CN110551389A - 一种低成本、高流动且耐磨的pa6材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本、高流动且耐磨的PA6材料及其制备方法，包括：聚酰胺6(尼龙6、PA6)50～90份、增韧剂5～30份、LLDPE树脂2～10份、相容剂0.1～1份、滑剂0.2～1份、抗氧剂0.2～0.4份。采用双螺杆挤出机熔融共混法制备，本发明通过上述方案解决了PA6吸水性大、收缩性大、尺寸稳定性差等问题，较好的解决了机械性能、加工性能及外观质量差等行业问题，所制备的材料可广泛应用于汽车零部件、机械部件、电子电器产品、工程配件等产品。

Description

一种低成本、高流动且耐磨的PA6材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料结束领域，具体的说，是一种低成本、高流动且耐磨的PA6材料及其制备方法。
背景技术
PA6又名尼龙6，是半透明或不透明乳白色粒子，具有热塑性、轻质、韧性好、耐化学品和耐久性好等特性，具有良好的耐磨性、自润滑性，一般用于汽车零部件、机械部件、电子电器产品、工程配件等产品。由于PA6很容易吸收水分、收缩率大、冲击强度低等特点，一般需要加入各种改性剂来平衡结晶速度及吸湿性影响。
线性低密度聚乙烯树脂LLDPE树脂，为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，具有较高的软化温度和熔融温度，有强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒性好等优点，还具有良好的耐环境应力开裂性，耐冲击强度、耐撕裂强度等性能，并可耐酸、碱、有机溶剂等而广泛用于工业、农业、医药、卫生和日常生活用品等领域。
超高分子量聚乙烯(UPE)，其耐磨、耐冲击、耐腐蚀、自润滑、吸收冲击能—这五个性能是现有塑料中最好的。UPE耐磨性居塑料之冠，是普通碳钢的8倍，冲击强度是ABS的6倍，自润滑性能相当于聚四氟乙烯，而且耐腐蚀性能强，化学技术性能高，不粘性好，制品表面与其它材料不易相附，卫生无毒，耐低温，在液氮下具有延展性，其缺点是：胶粘性差，流动性差。
研究人员采用各种方法，通过超临界发泡剂应用，化学发泡剂产生的二氧化碳充当一种超临界流体。在热塑性塑料的加工温度，二氧化碳能够将UPE树脂、LLDPE、PET、PA6等任何聚合物熔体溶解，并大大减少了聚合物熔体粘度，从而起到相容剂、流动改性剂等功效。可通过结合UPE树脂的疏水性好、耐化学性、耐磨性及优良的耐候性能、LLDPE树脂的强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒性好等特点来改良PA6存在的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本、高流动且耐磨的PA6材料及其制备方法，用于解决现有技术中A6很容易吸收水分、收缩率大、冲击强度低的问题。
本发明通过下述技术方案解决上述问题：
一种低成本、高流动且耐磨的PA6材料，所述材料包含量份数计的以下组分：PA6树脂50～90份、增韧剂2～30份、LLDPE树脂2～10份、相容剂0.1～1份、滑剂0.2～2份、硅烷偶联剂0.2～0.4份、抗氧剂0.2～0.4份。
优选地，所述PA6树脂为70～90份，增韧剂为4～20份、LLDPE树脂为4～10份、相容剂为0.5～1份、滑剂为0.5～2份、抗氧剂为0.2～0.4份。
优选地，所述PA6树脂为半透明或不透明的乳白色结晶形聚合物，其密度为1.14～1.16g/cm3，熔指为20～50g/10min，热变形温度为50～70℃。
优选地，所述上述增韧剂为超高分子量聚乙烯粉体，即UPE，其密度为0.93～0.95g/cm3，粒径为50～300nm。
优选地，所述硅烷偶联剂为乙烯基硅氧烷和烯丙基硅氧烷，常用的有乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷；能够改善聚合物的润湿性及分散性及无机粉体表面有机化。
优选地，所述LLDPE树脂为线性低密度聚乙烯树脂，为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，密度为0.918～0.935g/cm3，熔指1.7～2.3g/10min。
优选地，所述相容剂为吸热型闭孔式化学成核发泡剂，受热分散产生的气体为二氧化碳，二氧化碳含量80～85ml/g。
优选地，所述滑剂为纳米合成的镁铝滑石，为粉体结构，其镁铝比为2:1，平均粒径<80μm，白度为92，比重为2.1g/ml。
还包括一种低成本、高流动且耐磨的PA6材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：将UPE树脂、滑剂、抗氧剂、发泡剂、滑剂、偶联剂按比例进行称量，然后经混合机搅拌3～10分钟，取出备用；
步骤2：将PA6、LLDPE、活化粉粉体树脂按比例进行称量，高速混合机混合，混合时间为3～6分钟，混合均匀后形成预混料。
步骤3：将预混料通过双螺杆挤出机，以熔融共混法制备，加热温度为190～230℃，机头挤出温度为180～200℃；主机螺杆转速为200～400r/min，加料转速为25～35r/min。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
通过合理地选用原料组分、配比以及特殊的加工方法，解决了传统PA6行业面临的缩水大、吸水率大、韧性低、耐磨性差等问题，通过UPE的加入，进一步提高了PA6的耐磨、耐候及耐化学性能；LLDPE的加入，改善了材料的韧性；发泡剂的应用，增强了基体与基体的界面相互作用，提高了两者间的相容性；加入的滑剂，具备高热稳定性、高透明性、优异的分散性能及良好的耐候性，进一步解决了合金材料均一性的问题；通过采双螺杆挤出机熔融共混的制备方法，在充分混合的情况下，有效减少了高速剪切作用对发泡剂的损伤，制备出具有较高强度和韧性，良好的加工性能以及外观效果的竹PA6复合材料，该复合材料可广泛应用于电子、汽车、家用电器等各个领域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
一种低成本、高流动且耐磨的PA6材料，所述材料包含量份数计的以下组分：PA6树脂50～90份、增韧剂2～30份、LLDPE树脂2～10份、相容剂0.1～1份、滑剂0.2～2份、硅烷偶联剂0.2～0.4份、抗氧剂0.2～0.4份。所述PA6树脂为半透明或不透明的乳白色结晶形聚合物，其密度为1.14～1.16g/cm3，熔指为20～50g/10min，热变形温度为50～70℃。所述上述增韧剂为超高分子量聚乙烯粉体，即UPE，其密度为0.93～0.95g/cm3，粒径为50～300nm。所述硅烷偶联剂为乙烯基硅氧烷和烯丙基硅氧烷，常用的有乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷；能够改善聚合物的润湿性及分散性及无机粉体表面有机化。所述LLDPE树脂为线性低密度聚乙烯树脂，为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，密度为0.918～0.935g/cm3，熔指1.7～2.3g/10min。所述相容剂为吸热型闭孔式化学成核发泡剂，受热分散产生的气体为二氧化碳，二氧化碳含量80～85ml/g。所述滑剂为纳米合成的镁铝滑石，为粉体结构，其镁铝比为2:1，平均粒径<80μm，白度为92，比重为2.1g/ml。
实施上述材料，按照表1原料配方称取各种原料，制备3个示例以及2个对比例，其中，PA6树脂的密度为1.156g/cm3，熔体流动速率为55.4g/10min，冲击强度为10.93KJ/m2,，洛式硬度为72.2(R)；LLDPE树脂熔体流动速率2g/10min，密度0.92g/cm3，拉伸强度12MPa，断裂伸长率:500％；UPE密度:0.945g/cm3,拉伸强度27MPa，弯曲强度15MPa，冲击强度为64KJ/m2，邵氏硬度为62(D)，热变形温度85℃。
经如下制备过程，得到3个示例以及2个对比例。制备过程：
步骤1，首先将UPE粉末、相容剂、滑剂、抗氧剂依次放入高速混合机中，然后加入硅烷偶联剂，高速搅拌3～5min，使粉体充分拌匀，取出待用；由于一般高速混合机只设定有高速和低速之分，没有具体的速度范围，本发明只要求在任意一台高速混合机中机械混合时，高速混匀的时间在3～6分钟即可；
步骤2，将PA6、LLDPE、活化粉体依次放入高速混合机中，高速搅拌3～5min，取出；
步骤3，预混料经双螺杆挤出机(螺杆长径比为40：1)，采用熔融共混法挤出、冷却、造粒后得到改性增强PA6材料，为保证足够的溶压，螺杆捏合块剪切组合至少有1组为错列角为90度的捏合块，以保证UPE充分熔融；同时为保证发泡剂能够有效作用，需要保持足够的溶压(一般为7.0Mpa)，所以螺杆主机转速需要尽可能大，而主喂料转速需要尽可能小。产品性质检测数据见表2。挤出造粒的工艺参数为：加热温度段为：一区温度：180℃，二区温度：200℃，三区温度：220℃，四区温度：220℃，五区温度：230℃，六区温度：230℃，七区温度：230℃，八区温度：230℃，九区温度：230℃，机头温度：200℃，熔体温度：220℃。主机转速为250r/min，主喂料转速为25r/min。
为更清楚体现本发明上述实施例中PA6改性材料的制备方法所得到的复合材料的性能效果突出，本实施例制作对比例1和对比例2作为对照组，对比例1和对比例2涉及的复合材料的制备方法与示例1-3的制备方法相同，其具体原料配比见表1。
对示例1至3、对比例1至2的产品按照国标进行测试，性能数据见表2。
表1本实施例的示例1-3以及对比例1-2的材料配比单位：公斤
表2本实施例的示例1-3以及对比例1-2的材料性能测试数据
注：(Taber磨耗测试条件)：磨轮类型CS-10，砝码质量1000g，转数1000r，速度72rpm。
上述数据中，拉伸强度、断裂伸长率按照国标GB/T1040.2-2008进行测试；弯曲强度、弯曲模量按照国标GB/T9341-2008进行测试；悬臂梁缺口冲击强度按照国标GB/T1843-2008进行测试；熔体流动速率按照国标GB/T3682-2008进行测试。耐热老化按照QC/T15-1992，持久存放在70±2℃的环境中，≥200H，P表示通过；氙灯老化试验按照GB/T 1865进行测试，P表示通过。
从表2示例1-3中可以看出，通过合理控制配方中各组分的比例和成份，制备得到的一种低成本、高流动、耐磨PA6材料具备良好的力学性能(拉伸强度为68.26-80.0Mpa，弯曲强度为84.35-92.5Mpa，缺口冲击强度10.47-14.5KJ/m2)。
通过比较对比例1与其他示例对比，可以看到，通过UPE的加入，进一步提高了PA6的耐磨、耐候及耐化学性能；比较对比例2与其他示例对比，可以看到，LLDPE的加入，改善了材料的韧性。发泡剂的应用，增强了基体与基体的界面相互作用，提高了两者间的相容性；加入的滑剂，具备高热稳定性、高透明性、优异的分散性能及良好的耐候性，进一步解决了合金材料均一性的问题。综合各材料的特性，很好的改进了PA6存在的缺陷。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (9)

1.一种低成本、高流动且耐磨的PA6材料，其特征在于，所述材料包含量份数计的以下组分：PA6树脂50～90份、增韧剂2～30份、LLDPE树脂2～10份、相容剂0.1～1份、滑剂0.2～2份、硅烷偶联剂0.2～0.4份、抗氧剂0.2～0.4份。
2.根据权利要求1所述的低成本、高流动且耐磨的PA6材料，其特征在于：所述PA6树脂为70～90份，增韧剂为4～20份、LLDPE树脂为4～10份、相容剂为0.5～1份、滑剂为0.5～2份、抗氧剂为0.2～0.4份。
3.根据权利要求2所述的低成本、高流动且耐磨的PA6材料，其特征在于：所述PA6树脂为半透明或不透明的乳白色结晶形聚合物，其密度为1.14～1.16g/cm3，熔指为20～50g/10min，热变形温度为50～70℃。
4.根据权利要求1所述的低成本、高流动且耐磨的PA6材料，其特征在于：所述上述增韧剂为超高分子量聚乙烯粉体，即UPE，其密度为0.93～0.95g/cm3，粒径为50～300nm。
5.根据权利要求1所述的低成本、高流动且耐磨的PA6材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为乙烯基硅氧烷和烯丙基硅氧烷。
6.根据权利要求1所述的低成本、高流动且耐磨的PA6材料，其特征在于：所述LLDPE树脂为线性低密度聚乙烯树脂，为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，密度为0.918～0.935g/cm3，熔指1.7～2.3g/10min。
7.根据权利要求1所述的低成本、高流动且耐磨的PA6材料，其特征在于：所述相容剂为吸热型闭孔式化学成核发泡剂，受热分散产生的气体为二氧化碳，二氧化碳含量80～85ml/gram。
8.根据权利要求1所述的低成本、高流动且耐磨的PA6材料，其特征在于：所述滑剂为纳米合成的镁铝滑石，为粉体结构，其镁铝比为2:1，平均粒径<80μm，白度为92，比重为2.1g/ml。
9.一种低成本、高流动且耐磨的PA6材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：将UPE树脂、滑剂、抗氧剂、发泡剂、滑剂、偶联剂按比例进行称量，然后经混合机搅拌3～10分钟，取出备用；
步骤2：将PA6、LLDPE、活化粉粉体树脂按比例进行称量，高速混合机混合，混合时间为3～6分钟，混合均匀后形成预混料。
步骤3：将预混料通过双螺杆挤出机，以熔融共混法制备，加热温度为190～230℃，机头挤出温度为180～200℃；主机螺杆转速为200～400r/min，加料转速为25～35r/min。
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