CN111234521A - 一种高光镜面玻纤增强pa66复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料及其制备方法，该高光镜面玻纤增强PA66复合材料包括PA66、高温尼龙、相容剂、偶联剂、短切纤维、抗氧剂、抗浮纤剂、润滑剂。本发明的在保持玻纤增强PA66材料高强度的前提下，有效地解决了浮纤等外观缺陷，并大幅度提高了制品光泽度，呈高光泽刚硬质感，且符合ROHS环保标准。本发明的高光镜面玻纤增强PA66复合材料的制备方法，工艺简单，生产效率高，可规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料及其制备方法。
背景技术
玻璃纤维增强PA66，因其具有高强度、高耐热、尺寸稳定性好、原料易得等优良特点，被广泛应用于轴承、齿轮、泵叶轮、风扇叶片、水阀、办公椅、汽车发动机周边零部件等众多领域。然而在注塑加工过程中，玻纤增强PA66制品极易浮纤，且随着玻纤含量的增加，浮纤越严重，这样既影响了制品外观，又限制了应用，使业界用户默认用于制作一些所谓的“内部件”，浮纤问题成为整个高分子塑胶行业的一个痛点。
针对浮纤问题，制品加工厂的工程师们为解决这一问题，也研究出了一些对策：一、弃用光面模具改成晒纹模具；二、有局部浮纤的制品采取先打磨后喷漆的方法，以掩盖浮纤缺陷，显然增加了加工工序，增加了成本，降低了生产效率。且喷漆过程挥发溶剂严重影响大气环境污染，对一线工人的健康造成严重损伤，是不符合目前节能环保的大环境的。
国内对玻纤增强PA66复合材料的报道很多，但对玻纤增强PA66复合材料表面改良做到外观无浮纤且高光泽的极少。国际知名型号杜邦Zytel70G33HS1L制品外观距无浮纤高光泽目标也相差甚远。
因此，亟需研发一种高光泽、无浮纤的玻纤增强PA66复合材料。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料，该材料良好的强度，同时有效地降低了PA66复合材料的浮纤等外观缺陷。
本发明的另一目的在于提供一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料的制备方法，该制备方法生产工艺简单可控，生产操作方便。
一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料，它由以下重量份的原料组成：
优选的，一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料，它由以下重量份的原料组成：
优选的，一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料，它由以下重量份的原料组成：
其中，所述高温尼龙为PA6T或PA9T中的一种或两种以任意比例的混合物。PA6T选用日本三井AE4200，其外观：淡黄色光泽质感圆柱颗粒，熔点：320℃，拉伸强度：80MPa，弯曲模量：2400MPa。PA9T选用日本可乐丽N1000，其外观：淡黄色光泽质感圆柱颗粒，熔点：306℃，拉伸强度：90MPa，弯曲模量：3000MPa。本发明原料中的高温尼龙PA6T或PA9T均属高结晶树脂，在玻纤增强PA66复合材料中与主材PA66有较大的熔点差，且结晶快，使复合材料在注塑加工时，在温度较低的模具一面能快速形成硬壳，“罩住”浮纤，形成高光泽面。
其中，所述相容剂为广州新邦XB-1000或佳易容CMG5805中的一种。前述二者均为一种马来酸酐接枝聚烯烃弹性体，外观：白色圆柱切片，熔点/℃：65-75，熔融指数(190℃/2.16KG)：0.5，接枝率：1.2％，密度(20℃)/g/cm3：0.89。PA66玻纤增强复合材料在注塑的过程中，靠近模具面的熔体冷却快，结晶也快，因此靠近模具面的玻纤流速会滞后堆积导致浮纤，此时相容剂中的聚烯烃弹性体成分的引入，一定程度减缓了PA66的结晶速度，减弱了PA66快速结晶、快速收缩导致的漏纤。另外，相容剂中的酸酐基团同尼龙中的胺基有着极高的反应活性，促成相容剂与PA66的互融；酸酐基团与经偶联剂表面处理后的短切纤维中γ-氨丙基亦有极高的反应活性，促成与玻纤互融。这样相容剂在PA66与玻纤之间形成“桥接”作用，保证了PA66与玻纤的粘接性。
其中，所述偶联剂为KH550或KH792中的一种。KH-550的化学名称：γ-氨基丙基三乙氧基硅烷，分子式：NH2(CH2)3Si(OCH2CH5)3，物化性质：无色透明液体，闪点96℃，密度(25℃)：0.946，折光率(25℃)：1.420，分子量：221.4，能和乙醇、乙醚、甲苯、二甲苯等有机溶剂混溶、与CCl4反应，遇水水解成硅醇，PH：9-10。KH792的分子式：NH2(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3，物化性质：无色至淡黄色透明液体，密度(25℃)：1.030，折光率(25℃)：1.427，沸点(760mmHg)：259℃，闪点：88℃，分子量：222.4，其溶于苯、乙醚等有机溶剂，与丙酮、四氯化钛、水反应，是一种双官能团硅烷。
其中，所述短切纤维为巨石集团568H、泰山玻纤T435TM或重庆国际复合材料301HP中的一种或两种以上以任意比例的混合物。纤维直径/μm：10～13，短切长度/mm：3或4.5。三种短切纤维均经过KH550等硅烷偶联剂浸润处理，确保了玻纤与PA66的相容与分散。
其中，所述抗氧化剂为巴斯夫有限公司生产的抗氧化剂1098与抗氧化剂168以1:1比例的混合物。
其中，所述润滑剂为中蓝晨光硅酮粉与龙沙PETS以1:2～2:1的混合物。可有效提高产品的流动性和脱模性，从而提高产量，降低能耗，使制品表面具有很高的光洁性、平滑性。
其中，所述抗浮纤剂为赢创德固赛特种化学有限公司生产的TEGOMER H-Si 6440P或TEGOMER P121中的一种或者两种以任意比例的混合物。TEGOMER121是一种双亲性共聚高分子，外观：白色粉末，滴点：115℃，熔体粘度(150℃)<1000mPas。TEGOMER H-Si 6440P是一种含极性基团有机硅添加剂，其外观颗粒为颗粒状，熔点约为54℃，官能团主要是氢氧基团，官能度为2，水含量<0.1％，溶解性：溶于二甲苯、丙酮等；由于其颗粒形态，在多种材料的生产过程中，易于添加，其可提高材质的均一性。
上述二者均有提高塑料加工的流动性、降低扭矩、充模能力；改善表面光泽度，消除因加填料(如玻纤等)而引起的表面缺陷，降低不良率；提高了塑料粒子的喂料速度、生产速度，解决模头材料的积累，生产过程中无需人工介入；提高热塑性塑料注射成型中的脱模性，提高注射成型产品的外观光洁，表面手感；提高树脂在高温复杂的模胚中脱模，在螺杆中不打滑，不影响产品的后加工如喷涂或粘接，可印刷性优异。
一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将PA66、高温尼龙、相容剂、偶联剂在高速混合机上搅拌均匀，继续加入抗氧剂、抗浮纤剂、润滑剂组分，搅拌均匀，得到的搅拌混合物投入双螺杆挤出机的主喂料斗；
(2)将短切纤维投入到挤出机侧喂料斗中；
(3)设置双螺杆挤出机各区温度在240℃～260℃，主机转速为300～600rpm，调节主喂料转速以控制混合物的喂入流量，调节侧喂料转速以控制短切纤维的喂入流量，以达到控制玻纤含量与产量；
(4)经挤出机挤出后过水冷却、风冷吹干，切粒机造粒，震动筛分选出粒子，制得高光镜面玻纤增强PA66复合材料成品。
本发明的有益效果在于：本发明的镜面高光泽玻纤增强PA66复合材料，拉伸强度≥170MPa，弯曲模量≥10000MPa，缺口冲击强度≥150J/m，光泽度≥50，热变形温度≥240℃，制品外观无浮纤。本发明的在保持玻纤增强PA66材料高强度的前提下，有效地解决了浮纤等外观缺陷，并大幅度提高了制品光泽度，呈高光泽刚硬质感，且符合ROHS环保标准。本发明的镜面高光泽玻纤增强PA66复合材料成品可以通过加入各颜色色母，配合制品模具，经注塑机加工成各种制品，应用于轴承、齿轮、泵叶轮、风扇叶片、水阀、办公椅、汽车发动机周边零部件等方面。
本发明的高光镜面玻纤增强PA66复合材料的制备方法，工艺简单，生产效率高，可规模化生产。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种镜面高光泽玻纤增强PA66复合材料，它由以下重量份的原料组成：
本实施所述高温尼龙为PA6T，所述相容剂为广州新邦XB-1000，所述偶联剂为KH550，所述短切纤维为巨石集团568H，所述抗氧化剂为巴斯夫有限公司生产的抗氧化剂1098与抗氧化剂168以1:1比例的混合物，所述润滑剂为中蓝晨光硅酮粉0.2份与龙沙PETS0.4份的混合物，所述抗浮纤剂为赢创德固赛特种化学有限公司生产的TEGOMER P121。
一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将PA66、高温尼龙、相容剂、偶联剂在高速混合机上搅拌均匀3分钟，继续加入抗氧剂、抗浮纤剂、润滑剂组分，搅拌均匀，得到的搅拌混合物投入双螺杆挤出机的主喂料斗；
(2)将短切纤维投入到挤出机侧喂料斗中；
(3)设置双螺杆挤出机各区温度在240℃，主机转速为300rpm，调节主喂料转速以控制混合物的喂入流量，调节侧喂料转速以控制短切纤维的喂入流量，以达到控制玻纤含量与产量；
(4)经挤出机挤出后过水冷却、风冷吹干，切粒机造粒，震动筛分选出粒子，制得高光镜面玻纤增强PA66复合材料成品。
实施例2
一种镜面高光泽玻纤增强PA66复合材料，它由以下重量份的原料组成：
本实施所述高温尼龙为PA6T，所述相容剂为广州新邦XB-1000，所述偶联剂为KH550，所述短切纤维为泰山玻纤T435TM，所述抗氧化剂为巴斯夫有限公司生产的抗氧化剂1098与抗氧化剂168以1:1比例的混合物，所述润滑剂为中蓝晨光硅酮粉0.4份与龙沙PETS0.2份的混合物，所述抗浮纤剂为赢创德固赛特种化学有限公司生产的TEGOMER P121。
本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施所述的步骤(3)设置双螺杆挤出机各区温度在245℃，主机转速为350rpm。本实施例的制备方法的其它步骤与实施例1相同，在此不在赘述。
实施例3
一种镜面高光泽玻纤增强PA66复合材料，它由以下重量份的原料组成：
本实施所述高温尼龙为PA6T，所述相容剂为广州新邦XB-1000，所述偶联剂为KH550，所述短切纤维为重庆国际复合材料301HP，所述抗氧化剂为巴斯夫有限公司生产的抗氧化剂1098与抗氧化剂168以1:1比例的混合物，所述润滑剂为中蓝晨光硅酮粉0.4份与龙沙PETS0.4份的混合物，所述抗浮纤剂为赢创德固赛特种化学有限公司生产的TEGOMERP121。
本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施所述的步骤(3)设置双螺杆挤出机各区温度在250℃，主机转速为400rpm。本实施例的制备方法的其它步骤与实施例1相同，在此不在赘述。
实施例4
一种镜面高光泽玻纤增强PA66复合材料，它由以下重量份的原料组成：
本实施所述高温尼龙为PA6T，所述相容剂为广州新邦XB-1000，所述偶联剂为KH550，所述短切纤维为泰山玻纤T435TM，所述抗氧化剂为巴斯夫有限公司生产的抗氧化剂1098与抗氧化剂168以1:1比例的混合物，所述润滑剂为中蓝晨光硅酮粉0.4份与龙沙PETS0.4份的混合物，所述抗浮纤剂为赢创德固赛特种化学有限公司生产的TEGOMER P121。
本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施所述的步骤(3)设置双螺杆挤出机各区温度在255℃，主机转速为500rpm。本实施例的制备方法的其它步骤与实施例1相同，在此不在赘述。
实施例5
一种镜面高光泽玻纤增强PA66复合材料，它由以下重量份的原料组成：
本实施所述高温尼龙为PA9T，所述相容剂为佳易容CMG5805，所述偶联剂为KH792，所述短切纤维为泰山玻纤T435TM，所述抗氧化剂为巴斯夫有限公司生产的抗氧化剂1098与抗氧化剂168以1:1比例的混合物，所述润滑剂为中蓝晨光硅酮粉0.3份与龙沙PETS 0.3份的混合物，所述抗浮纤剂为赢创德固赛特种化学有限公司生产的TEGOMER H-Si 6440P。
本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施所述的步骤(3)设置双螺杆挤出机各区温度在255℃，主机转速为550rpm。本实施例的制备方法的其它步骤与实施例1相同，在此不在赘述。
实施例6
一种镜面高光泽玻纤增强PA66复合材料，它由以下重量份的原料组成：
本实施所述高温尼龙为PA9T，所述相容剂为佳易容CMG5805，所述偶联剂为KH792，所述短切纤维为泰山玻纤T435TM，所述抗氧化剂为巴斯夫有限公司生产的抗氧化剂1098与抗氧化剂168以1:1比例的混合物，所述润滑剂为中蓝晨光硅酮粉0.4份与龙沙PETS0.4份的混合物，所述抗浮纤剂为赢创德固赛特种化学有限公司生产的TEGOMER H-Si 6440P。
本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施所述的步骤(3)设置双螺杆挤出机各区温度在260℃，主机转速为600rpm。本实施例的制备方法的其它步骤与实施例1相同，在此不在赘述。
对比例1
本对比例与实施例4比较，不同之处在于：未添加高温尼龙，它由以下重量份的原料组成：
本实施所述相容剂为广州新邦XB-1000，所述偶联剂为KH550，所述短切纤维为泰山玻纤T435TM，所述抗氧化剂为巴斯夫有限公司生产的抗氧化剂1098与抗氧化剂168以1:1比例的混合物，所述润滑剂为中蓝晨光硅酮粉0.4份与龙沙PETS0.4份的混合物，所述抗浮纤剂为赢创德固赛特种化学有限公司生产的TEGOMER P121。
对比例2
本对比例与实施例4比较，不同之处在于：未添加相容剂，它由以下重量份的原料组成：
本实施所述高温尼龙为PA6T，所述偶联剂为KH550，所述短切纤维为泰山玻纤T435TM，所述抗氧化剂为巴斯夫有限公司生产的抗氧化剂1098与抗氧化剂168以1:1比例的混合物，所述润滑剂为中蓝晨光硅酮粉0.4份与龙沙PETS0.4份的混合物，所述抗浮纤剂为赢创德固赛特种化学有限公司生产的TEGOMER P121。
对比例3
本对比例与实施例4比较，不同之处在于：未添加抗浮纤剂，它由以下重量份的原料组成：
本实施所述高温尼龙为PA6T，所述相容剂为广州新邦XB-1000，所述偶联剂为KH550，所述短切纤维为泰山玻纤T435TM，所述抗氧化剂为巴斯夫有限公司生产的抗氧化剂1098与抗氧化剂168以1:1比例的混合物，所述润滑剂为中蓝晨光硅酮粉0.4份与龙沙PETS0.4份的混合物。
对比例4
本对比例与实施例4比较，不同之处在于：减少润滑剂的含量，它由以下重量份的原料组成：
本实施所述高温尼龙为PA6T，所述相容剂为广州新邦XB-1000，所述偶联剂为KH550，所述短切纤维为泰山玻纤T435TM，所述抗氧化剂为巴斯夫有限公司生产的抗氧化剂1098与抗氧化剂168以1:1比例的混合物，所述润滑剂为龙沙PETS 0.4份，所述抗浮纤剂为赢创德固赛特种化学有限公司生产的TEGOMER P121。
对比例5
本对比例与实施例4比较，不同之处在于增加高温尼龙至20份：它由以下重量份的原料组成：
本实施所述高温尼龙为PA6T，所述相容剂为广州新邦XB-1000，所述偶联剂为KH550，所述短切纤维为泰山玻纤T435TM，所述抗氧化剂为巴斯夫有限公司生产的抗氧化剂1098与抗氧化剂168以1:1比例的混合物，所述润滑剂为中蓝晨光硅酮粉0.4份与龙沙PETS0.4份的混合物，所述抗浮纤剂为赢创德固赛特种化学有限公司生产的TEGOMER P121。
实施例及对比例的原料组成如表1所示。
表1
对实施例1-6及对比例1-5制得的制品进行测试，拉伸强度依照ASTM D638，弯曲模量依照ASTM D790，缺口冲击强度依照ASTM D256，热变形温度依照ASTM D648等相关标准实验测得。外观光洁度方面，依照注塑温度295℃，模具温度120℃，注塑压力85MPa，注塑速度65％等工艺条件下制得色板，目视表面是否浮纤，并依照ASTM D2457标准使用光泽度测试仪测得其表面光泽度。实施例及对比例的相关测试数据如表2所示。
表2
通过以上6个实施例与5个对比例相关测试数据可以看出，适当份量的高温尼龙PA9T与PA6T添加到PA66玻纤增强复合材料中，在注塑过程中能够起到硬壳的镜面高光效果；匹配的相容剂、偶联剂、玻纤的表面处理均能有效桥接PA66与玻纤，促进玻纤在PA66中容合；赢创德固赛公司生产的TEGOMER H-Si 6440P或TEGOMER P121在PA66增强体系中更是表现出优异的光亮效果。各有效成分综合作用于玻纤PA66增强复合材料中，使得玻纤PA66增强复合材料达到高强度镜面高光效果。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料，其特征在于：它由以下重量份的原料组成：
2.根据权利要求1所述的一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料，其特征在于：它由以下重量份的原料组成：
3.根据权利要求1所述的一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料，其特征在于：它由以下重量份的原料组成：
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料，其特征在于：所述高温尼龙为PA6T或PA9T中的一种或两种以任意比例的混合物。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料，其特征在于：所述相容剂为广州新邦XB-1000或佳易容CMG5805中的一种。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料，其特征在于：所述偶联剂为KH550或KH792中的一种。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料，其特征在于：所述短切纤维为巨石集团568H、泰山玻纤T435TM或重庆国际复合材料301HP中的一种或两种以上以任意比例的混合物。
8.根据权利要求1-3任意一项所述的一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料，其特征在于：所述抗氧化剂为巴斯夫有限公司生产的抗氧化剂1098与抗氧化剂168两种以1:1比列的混合物；所述润滑剂为中蓝晨光硅酮粉或龙沙PETS1:2～2:1之间的任意比例的混合物。
9.根据权利要求1-3任意一项所述的一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料，其特征在于：所述抗浮纤剂为赢创德固赛特种化学有限公司生产的TEGOMER H-Si 6440P或TEGOMERP121中的一种或者两种以任意比例的混合物。
10.如权利要求1-9任一项所述的一种高光镜面玻纤增强PA66复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将PA66、高温尼龙、相容剂、偶联剂在高速混合机上搅拌均匀，继续加入抗氧剂、抗浮纤剂、润滑剂组分，搅拌均匀，得到的搅拌混合物投入双螺杆挤出机的主喂料斗；
(2)将短切纤维投入到挤出机侧喂料斗中；
(3)设置双螺杆挤出机各区温度在240℃～260℃，主机转速为300～600rpm，调节主喂料转速以控制混合物的喂入流量，调节侧喂料转速以控制短切纤维的喂入流量，以达到控制玻纤含量与产量；
(4)经挤出机挤出后过水冷却、风冷吹干，切粒机造粒，震动筛分选出粒子，制得高光镜面玻纤增强PA66复合材料成品。
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