低成本高性能玻璃纤维增强尼龙6复合材料及其制备方法

摘要

本发明提供一种低成本高性能玻璃纤维增强尼龙6复合材料及其制备方法。该复合材料的各组份重量百分比为：尼龙6：57％-82.5％、增容增韧剂：3％-20％、硫酸钙晶须：3％-12％、成核剂：0.1％-0.5％、主抗氧化剂：0.1％-0.5％、辅抗氧化剂：0.1％-0.3％、改性助剂：0.3％-1.7％、硅油：0.2％-0.7％、玻璃纤维：5％-25％。其制备方法为：先将尼龙6和硅油在高混机中混合，然后再依次加入晶须、成核剂、抗氧化剂、改性助剂和增容增韧剂，混合均匀，再在组合的双螺杆挤出机中与玻璃纤维熔融挤出造粒，挤出温度为240～260℃。本发明所提供的玻璃纤维增强尼龙6复合材料具有成本低、力学性能优异、流动性好、表面光滑等优点，可用于微波炉和电动工具面板等对表面要求较高的器件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种尼龙材料及其制备方法，特别涉及一种玻璃纤维增强尼龙材料及其制备方法。

背景技术

尼龙6经玻璃纤维增强后，其力学性能、热性能、尺寸稳定性、耐蠕变、耐疲劳性及耐磨等都得到显著改善。自20世纪70年代初开发长玻璃纤维增强尼龙6以来，其应用范围得到进一步地拓宽。长玻璃纤维增强尼龙6复合材料在汽车、机械、电器、军工等领域有巨大的发展潜力，可用其制造汽车保险杠、发动机隔噪罩、座椅骨架、车头灯、风扇、散热器格栅、仪表盘托架等，并且在航空航天和兵器等领域也占有一席之地。

如何降低成本和提高塑料性能是大多数塑料改性企业关心的一个问题，塑料改性技术的不断发展，各种高性价比填充母粒和填充物的涌现为降低塑料制品成本和提高产品性能成为可能。

使用晶须增强的复合材料具有达到高强度的潜力，因此晶须的研究和开发受到了高度重视。晶须是指以单晶形式生长的具有一定长径比、形状类似纤维的材料，其不含有通常材料中存在的缺陷，例如晶界、位错、空穴等，同时，其原子排列高度有序，因而其强度接近于完整晶体的理论值。虽然60年代已开发了近百种不同材料晶须的实验品，但是由于技术复杂，价格高昂，很少具有实用价值。1975年从稻壳制备的β-SiC晶须，为工业生产打开局面。80年代后实现了大规模生产SiC晶须，进而又开发了SiC晶须的金属基、陶瓷基、树脂基的复合材料，发展了Al₂O₃、Si₃N₄、TiN、TiB₂、Zn-Ni等晶须新品种，晶须材料得到进一步发展。晶须除具有高强度、耐高温、耐磨、耐酸碱等性能，还具有一些特殊的磁性、电性和光学性能，可开发为功能材料。目前晶须主要用作复合材料的增强剂，用于航空航天飞行器构件和部件，在机械、汽车、化工、生物医学和日用工业中也得到应用。

晶须添加到树脂中，一方面可以降低成本，另一方面起到增强作用，可部分替代玻璃纤维，同时增加表面光泽度，为广大改性塑料厂商在提高产品性能和降低成本方面提供有价值的参考。

然而，如何解决好晶须与高分子复合材料的相容性是研究晶须增强高分子材料的一个关键问题。要使晶须真正起到增强作用，必须与基体树脂形成良好的界面相互作用，同时对晶须的白度和长径比等物性也具有较苛刻的要求。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的问题，本发明提供了一种低成本高性能玻璃纤维增强尼龙6复合材料，其采用玻璃纤维和晶须对尼龙6进行增强，原料配方包含尼龙6、增容增韧剂、晶须、成核剂、主/辅抗氧化剂、改性助剂、硅油和玻璃纤维，配方各组分的重量百分比为：

尼龙6         57％-82.5％

增容增韧剂    3％-20％

晶须          3％-12％

成核剂        0.1％-0.5％

主抗氧化剂    0.1％-0.5％

辅抗氧化剂    0.1％-0.3％

改性助剂      0.3％-1.7％

硅油          0.2％-0.7％

玻璃纤维      5％-25％

本发明所述的增容增韧剂为马来酸酐接枝聚乙烯辛烯共弹性体、马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶或Fusabond 560D的一种或一种以上组合。

本发明所述的晶须为硫酸钙晶须，其白度≥97％，平均直径为1-8微米，平均长度40-160微米，密度为2.6-2.7g/cm³。

本发明所述的成核剂为超微细滑石粉、有机膨润土、高岭土或P250的一种。

本发明所述的主抗氧化剂为三(2，4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、N，N′-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺以及四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯中的一种。辅抗氧化剂为THANOX-1098或627A。

本发明所述的改性助剂为A-C540A、玻璃微珠以及防纤维外露剂中的一种，或一种以上组合。

本发明所述的玻璃纤维为巨石集团的ER13-2000-988A。

本发明还提供了上述低成本高性能玻璃纤维增强尼龙6复合材料的制备方法，具体步骤为：先将尼龙6和硅油在高混机中混合，然后再依次加入晶须、成核剂、主/辅抗氧化剂、改性助剂和增容增韧剂，混合均匀，再在组合的双螺杆挤出机中与玻璃纤维熔融挤出造粒，挤出温度为240～260℃。

本发明的优点在于：由于所选用的晶须具有明确的白度和长径比，并采用增容增韧剂和分散剂来提高晶须的分散性及其与树脂的相容性，因此克服了现有技术中晶须与高分子复合材料相容性的问题。同时，本发明所提供的玻璃纤维增强尼龙6复合材料具有成本低、力学性能优异、表面光滑等特点，可用于微波炉和电动工具面板等对表面要求较高的器件。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步介绍。

实施例1

一种低成本高性能玻璃纤维增强尼龙6复合材料，由以下以重量百分比计的原料组成：尼龙6(牌号：PA6VOLGAMID；厂家：上海古比雪夫氮工程塑料有限公司)82.5％；增容增韧剂4.3％；硫酸钙晶须4.3％；成核剂0.15％；主抗氧化剂0.15％；辅抗氧化剂0.1％；改性助剂0.3％；硅油0.2％；玻璃纤维8％。

所述的增容增韧剂由马来酸酐接枝聚乙烯辛烯共弹性体2.3％和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶2％组成。所述的成核剂为超微细滑石粉。所述的主抗氧剂为三(2，4-二叔丁基)亚磷酸苯酯。所述的辅抗氧剂为627A(双(2，45-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯，上海金海雅宝精细化工有限公司)。所述的改性助剂为A-C540A(聚乙烯蜡，深圳市秦岭进出口贸易有限公司)组成。玻璃纤维为巨石集团的ER13-2000-988A(合股无捻粗纱玻璃纤维)。

上述低成本高性能玻璃纤维增强尼龙6复合材料的制备方法为：先将尼龙6和硅油在高混机中混合，然后再依次加入晶须、成核剂、主/辅抗氧化剂、改性助剂和增容增韧剂，混合均匀，再在组合的双螺杆挤出机中与玻璃纤维熔融挤出造粒，挤出温度为240℃。

复合材料的力学性能测试结果见表1所示。

实施例2

一种低成本高性能玻璃纤维增强尼龙6复合材料，由以下以重量份计的原料组成：尼龙6(牌号：PA6VOLGAMID；厂家：上海古比雪夫氮工程塑料有限公司)57％；增容增韧剂14％；硫酸钙晶须9.5％；成核剂0.4％；主抗氧化剂0.4％；辅抗氧化剂0.2％；改性助剂1％；硅油0.5％；玻璃纤维17％。

所述的增容增韧剂由马来酸酐接枝聚乙烯辛烯共弹性体6％和马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物6％和Fusabond 560D(美国杜邦公司)2％组成。所述的成核剂为有机膨润土。所述的主抗氧剂为四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯。所述的辅抗氧剂为THANOX-1098(抗抽提、低挥发性受阻酚类抗氧化剂，天津市瑞安得科技发展有限公司)。所述的改性助剂为玻璃微珠。玻璃纤维为巨石集团的ER13-2000-988A。

上述低成本高性能玻璃纤维增强尼龙6复合材料的制备方法为：先将尼龙6和硅油在高混机中混合，然后再依次加入晶须、成核剂、主/辅抗氧化剂、改性助剂和增容增韧剂，混合均匀，再在组合的双螺杆挤出机中与玻璃纤维熔融挤出造粒，挤出温度为260℃。

复合材料的力学性能测试结果见表1所示。

实施例3

一种低成本高性能玻璃纤维增强尼龙6复合材料，由以下以重量份计的原料组成：尼龙6(牌号：PA6VOLGAMID；厂家：上海古比雪夫氮工程塑料有限公司)70％；增容增韧剂7％；硫酸钙晶须7％；成核剂0.3％；主抗氧化剂0.3％；辅抗氧化剂0.3％；改性助剂0.7％；硅油0.4％；玻璃纤维14％。

所述的增容增韧剂由马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物3.5％和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶3.5％组成。所述的成核剂为P250(热塑性塑料成核剂，为有机成分和无机成分的成核剂的优化混合物，上海纽诺化工科技有限公司)。所述的主抗氧剂为N，N′-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。所述的辅抗氧剂为THANOX-1098(天津市瑞安得科技发展有限公司)。所述的改性助剂为防纤维外露剂(江苏兴泰国光化学助剂有限公司)。玻璃纤维为巨石集团的ER13-2000-988A。

上述低成本高性能玻璃纤维增强尼龙6复合材料的制备方法为：先将尼龙6和硅油在高混机中混合，然后再依次加入晶须、成核剂、主/辅抗氧化剂、改性助剂和增容增韧剂，混合均匀，再在组合的双螺杆挤出机中与玻璃纤维熔融挤出造粒，挤出温度为250℃

复合材料的力学性能测试结果见表1所示。

实施例4

一种低成本高性能玻璃纤维增强尼龙6复合材料，由以下以重量份计的原料组成：尼龙6(牌号：PA6VOLGAMID；厂家：上海古比雪夫氮工程塑料有限公司)70％；增容增韧剂7％；硫酸钙晶须7％；成核剂0.3％；主抗氧化剂0.3％；辅抗氧化剂0.2％；改性助剂0.7％；硅油0.4％；玻璃纤维14％。

所述的增容增韧剂由马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物3.5％和Fusabond 560D(美国杜邦公司)3.5％组成。所述的成核剂为高岭土。所述的主抗氧剂为N，N′-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。所述的辅抗氧剂为627A(上海金海雅宝精细化工有限公司)。所述的改性助剂为玻璃微珠。玻璃纤维为巨石集团的ER13-2000-988A。

上述低成本高性能玻璃纤维增强尼龙6复合材料的制备方法，具体步骤为：先将尼龙6和硅油在高混机中混合，然后再依次加入晶须、成核剂、主/辅抗氧化剂、改性助剂和增容增韧剂，混合均匀，再在组合的双螺杆挤出机中与玻璃纤维熔融挤出造粒，挤出温度为250℃。

复合材料的力学性能测试结果见表1所示。

由于本发明使用的晶须是一种纤维状形体结构功能性材料，可以部分代替玻璃纤维来增强树脂，其具有良好的分散性和流动性，有利于消除玻璃纤维外露现象和提高制品表面光洁度。此外，晶须的价格仅为玻璃纤维的1/2-1/3，用其代替玻璃纤维可大大降低企业生产成本。在本发明中，添加适量的增容增韧剂既可增加填料与树脂的相容性、减少表面浮纤，又有利于提高复合材料的冲击强度。成核剂添加到聚合物熔体中，很容易被分散成非常细小的颗粒，起到有效的成核作用，形成细致均匀的晶体结构，这将有助于改善制品的机械性能和表面光泽。下表1为本发明各个实施例的力学性能可以发现，本发明所提供的玻璃纤维增强尼龙6复合材料具有力学性能优异、表面光滑等特点。

表1、各实施例得到的玻璃纤维增强尼龙6的力学性能

针对实施例1，在不添加硫酸钙晶须的情况下，其力学性能为：拉伸强度103.8MPa，弯曲强度159.3MPa，弯曲模量4200MPa，缺口冲击强度5.1kJ/m²，光泽度86％。针对实施例2、3和4，在不添加硫酸钙晶须的情况下，其力学性能为：拉伸强度165.9MPa，弯曲强度239.7MPa，弯曲模量7749MPa，缺口冲击强度8.9kJ/m²，光泽度75％。将上述数据与表1数据进行综合比较，可以发现，本发明所提供的玻璃纤维增强尼龙6复合材料具有力学性能优异、表面光滑等特点。