260～270℃、七区260～270℃、八区220～240℃、九区220～240℃、十区220～240℃；主机转速为300～500rpm；主喂料喂料转数为20～30rpm。步骤(5)中，挤出工艺为一区290～300℃、二区285～295℃、三区275～285℃、四区265～275℃、五区265～275℃、六区265～275℃、七区255～265℃、八区255～265℃、九区245～255℃、十区245～255℃；主机转速为300～500rpm；主喂料喂料转数为20～30rpm。
实施例1的原料配比参见表1。
对比例1
对比例的制备方法同实施例1相同，原料配比不同。具体参见表1。
表1实施例1和对比例1中原料配方表
实施例1和对比例1制备得到的改性PA66复合材料的性能测试结果见表2。
表1实施例1和对比例1性能测试结果
备注：拉伸强度实验：按照ISO527测试标准测试。
断裂伸长率实验：按照ISO527测试标准测试。
弯曲强度实验：按照ISO178测试标准测试。
简支梁无缺口冲击强度实验：按照ISO179测试标准测试。
简支梁缺口冲击强度实验：按照ISO179测试标准测试。
磨耗性能实验：按照GB/T1689-2014测试标准测试。
热变形温度实验：按照ISO75-2测试标准测试。
阻燃实验：依据UL94V0测试标准测试。
实施例2
一种改性PA66复合材料，按重量份计，包括以下组分：PA66 80份、聚对苯二甲酸丙二酯12份、芳纶浆粕4份、纳米TiO27份、滑石粉5份、纳米氧化铝6份、水镁石8份、硬脂酸锌10份、抗静电剂1份和偶联剂1份。
其中，抗静电剂为十二烷基苯磺酸钠；偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷；纳米TiO2粒径为50-300nm；纳米氧化铝粒径为500-800nm。
制备方法1：
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将PA66、聚对苯二甲酸丙二酯、芳纶浆粕、抗静电剂和偶联剂经高混机混合制备预混料I；
(3)将预混料I经同向双螺杆挤出机挤出，经水冷、风冷、造粒后得到复合材料I；
(4)将复合材料I、纳米TiO2、滑石粉、纳米氧化铝、水镁石、硬脂酸锌经高混机混合制备预混料II；
(5)将预混料II经同向双螺杆挤出机挤出，经水冷、风冷、造粒后得到改性PA66复合材料。
对比方法1：
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将PA66、聚对苯二甲酸丙二酯、芳纶浆粕、抗静电剂、偶联剂、纳米TiO2、滑石粉、纳米氧化铝、水镁石、硬脂酸锌经高混机混合制备预混料I；
(3)将预混料I经同向双螺杆挤出机挤出，经水冷、风冷、造粒后得到复合材料I；
(4)将复合材料I经高混机搅拌制备预混料II；
(5)将预混料II经同向双螺杆挤出机挤出，经水冷、风冷、造粒后得到改性PA66复合材料。
其中，步骤(3)中，挤出工艺为一区280～290℃、二区280～290℃、三区270～280℃、四区280～300℃、五区260～270℃、六区260～270℃、七区260～270℃、八区220～240℃、九区220～240℃、十区220～240℃；主机转速为300～500rpm；主喂料喂料转数为20～30rpm。步骤(5)中，挤出工艺为一区290～300℃、二区285～295℃、三区275～285℃、四区265～275℃、五区265～275℃、六区265～275℃、七区255～265℃、八区255～265℃、九区245～255℃、十区245～255℃；主机转速为300～500rpm；主喂料喂料转数为20～30rpm。
对比方法2
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将PA66、聚对苯二甲酸丙二酯、芳纶浆粕、抗静电剂、偶联剂、纳米TiO2、滑石粉、纳米氧化铝、水镁石、硬脂酸锌经高混机混合制备预混料I；
(3)将预混料I经同向双螺杆挤出机挤出，经水冷、风冷、造粒后得到改性PA66复合材料。
其中，步骤(3)中，挤出工艺为一区280～290℃、二区280～290℃、三区270～280℃、四区280～300℃、五区260～270℃、六区260～270℃、七区260～270℃、八区220～240℃、九区220～240℃、十区220～240℃；主机转速为300～500rpm；主喂料喂料转数为20～30rpm。
表3制备方法对复合材料性能的影响
实施例3
一种改性PA66复合材料，按重量份计，包括以下组分：PA66 77份、聚对苯二甲酸丙二酯16份、芳纶浆粕5份、纳米TiO2 5份、滑石粉7份、纳米氧化铝5份、水镁石10份、硬脂酸锌12份、抗静电剂0.5份和偶联剂2份。
其中，抗静电剂为十二烷基苯磺酸钠；偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷；纳米TiO2粒径为50-300nm；纳米氧化铝粒径为500-800nm。
制备方法1：
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将PA66、聚对苯二甲酸丙二酯、芳纶浆粕、抗静电剂和偶联剂经高混机混合制备预混料I；
(3)将预混料I经同向双螺杆挤出机挤出，经水冷、风冷、造粒后得到复合材料I；
(4)将复合材料I、纳米TiO2、滑石粉、纳米氧化铝、水镁石、硬脂酸锌经高混机混合制备预混料II；
(5)将预混料II经同向双螺杆挤出机挤出，经水冷、风冷、造粒后得到改性PA66复合材料。
其中，步骤(3)中，挤出工艺为一区280～290℃、二区280～290℃、三区270～280℃、四区280～300℃、五区260～270℃、六区260～270℃、七区260～270℃、八区220～240℃、九区220～240℃、十区220～240℃；主机转速为300～500rpm；主喂料喂料转数为20～30rpm。步骤(5)中，挤出工艺为一区290～300℃、二区285～295℃、三区275～285℃、四区265～275℃、五区265～275℃、六区265～275℃、七区255～265℃、八区255～265℃、九区245～255℃、十区245～255℃；主机转速为300～500rpm；主喂料喂料转数为20～30rpm。
实施例4
一种改性PA66复合材料，按重量份计，包括以下组分：PA66 83份、聚对苯二甲酸丙二酯14份、芳纶浆粕4份、纳米TiO2 9份、滑石粉3份、纳米氧化铝8份、水镁石9份、硬脂酸锌8份、抗静电剂1.5份和偶联剂2份。
其中，抗静电剂为十二烷基苯磺酸钠；偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷；纳米TiO2粒径为50-300nm；纳米氧化铝粒径为500-800nm。
制备方法1：
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将PA66、聚对苯二甲酸丙二酯、芳纶浆粕、抗静电剂和偶联剂经高混机混合制备预混料I；
(3)将预混料I经同向双螺杆挤出机挤出，经水冷、风冷、造粒后得到复合材料I；
(4)将复合材料I、纳米TiO2、滑石粉、纳米氧化铝、水镁石、硬脂酸锌经高混机混合制备预混料II；
(5)将预混料II经同向双螺杆挤出机挤出，经水冷、风冷、造粒后得到改性PA66复合材料。
其中，步骤(3)中，挤出工艺为一区280～290℃、二区280～290℃、三区270～280℃、四区280～300℃、五区260～270℃、六区260～270℃、七区260～270℃、八区220～240℃、九区220～240℃、十区220～240℃；主机转速为300～500rpm；主喂料喂料转数为20～30rpm。步骤(5)中，挤出工艺为一区290～300℃、二区285～295℃、三区275～285℃、四区265～275℃、五区265～275℃、六区265～275℃、七区255～265℃、八区255～265℃、九区245～255℃、十区245～255℃；主机转速为300～500rpm；主喂料喂料转数为20～30rpm。
本申请的技术方案，各个环节衔接紧密，搭配合理，缺一不可，这种特定的组合构成的制造方法，产生了明显的协同增效作用。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种改性PA66复合材料，其特征在于，包括以下组分：PA66、聚对苯二甲酸丙二酯、芳纶浆粕、纳米TiO2、滑石粉、纳米氧化铝、水镁石、硬脂酸锌、抗静电剂和偶联剂。
2.根据权利要求1所述的改性PA66复合材料，其特征在于，按重量份计，包括：PA66 75-85份、聚对苯二甲酸丙二酯10-16份、芳纶浆粕2-5份、纳米TiO2 5-9份、滑石粉3-7份、纳米氧化铝5-8份、水镁石7-10份、硬脂酸锌8-12份、抗静电剂0.5-1.5份和偶联剂1-2份。
3.根据权利要求1所述的改性PA66复合材料，其特征在于，所述芳纶浆粕是对芳纶纤维进行表面原纤化处理后得到的，所用的芳纶纤维为长径为10:1到30:1的短切芳纶纤维。
4.根据权利要求1所述的改性PA66复合材料，其特征在于，所述纳米TiO2粒径为50-300nm。
5.根据权利要求1所述的改性PA66复合材料，其特征在于，所述纳米氧化铝粒径为500-800nm。
6.根据权利要求1所述的改性PA66复合材料，其特征在于，所述抗静电剂为十二烷基苯磺酸钠。
7.根据权利要求1所述的改性PA66复合材料，其特征在于，所述偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
8.根据权利要求1-7任一项权利要求所述的改性PA66复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量份计取各组分进行备料；
(2)将PA66、聚对苯二甲酸丙二酯、芳纶浆粕、抗静电剂和偶联剂经高混机混合制备预混料I；
(3)将预混料I经同向双螺杆挤出机挤出，经水冷、风冷、造粒后得到复合材料I；
(4)将复合材料I、纳米TiO2、滑石粉、纳米氧化铝、水镁石、硬脂酸锌经高混机混合制备预混料II；
(5)将预混料II经同向双螺杆挤出机挤出，经水冷、风冷、造粒后得到改性PA66复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，挤出工艺为一区280～290℃、二区280～290℃、三区270～280℃、四区280～300℃、五区260～270℃、六区260～270℃、七区260～270℃、八区220～240℃、九区220～240℃、十区220～240℃；主机转速为300～500rpm；主喂料喂料转数为20～30rpm。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，挤出工艺为一区290～300℃、二区285～295℃、三区275～285℃、四区265～275℃、五区265～275℃、六区265～275℃、七区255～265℃、八区255～265℃、九区245～255℃、十区245～255℃；主机转速为300～500rpm；主喂料喂料转数为20～30rpm。
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