CN112679945A - 一种良外观高玻纤增强尼龙复合材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种良外观高玻纤增强尼龙复合材料及其应用。本发明的材料包括以下重量份数的组分：玻璃纤维30‑65份；尼龙树脂35‑70份；透明尼龙3‑15份；膨胀石墨0.01‑1份；其他组分0.1‑5份。本发明所得良外观高玻纤增强尼龙复合材料，保留了玻纤增强尼龙材料固有的力学性能和热学性能，不仅具有优良的表观质量，而且具有低散发、耐候性好、在高温高湿环境下使用无表面析出问题，可以同时满足汽车内饰、外饰、发动机周边等应用，大大拓宽了高玻纤增强尼龙复合材料的应用领域。
Description
技术领域
本发明属于聚酰胺技术领域，特别涉及一种良外观高玻纤增强尼龙复合材料及其应用。
背景技术
玻纤增强尼龙复合材料因其具有优异的力学性能、抗蠕变、耐疲劳及耐化学腐蚀性能而广泛的应用于汽车、家电以及电子电器工业中。但是当复合材料中的玻璃纤维达到一定含量后，导致产品表面浮纤，表观急剧劣化，从而大大限制了材料的应用尤其是具有较高外观要求的零部件上的应用。为解决上述问题国内外相关技术人员也做了大量的研究工作。
当前，通常采用以下方法来改善尼龙制品表面浮纤问题：1)提高树脂基料流动性，如使用尼龙低聚物、低粘度尼龙、共聚尼龙、石墨烯改性高流动尼龙等，实际上降低了注塑温度下的聚合物粘度，但其会牺牲材料的力学性能、热变形温度，无法通过高温热存放试验，而且由于粘度过低或粘度梯度差异导致玻纤更容易摆脱树脂基体的束缚，造成外露。2)提高材料流动性，这也是较为常用的改性手段，如己二酸、超支化聚酯等流动改善助剂，但是此类低分子量助剂往往耐温性较差，在注塑成型较大型制品时会引发材料热降解，在热老化及高温高湿的发动机周边应用中易析出影响外观，并且玻纤含量大时基本不起作用。3)降低材料中的玻璃纤维含量，如添加部分玻璃微珠、矿粉或者特殊种类的玻璃纤维，如扁平玻纤、滑石粉、细磨玻纤等，但其或增加成本或牺牲材料性能，产品性价比不高，且浮纤改善效果并不明显。4)降低材料结晶温度，如使用有机染料苯胺黑，具有较低的成本和明显的改善效果，但苯胺黑的加入会使材料的耐光老化劣化，总碳散发明显上升，无法满足汽车塑件作为内外饰的使用要求。5)采用特种聚合物复配，如透明尼龙，通过同时降低聚酰胺的熔点和结晶温度获得改善的外观，但为达到理想的浮纤改善效果，透明尼龙的添加量需较高，这样既加大了产品配方成本，还易导致材料的热变形温度下降过大。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的技术不足和缺陷，提供一种良外观高玻纤增强尼龙复合材料，当该良外观高玻纤增强尼龙复合材料的共混物从挤出机挤出或注塑机射出时，在膨胀石墨自润滑性及高聚物挤出物胀大效应的双重作用下，体积蓬松轻质、低粘度的膨胀石墨随着扩张方向朝熔体外侧流动，并通过非晶性透明尼龙的迟滞固化富集于材料表层，从而达到在少量添加透明尼龙的同时实现改善最终零件浮纤的目的。本发明所得良外观高玻纤增强尼龙复合材料，保留了玻纤增强尼龙材料固有的力学性能和热学性能，不仅具有优良的表观质量，而且具有低散发、耐候性好、在高温高湿环境下使用无表面析出问题，可以同时满足汽车内饰、外饰、发动机周边等应用，大大拓宽了高玻纤增强尼龙复合材料的应用领域。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种良外观高玻纤增强尼龙复合材料，包括以下重量份数的组分：
玻璃纤维30-65份；
尼龙树脂35-70份；
透明尼龙2-10份；
膨胀石墨0.01-1份；
其他组分0.1-5份。
所述的玻璃纤维是指纤维直径在10至20μm,长度在3.0至4.5mm的短切玻璃纤维。
所述尼龙树脂选自PA66、PA56、PA6、PA66/6T的一种或几种的组合。
所述透明尼龙为(a)非晶性无规共聚物；(b)非晶共聚物与半结晶性均聚物或同类的非晶性共聚物通过熔融共混而制得的嵌段共聚物；(c)多元尼龙共聚物。所述透明尼龙选自PA6I、PA6I/6T、PA6/PACMT、PA6I/6T/6IPD、PA12/MACMI、PA6/TMDT/6T、PA6/PA12中的一种或几种的组合。
所述的膨胀石墨是一种由天然石墨鳞片利用物理或化学的方法使非碳质反应物***石墨层间，与炭素的六角网络平面结合的同时又保持了石墨层状结构的晶体化合物，经高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质；优选的，膨胀石墨为目数40～400的无硫膨胀石墨，包括实质为以上成分的粉末、压缩颗粒、母粒等形态。
所述其它组分，根据实际使用需求，选自抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂、脱模剂、润滑剂、成核剂、抗静电剂、抗菌剂、耐水解剂、颜色添加剂中的一种或几种。
上述良外观高玻纤增强尼龙复合材料应用于汽车内外饰及发动机周边、电子电气、机械仪表等领域，适合注塑、挤出和吹塑成型，包括汽车出风口叶片、前端框架、缸盖罩、中冷器端盖、电梯导轨滑块、电视机支架等零部件。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)当该良外观高玻纤增强尼龙复合材料的共混物从挤出机挤出或注塑机射出时，在膨胀石墨自润滑性及高聚物挤出物胀大效应的双重作用下，体积蓬松轻质、低粘度的膨胀石墨随着扩张方向朝熔体外侧流动，随着聚合物熔体充模，玻纤强化成核的尼龙树脂温度快速下降到结晶温度以下，冷却结晶固化，而高玻璃化转变温度的非晶性透明尼龙的冷却更慢，固化迟滞，并且，非极性的膨胀石墨更倾向于向极性更弱的透明尼龙富集，最终共同于材料表层完成固化定型，得到外表美观、平滑、内部结实的聚合物，从而达到改善零件浮纤的目的。
2)创造性的将膨胀石墨与透明尼龙相配合，获得了良外观高玻纤增强尼龙复合材料，为改善尼龙制品表面浮纤问题提供了新的思路。
3)创造性的利用了膨胀石墨的材料属性，与玻纤增强尼龙复合材料的外观改善应用相结合，拓宽了膨胀石墨的使用范围。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。
本发明的实施例采用下列物料：
PA66：EPR27，神马集团
PA56：E-1273，凯赛生物技术
PA6：MF800，江苏瑞美福
PA66/6T：EP523HT,华峰集团
玻璃纤维：568H，巨石集团
透明尼龙PA6I：TM01，山东东辰瑞森
透明尼龙PA6I/6T：PA3426，杜邦
膨胀石墨A：80目，市售
膨胀石墨B：母粒，膨胀石墨含量20％，载体为褐煤酸蜡类润滑剂，自制
润滑剂：OP蜡，科莱恩
稳定剂：H10，布吕格曼
黑色母：N54/1044，高莱
共聚尼龙：HYG-2500E，江苏海阳
流动改善助剂：精己二酸，华峰集团
玻璃微珠：050-20-215，法国SOVITEC公司
苯胺黑色母：N54/1033，高莱
按照表1中所述具体实施例1-12和表2中对比例1-7配方用量(重量份)分别称取玻璃纤维、尼龙树脂、透明尼龙、膨胀石墨、润滑剂、稳定剂和黑色母，将除玻璃纤维外的其他各组分投入高速混合机中进行混合直至均匀，得到预混物；然后将所得预混物投入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，玻璃纤维填料采用侧喂料工艺，进行挤出造粒，得到高玻纤增强尼龙复合材料；其中挤出温度为230～270℃，螺杆转速设置为450～650rpm。
产品性能测试方法：
将实施例和对比例所得粒子在100～120℃的烘箱中干燥4～6h后在240～310℃温度下注塑制样，模温控制在100～120℃，按照如下测试方法进行相关性能测试，测试结果详见表1和表2。
(1)拉伸强度：按ISO 527方法，样条尺寸170*10*4mm，试验速度5mm/min；
(2)弯曲强度：照ISO 178方法，样条尺寸80*10*4mm，试验速度5mm/min；
(3)简支梁冲击强度：按ISO 179/1eA方法，样条尺寸80*10*4mm；
(4)热变形温度：按ISO 75-2方法，1.80MPa载荷，样条尺寸80*10*4mm；
(5)表观质量：注塑成型大众多皮纹样板，尺寸208*147*2.7mm，采用目视法评价；制件表观质量根据浮纤多少自定义1～10分值，分值越大，表面浮纤越少，外观越好；
(6)散发性：采用VDA 277方法，试验参数120℃/5h，顶空法测试总碳；
(7)耐候性：采用SAE J2412方法，辐照1240KJ/m2后评价色板的灰度等级；
(8)析出验证：将打制成的样板，放置在85℃/RH85％的高温高湿老化箱中，处理7天，观察表面是否有物质析出。
(9)热存放验证：将打制成的样板，放置在230℃的高温老化箱中，存放1h，观察实验现象；
表1实施例高玻纤增强尼龙复合材料各组分配比(重量份)及各性能测试结果
表2对比例高玻纤增强尼龙复合材料各组分配比(重量份)及各性能测试结果
从表1的实施例和表2的对比例6～8来看，同时添加透明尼龙和膨胀石墨，增强尼龙复合材料的综合性能都明显优于单独添加透明尼龙或膨胀石墨。高玻纤含量下，即使透明尼龙用量增加一倍，也无法获得同等表观质量效果，且存在热存放变形风险。单独添加膨胀石墨，对高玻纤增强尼龙体系的表观质量改善效果甚微。
从表2的对比例1～5来看，共聚尼龙、流动改善助剂、矿物、苯胺黑等常规方法在高玻纤增强尼龙体系中表观质量改善效果小，且存在力学性能低、耐候差、析出明显、发烟大的弊端。
Claims (10)
1.一种良外观高玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于：包括以下重量份数的组分：
玻璃纤维30-65份；
尼龙树脂35-70份；
透明尼龙2-10份；
膨胀石墨0.01-1份；
其他组分0.1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种良外观高玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维是指纤维直径在10至20μm,长度在3.0至4.5mm的短切玻璃纤维。
3.根据权利要求1所述的一种良外观高玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于：所述尼龙树脂选自PA66、PA56、PA6、PA66/6T的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种良外观高玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于：所述透明尼龙为(a)非晶性无规共聚物；(b)非晶共聚物与半结晶性均聚物或同类的非晶性共聚物通过熔融共混而制得的嵌段共聚物；(c)多元尼龙共聚物。
5.根据权利要求4所述的一种良外观高玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于：所述透明尼龙选自PA6I、PA6I/6T、PA6/PACMT、PA6I/6T/6IPD、PA12/MACMI、PA6/TMDT/6T、PA6/PA12中的一种或几种的组合。
6.根据权利要求1所述的一种良外观高玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于：所述的膨胀石墨是一种由天然石墨鳞片利用物理或化学的方法使非碳质反应物***石墨层间，与炭素的六角网络平面结合的同时又保持了石墨层状结构的晶体化合物，经高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。
7.根据权利要求6所述的一种良外观高玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于：所述的膨胀石墨为目数40～400的无硫膨胀石墨。
8.根据权利要求1所述的一种良外观高玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于：所述其它组分选自抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂、脱模剂、润滑剂、成核剂、抗静电剂、抗菌剂、耐水解剂、颜色添加剂中的一种或几种。
9.根据权利要求1-8任意之一所述良外观高玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于：所述良外观高玻纤增强尼龙复合材料应用于汽车内外饰及发动机周边、电子电气、机械仪表领域。
10.根据权利要求9所述良外观高玻纤增强尼龙复合材料，其特征在于：所述良外观高玻纤增强尼龙复合材料适合注塑、挤出和吹塑成型，应用于包括汽车出风口叶片、前端框架、缸盖罩、中冷器端盖、电梯导轨滑块、电视机支架。
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