高性能尼龙树脂/硫酸钙晶须复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了高性能尼龙树脂/硫酸钙晶须复合材料，按以下重量百分比的原料组成：尼龙6树脂45～80份，玻璃纤维10～30份，硫酸钙晶须10～25份，其他添加剂0.2～10份。本发明首先配方中采用玻璃纤维和硫酸钙晶须复合增强尼龙材料。通过玻璃纤维和晶须的协同作用，表现出十分显著的增强效果。在一定的添加量和添加比例下，两者复合增强效果可超过纯玻纤。不仅提升了复合材料的强度、模量、耐高温性、表面光洁度，而且由于硫酸钙晶须自身的价格优势，可进一步降低生产成本。其次，对生产工艺进行了调整，以侧向喂料方式添加硫酸钙晶须，减少了硫酸钙晶须在加工过程中的断裂和磨损，提高了复合材料的强度和尺寸的稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子材料，具体为一种高性能尼龙树脂/硫酸钙晶须复合材料及其制备方法。

背景技术

尼龙6(PA6)工程塑料具有高韧性、耐磨性、自润滑、自熄性、耐油和耐腐蚀等良好的综合性能，产量居五大工程塑料之首，被广泛应用于汽车、电子电气、机械、铁路、兵器和建筑等领域。

对于填充增强尼龙材料，已有人作了相关研究并进行了报道。中国专利CN1970629A，该发明专利申请的名称为“高性能树脂/云母复合材料及生产方法”。该材料主要由树脂、云母粉、短玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、润滑剂等组成，其中树脂是尼龙或聚对苯二甲酸丁二醇酯。该发明方法具有操作简单、成本低、生产效率高等优点，制备的树脂/云母复合材料，具有良好的尺寸稳定性，和较高的强度、模量及耐热性等特点，同时也改善了冲击性能。该发明专利也公开了其产品的制作方法，将云母粉加入偶联剂进行活化处理、将双螺杆挤出机螺纹块组件进行组合，采用三段捏合方式进行螺纹块配置，将各组分混合或分别输送到双螺杆挤出机，进行挤出造粒等步骤。

又如专利CN101440213A，专利名称为“一种用于汽车后视镜支架的尼龙6组合物”。该材料的组成为尼龙6切片40-80％，玻璃纤维5-30％，无机矿物5-30％，相容剂1-10％，抗氧剂0.1-0.5％，偶联剂0.1-0.5％。该发明具有高流动性，极高的冲击性能，优良的尺寸稳定性，耐化学性好，制品表面光洁等特点，可用于注塑成型汽车后视镜支架，也可用于加工其他性能要求较高的汽车零部件和机电产品。

本发明采用硫酸钙晶须与玻璃纤维复合增强体系改性PA6，增强效果显著。此外本发明还对生产工艺进行了调整，以侧向喂料方式添加硫酸钙晶须，进一步提高了复合材料的强度和尺寸的稳定性。由本法制得的复合材料并加工成型的制件不仅性能优异，外表美观，生产成本也得到了有效降低，有很大的实用性和商业价值。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种高性能尼龙树脂/硫酸钙晶须复合材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

高性能尼龙树脂/硫酸钙晶须复合材料，按以下重量百分比的原料组成：

尼龙6树脂     45～80份

玻璃纤维      10～30份

硫酸钙晶须    10～25份

其他添加剂    0.2～10份。

所述的尼龙6树脂的数均分子量在5000～30000。

所述的玻璃纤维为无碱、中碱和高强度玻纤中的一种或几种，玻纤直径为5～20μm。

所述的硫酸钙晶须平均直径为0.2～8μm，平均长度为10～200μm。

所述的其他添加剂包括相容剂、增韧剂、抗氧剂、耐光照助剂、阻燃剂、各种颜色添加剂、各种酯类或脂肪酸类润滑剂等；

上述高性能尼龙树脂/硫酸钙晶须复合材料的制备方法，其具体步骤为：

(1)按上述重量配比称取原料。

(2)将尼龙6、其它添加剂均匀混和后进入双螺杆挤出机，在专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维，在第四区侧向喂料口处添加硫酸钙晶须，加工工艺如下：一区温度190～210℃，二区温度220～240℃，三区温度220～240℃，四区温度220～240℃，五区温度220～250℃，主机转速250～440转/分钟，侧喂料转速30～60转/分钟。

(3)挤出后冷却、干燥、切粒即得高性能填充增强尼龙材料。

本发明首先配方中采用玻璃纤维和硫酸钙晶须复合增强尼龙材料。通过玻璃纤维和晶须的协同作用，表现出十分显著的增强效果。在一定的添加量和添加比例下，两者复合增强效果可超过纯玻纤。不仅提升了复合材料的强度、模量、耐高温性、表面光洁度，而且由于硫酸钙晶须自身的价格优势，可进一步降低生产成本。

其次，对生产工艺进行了调整，以侧向喂料方式添加硫酸钙晶须，减少了硫酸钙晶须在加工过程中的断裂和磨损，进一步提高了复合材料的强度和尺寸的稳定性。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。

在实施例及对比例合金材料配方中，尼龙6牌号为PA6-YH800，岳阳石化生产。

所述的玻纤牌号为ER13-2000-988A，巨石集团生产。

所述的硫酸钙晶须平均直径为1～4μm，平均长度为50～200μm，洛阳亮东非金属材料科技开发有限公司生产。

所述的其他添加剂为抗氧剂1098和168(1∶1)。其中抗氧剂1098牌号为Irganox 1098，化学名称为N，N-双-[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺，Ciba公司生产。抗氧剂168牌号为Irgafos 168，化学名称为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，Ciba公司生产。

首先将硫酸钙晶须在80～100℃条件下干燥4～6小时。将尼龙6、其它添加剂在高速混合器中干混3～5分钟后进入双螺杆挤出机。在专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维，在第四区侧向喂料口处添加干燥后的硫酸钙晶须。加工工艺如下：一区温度190～210℃，二区温度220～240℃，三区温度220～240℃，四区温度220～240℃，五区温度220～250℃，主机转速250～440转/分钟，侧喂料转速30～60转/分钟。

产品性能测试方法：

拉伸性能，按ISO527方法，拉伸速度为50mm/min，样条尺寸为150*10*4mm。

弯曲性能，按ISO178方法，试验速度为2mm/min，样条尺寸为80*10*4mm，跨距64mm。

缺口Charpy冲击强度，按ISO179方法，样条尺寸为80*10*4mm，缺口深度为试样厚度的五分之一。

下面介绍本发明的实施例：

实施例1

将尼龙6 70份，抗氧剂1098 0.1份，抗氧剂168 0.2份混合后置于双螺杆挤出机中经220～240℃熔融挤出，并在专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维15份，在第四区侧向喂料口处添加干燥过的硫酸钙晶须15份，造粒制成复合材料。

实施例2

将尼龙6 60份，抗氧剂1098 0.1份，抗氧剂168 0.2份混合后置于双螺杆挤出机中经220～240℃熔融挤出，并在专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维20份，在第四区侧向喂料口处添加干燥过的硫酸钙晶须20份，造粒制成复合材料。

实施例3

将尼龙6 70份，抗氧剂1098 0.1份，抗氧剂168 0.2份混合后置于双螺杆挤出机中经220～240℃熔融挤出，并在专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维20份，在第四区侧向喂料口处添加干燥过的硫酸钙晶须10份，造粒制成复合材料。

实施例4

将尼龙6 60份，抗氧剂1098 0.1份，抗氧剂168 0.2份混合后置于双螺杆挤出机中经220～240℃熔融挤出，并在专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维25份，在第四区侧向喂料口处添加干燥过的硫酸钙晶须15份，造粒制成复合材料。

对比例1

将尼龙6 70份，干燥过的硫酸钙晶须15份，抗氧剂1098 0.1份，抗氧剂168 0.2份混合后置于双螺杆挤出机中经220～240℃熔融挤出，并在专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维15份，造粒制成复合材料。

对比例2

将尼龙6 60份，干燥过的硫酸钙晶须20份，抗氧剂1098 0.1份，抗氧剂168 0.2份混合后置于双螺杆挤出机中经220～240℃熔融挤出，并在专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维20份，造粒制成复合材料。

对比例3

将尼龙6 70份，干燥过的硫酸钙晶须10份，抗氧剂1098 0.1份，抗氧剂168 0.2份混合后置于双螺杆挤出机中经220～240℃熔融挤出，并在专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维20份，造粒制成复合材料。

对比例4

将尼龙6 60份，干燥过的硫酸钙晶须15份，抗氧剂1098 0.1份，抗氧剂168 0.2份混合后置于双螺杆挤出机中经220～240℃熔融挤出，并在专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维25份，造粒制成复合材料。

对比例5

将尼龙6 70份，抗氧剂1098 0.1份，抗氧剂168 0.2份混合后置于双螺杆挤出机中经220～240℃熔融挤出，并在专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维30份，造粒制成复合材料。

对比例6

将尼龙6 60份，抗氧剂1098 0.1份，抗氧剂168 0.2份混合后置于双螺杆挤出机中经220～240℃熔融挤出，并在专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维40份，造粒制成复合材料。

表1尼龙6/硫酸钙晶须复合材料性能

由对比例1～对比例4与对比例子5～对比例6的性能对比可以看出，硫酸钙晶须与玻璃纤维的复合增强效果显著。当硫酸钙晶须与玻璃纤维添加比例相等时增强效果更为明显，特别是当填充量为30份左右，硫酸钙晶须与玻纤对基体树脂的复合增强效果可优于纯玻纤。可能是由于晶须的强度大，在加工过程中磨损较少，对树脂具有较好的增强效果，且与玻纤产生协同效应，使得增强效果更加突出。此外，从材料注塑成样件的表面可以看出复合增强的PA6材料比纯玻纤增强PA6材料具有更好的表面光洁度。

其次，实施例1～实施例4与对比例1～对比例4的性能对比可以看出，以侧向喂料方式添加硫酸钙晶须可进一步提高复合材料的性能。侧向添加硫酸钙晶须可有效的减少晶须在加工过程中的断裂和磨损，增强效果更加显著。