專利名稱：高表面光潔度玻璃纖維增強尼龍復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明一種高表面光潔度玻璃纖維增強尼龍復合材料涉及一種玻璃纖維增強尼龍的復合材料，更具體是涉及一種高表面光澤、高成形流動性能的玻璃纖維增強尼龍復合材料。本發(fā)明還涉及該復合材料的制備方法。
背景技術：
玻璃纖維增強尼龍材料具有高強度、高耐熱、高抗疲勞、低成形收縮等良好性能，因此被廣泛應用于汽車、機械、家電、航空及軍用部件等領域。傳統(tǒng)的應用領域通常只對材料的上述物理機械性能要求很高，而對制件的其他特性，如表面光澤度等，則并無過高要求。故在這樣一些傳統(tǒng)的應用領域當中，人們在制備玻璃纖維增強尼龍復合材料時對材料造成制件表面光澤的問題通常是不多作考慮的。然而，隨著玻璃纖維增強尼龍材料在汽車等領域應用的進一步拓展，目前很多大型且表面光澤必須達到設計美觀要求的制件，如汽車引擎罩等，就必須充分考慮到材料在這一方面的影響因素。
此外，同其他玻纖增強材料一樣，隨著玻纖的導入，特別是體系中玻纖含量的增加，玻璃纖維增強尼龍的成型流動性也受到很大破壞，這對于大制件而言同樣不利，由此會造成制件熔結(jié)痕強度過低、制件成型困難等一系列問題。
玻璃纖維增強尼龍制件表觀質(zhì)量惡化的現(xiàn)象主要是由于玻纖外露而造成的。在這方面，人們已經(jīng)做了大量的研究探討。
Fedell，et al.在美國專利35,984中提出了使用一種纖維主體細度在1微米以內(nèi)的玻璃纖維，通過該種纖維在樹脂中的均勻分布可以使得由該種方法所制備出來的材料，制件表面光滑度和光澤度都達到一個理想狀態(tài)。并且還探討了這種微細纖維如何在樹脂中實現(xiàn)均勻的分布。
Hiromichi以及Tetsuji在日本專利60-21947中也提到了使用長徑比在一合適范圍內(nèi)的微細玻璃纖維作為增強纖維來改善材料制件表觀質(zhì)量的方法。
Fujii等在美國專利6191207中則提出這種能夠改善材料表觀質(zhì)量的玻纖其要求必須達到主體細度在15～30微米，長徑比在10～20這樣的一個范圍。
Ushiroji，et a1.在美國專利4912150中提出了一種25～65份的乙丙橡膠、75～35份的熱塑性樹脂、10～100份的玻纖、0.5～5份的馬來酸酐接枝聚丙烯以及0.02～0.5份的過氧化物的體系，通過這一體系所制備的材料表觀質(zhì)量問題也得到了解決。
Park，et al.在美國專利5731375中也提出了用一種彈性體共聚物作為表觀質(zhì)量改性劑的方法。
Yoshimura，et al.在美國專利4528304中則提出了使用一種稀土礦物組分，通過在玻纖增強熱塑性塑料體系中引入該種組分也可以使得材料的表觀質(zhì)量問題得到解決。
Schell；Philip L.的美國專利5804313介紹了一種預先對玻纖表面進行特殊樹脂涂層的處理的方法。用這種方法處理后的玻纖增強材料的表觀質(zhì)量也非常理想。
上述這些專利所提供的技術從不同的角度解決了玻纖外露所造成的制件表觀質(zhì)量惡化問題。然而，可以明顯看出，這些專利技術也都還存在其不足之處。它們要么對制備這些玻纖增強復合材料的原料提出很多特殊的要求，如美國專利35,984、日本專利60-21947、美國專利6191207中提及的特殊細度的微細玻璃纖維；如美國專利5804313中提及的特殊表面涂層處理；如美國專利4528304中提及的稀土礦物組分等，從而將明顯導致產(chǎn)品成本的大幅上升；要么它們是以犧牲一定的玻纖增強材料優(yōu)異的力學和熱學性能作為代價，如美國專利4912150、美國專利5731375中提出的彈性體的使用，雖然從中可取得制件相應良好的表觀質(zhì)量，但材料的力學性能和熱學性能不可避免的受到較大損失。
此外，上述各專利技術在解決玻纖外露這一問題的同時并未提及如何改善材料的成型流動性能。
因此，對于諸如汽車引擎罩等這樣一些既要求材料有著優(yōu)良的力學和熱學性能，同時又要求表觀質(zhì)量優(yōu)異的大型制件而言，如何使得制件原有的這些力學和熱學性能不受到損害，同時又能保證制品的表觀質(zhì)量，并且材料的成型流動性能要好，這依舊是一個難度很大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備工藝簡單、各項力學性能優(yōu)異的高表面光潔度玻璃纖維增強尼龍的復合材料，以克服現(xiàn)有技術在改善玻纖增強尼龍制件表觀質(zhì)量同時所導致的材料原有力學和熱學性能受損害的缺點，并且本發(fā)明所制備的玻璃纖維增強尼龍材料還有成形流動性能好的特點。
本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的一種高表面光潔度玻璃纖維增強尼龍復合材料，其組成按重量百分比計(％)為尼龍 45～85表面改性劑0.5～8玻璃纖維 10～40抗氧劑0.4～2其中，所述的尼龍為脂肪族聚酰胺，所述的表面改性劑為分子量在1000～20000之間的含有羰基官能團的聚氧化乙烯蠟，所述抗氧劑至少為三甘醇雙-3-(3-叔丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2，4一二叔丁基酚)亞磷酸酯中的一種。
在本發(fā)明中，一種含有羰基官能團的聚氧化乙烯蠟可作為玻璃纖維增強聚酯尼龍的表面光滑度和光澤度的改性劑，通過該改性劑能使制件表面外露的玻纖得以良好的遮蓋，達到了改善玻纖增強尼龍制件表面，使其具有高光滑度和良好光澤度的目的。此外，這一改性劑對材料的成型流動性能有根大的改善作用，從而制得表觀質(zhì)量優(yōu)異，同時各項力學和熱學性能良好，并且材料成型流動性能也好的玻璃纖維增強尼龍復合材料。
在上述述方案基礎上，所述的尼龍為任一種脂肪族聚酰胺，為密度在1.10-1.16g/cm3，熔點在220-230℃，特征粘度指數(shù)在2.5-3.5的尼龍6；密度在1.10-1.16g/cm2，熔點在250-260℃，特征粘度指數(shù)在2.5-3.5的尼龍66等。
所述的玻璃纖維為一種經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理，直徑為6-17微米的改性玻璃纖維。
其中，所述的硅烷偶聯(lián)劑化學名稱為γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
本發(fā)明高表面光潔度玻璃纖維增強尼龍復合材料的制備方法，依如下步驟；將尼龍45～85％，表面改性劑0.5～8％，抗氧劑0.4～2％在高速混合器中干混，再在雙螺桿擠出機同10～40％直徑6-17微米的玻璃纖維混合，經(jīng)熔融擠出，造粒。
本發(fā)明中，由于表面改性劑的加入，使得外露的玻纖得以良好的覆蓋，并且這一改性劑對材料的成型流動性能有很大的改善作用，使制得的復合材料力學性能優(yōu)異、表觀質(zhì)量優(yōu)異、容易成型加工。有益效果具體體現(xiàn)在1、本發(fā)明使用了高效的表觀質(zhì)量改性劑，所制得復合材料的表面光滑度以及光澤度優(yōu)異，同時該表面改性劑具有一定的增容效果，對材料的其他性能無不利影響。
2、本發(fā)明采用價格低廉的市售有機物作為表面改性劑和抗氧劑等組分，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
3、本發(fā)明提出的玻璃纖維增強尼龍的復合材料的制備工藝簡單、成本低。
具體實施例方式
材料準備，本發(fā)明高表面光潔度玻璃纖維增強尼龍復合材料，其組成按重量百分比計(％)為尼龍6或66 45～85表面改性劑0.5～8玻璃纖維 10～40抗氧劑0.4～2表面改性劑為分子量在1000～20000之間的含有羰基官能團的聚氧化乙烯蠟，所述抗氧劑至少為熱氧穩(wěn)定劑245為Ciba公司產(chǎn)，商品牌號為Irganox 245，化學名稱為三甘醇雙-3-(3-叔丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙烯腈；熱氧穩(wěn)定劑168為Ciba公司產(chǎn)，商品牌號為Irganox 168，化學名稱為三(2，4一二叔丁基酚)亞磷酸酯中的一種。硅烷偶聯(lián)劑KH550化學名稱為γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
1、擠出造粒根據(jù)上述復合材料的配方將預先干燥的尼龍、表面改性劑、抗氧劑按比例在高速混合器中在室溫狀態(tài)下干混，之后，再在雙螺桿擠出機中同直徑為6-17微米的玻璃纖維摻混，經(jīng)熔融擠出、造粒，可制成本發(fā)明提出的復合材料。其中，尼龍66的螺桿各加溫區(qū)溫度設置分別為一區(qū)260～270℃，二區(qū)270～280℃，三區(qū)270～280℃，四區(qū)260～270℃；尼龍6的螺桿各加溫區(qū)溫度設置分別為一區(qū)220～230℃，二區(qū)230～240℃，三區(qū)230～240℃，四區(qū)220～230℃。
2、性能評價方式及實行標準將按上述方法完成造粒的粒子材料事先在90～100℃的鼓風烘箱中烘燥4～8小時，然后再將烘燥好的粒子材料在注射成型機上進行注射成型制樣。注射成型模溫控制在80℃左右。試樣尺寸根據(jù)ISO標準分別為拉伸樣條ISO 527-2，試樣尺寸150*10*4mm；彎曲樣條ISO 178，試樣尺寸80*10*4mm；Charpy v沖擊樣條ISO 179，試樣尺寸70*6*4mm；熱變形溫度樣條ISO 75，試樣尺寸120*12.5*3.22mm；熔融指數(shù)ISO 1183，265℃/5kg；表觀質(zhì)量樣板自定義標準，試樣尺寸150*100*3.22mm。
所制備好的試樣最后再根據(jù)相應的測試標準進行相關性能的測試分析。材料的綜合力學性能通過測試所得的拉伸強度，斷裂伸長，彎曲模量以及沖擊強度的數(shù)值進行評判；材料的結(jié)晶成核性能通過測試所得的熱變形溫度的大小進行評判；材料的成型流動性能通過在上述條件下所測得的材料的熔融指數(shù)數(shù)值的大小進行評判；材料的表觀質(zhì)量根據(jù)樣板表面的光滑度及光澤度按自定義的“少量云斑，光滑、有光澤，微量云斑和大量云斑”四個等級進行表征。
實施例1將PA6重量比為尼龍67.5％，表面改性劑2％，抗氧劑245 0.25％，抗氧劑168 0.25％在高速混合器中于室溫狀態(tài)下干混，之后，再在雙螺桿擠出機同表面經(jīng)偶聯(lián)劑KH550處理的玻璃纖維(直徑6-17微米)30％摻混，經(jīng)220～240℃熔融擠出，造粒制成復合材料。其中，螺桿各加溫區(qū)溫度設置分別為一區(qū)220～230℃，二區(qū)230～240℃，三區(qū)230～240℃，四區(qū)220～230℃。
實施例2將PA6重量比為尼龍65.5％，表面改性劑4％，抗氧劑245 0.25％，抗氧劑168 0.25％在高速混合器中于室溫狀態(tài)下干混，之后，再在雙螺桿擠出機同表面經(jīng)偶聯(lián)劑KH550處理的玻璃纖維(直徑6-17微米)30％摻混，經(jīng)220～240℃熔融擠出，造粒制成復合材料。其中，螺桿各加溫區(qū)溫度設置分別為一區(qū)220～230℃，二區(qū)230～240℃，三區(qū)230～240℃，四區(qū)220～230℃。
實施例3將PA6重量比為尼龍63.5％，表面改性劑6％，抗氧劑245 0.25％，抗氧劑168 0.25％在高速混合器中于室溫狀態(tài)下干混，之后，再在雙螺桿擠出機同表面經(jīng)偶聯(lián)劑KH550處理的玻璃纖維(直徑6-17微米)30％摻混，經(jīng)220～240℃熔融擠出，造粒制成復合材料。其中，螺桿各加溫區(qū)溫度設置分別為一區(qū)220～230℃，二區(qū)230～240℃，三區(qū)230～240℃，四區(qū)220～230℃。
實施例4將PA66重量比為尼龍67.5％，表面改性劑2％，抗氧劑245 0.25％，抗氧劑168 0.25％在高速混合器中于室溫狀態(tài)下干混，之后，再在雙螺桿擠出機同表面經(jīng)偶聯(lián)劑KH550處理的玻璃纖維(直徑6-17微米)30％摻混，經(jīng)260～280℃熔融擠出，造粒制成復合材料。其中，螺桿各加溫區(qū)溫度設置分別為一區(qū)260～270℃，二區(qū)270～280℃，三區(qū)270～280℃，四區(qū)260～270℃。
實施例5將PA66重量比為尼龍65.5％，表面改性劑4％，抗氧劑245 0.25％，抗氧劑168 0.25％在高速混合器中于室溫狀態(tài)下干混，之后，再在雙螺桿擠出機同表面經(jīng)偶聯(lián)劑KH550處理的玻璃纖維(直徑6-17微米)30％摻混，經(jīng)260～280℃熔融擠出，造粒制成復合材料。其中，螺桿各加溫區(qū)溫度設置分別為一區(qū)260～270℃，二區(qū)270～280℃，三區(qū)270～280℃，四區(qū)260～270℃。
實施例6將PA66重量比為尼龍63.5％，表面改性劑6％，抗氧劑245 0.25％，抗氧劑168 0.25％在高速混合器中于室溫狀態(tài)下干混，之后，再在雙螺桿擠出機同表面經(jīng)偶聯(lián)劑KH550處理的玻璃纖維(直徑6-17微米)30％摻混，經(jīng)260～280℃熔融擠出，造粒制成復合材料。其中，螺桿各加溫區(qū)溫度設置分別為一區(qū)260～270℃，二區(qū)270～280℃，三區(qū)270～280℃，四區(qū)260～270℃。
對比例1將PA6重量比為尼龍69.5％，抗氧劑245 0.25％，抗氧劑168 0.25％在高速混合器中于室溫狀態(tài)下干混，之后，再在雙螺桿擠出機同表面經(jīng)偶聯(lián)劑KH550處理的玻璃纖維(直徑6-17微米)30％摻混，經(jīng)220～240℃熔融擠出，造粒制成復合材料。其中，螺桿各加溫區(qū)溫度設置分別為一區(qū)220～230℃，二區(qū)230～240℃，三區(qū)230～240℃，四區(qū)220～230℃。
對比例2將PA66重量比為尼龍67.5％，表面改性劑2％，抗氧劑245 0.25％，抗氧劑168 0.25％在高速混合器中于室溫狀態(tài)下干混，之后，再在雙螺桿擠出機同表面經(jīng)偶聯(lián)劑KH550處理的玻璃纖維(直徑6-17微米)30％摻混，經(jīng)260～280℃熔融擠出，造粒制成復合材料。其中，螺桿各加溫區(qū)溫度設置分別為一區(qū)260～270℃，二區(qū)270～280℃，三區(qū)270～280℃，四區(qū)260～270℃。
實施例1-6及對比例的配方及各項性能測試結(jié)果見下述各表，其中表1為玻璃纖維增強PA6復合材料配方及材料性能表，表2為玻璃纖維增強PA66復合材料配方及材料性能表。
表1玻璃纖維增強PA6復合材料配方及材料性能表

上表表明，在玻璃纖維增強PA6的復合材料中使用聚氧化乙烯可以起到對制品表觀質(zhì)量進行改善的效果。對比實施例1、2、3和對比例可知，當聚氧化乙烯用量在2～4份之間時，這種表觀質(zhì)量改善的效果最好，而且材料的拉伸強度及彎曲模量、斷裂伸長以及熱變形溫度等熱學性能不僅沒有降低，反而略有提高。這同時也說明了聚氧化乙烯不僅可以起到一個表面改性劑的作用，而且也起到了對體系的增容作用，使得玻纖和樹脂之間結(jié)合地更加緊密，從而各項性能均有了一定提高。但體系中聚氧化乙烯的使用量不能過高，過高的話不僅材料表觀質(zhì)量沒有得到理想的改善，而且其他力學性能及熱學性能均出現(xiàn)了不同程度的降低。
表2玻璃纖維增強PA66復合材料配方及材料性能表

上表同樣表明，在玻璃纖維增強PA66的復合材料中使用聚氧化乙烯可以起到對制品表觀質(zhì)量進行改善的效果。對比實施例4、5、6和對比例可知，當聚氧化乙烯用量在2～4份之間時，這種表觀質(zhì)量改善的效果最好，而且材料的拉伸強度及彎曲模量、斷裂伸長以及熱變形溫度等熱學性能不僅沒有降低，反而略有提高。這同時也說明了聚氧化乙烯不僅可以起到一個表面改性劑的作用，而且也起到了對體系的增容作用，使得玻纖和樹脂之間結(jié)合地更加緊密，從而各項性能均有了一定提高。但體系中聚氧化乙烯的使用量不能過高，過高的話不僅材料表觀質(zhì)量沒有得到理想的改善，而且其他力學性能及熱學性能均出現(xiàn)了不同程度的降低。
權利要求
1.一種高表面光潔度玻璃纖維增強尼龍復合材料，其組成按重量百分比計(％)為尼龍45～85表面改性劑 0.5～8玻璃纖維10～40抗氧劑 0.4～2其中，所述的尼龍為脂肪族聚酰胺，所述的表面改性劑為分子量在1000～20000之間的含有羰基官能團的聚氧化乙烯蠟，所述抗氧劑至少為三甘醇雙-3-(3-叔丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2，4一二叔丁基酚)亞磷酸酯中的一種。
2.根據(jù)權利要求1所述的高表面光潔度玻璃纖維增強尼龍復合材料，其特征在于，所述的尼龍為任一種脂肪族聚酰胺，為密度在1.10-1.16g/cm3，熔點在220-230℃，特征粘度指數(shù)在2.5-3.5的尼龍6；密度在1.10-1.16g/cm3，熔點在250-260℃，特征粘度指數(shù)在2.5-3.5的尼龍66。
3.根據(jù)權利要求1所述的高表面光潔度玻璃纖維增強尼龍復合材料，其特征在于，所述的玻璃纖維為一種經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理，直徑為6-17微米改性玻璃纖維。
4.根據(jù)權利要求3所述的高表面光潔度玻璃纖維增強尼龍復合材料，其特征在于，所述的硅烷偶聯(lián)劑化學名稱為γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
5.權利要求1所述的高表面光潔度玻璃纖維增強尼龍復合材料的制備方法，其步驟為將尼龍45～85％，表面改性劑0.5～8％，抗氧劑0.4～2％在高速混合器中干混，再在雙螺桿擠出機同10～40％直徑6-17微米的玻璃纖維混合，經(jīng)熔融擠出，造粒。
全文摘要
本發(fā)明一種高表面光潔度玻璃纖維增強尼龍復合材料涉及一種玻璃纖維增強尼龍的復合材料及其制備制備方法。一種高表面光潔度玻璃纖維增強尼龍復合材料，其組成按重量百分比計(％)為尼龍45～85、表面改性劑0.5～8、玻璃纖維10～40、抗氧劑0.4～2，其中，所述的尼龍為脂肪族聚酰胺，所述的表面改性劑為分子量在1000～20000之間的含有羰基官能團的聚氧化乙烯蠟，所述抗氧劑至少為三甘醇雙－3－(3－叔丁基－4－羥基－5－甲基苯基)丙烯腈、三(2，4一二叔丁基酚)亞磷酸酯中的一種。本發(fā)明具有制備工藝簡單、成本低、表面光潔度高同時各項力學性能優(yōu)異等特點。
文檔編號C08L77/00GK1696200SQ20051002673
公開日2005年11月16日 申請日期2005年6月14日 優(yōu)先權日2005年6月14日
發(fā)明者翁永華, 張祥福, 周文 申請人:上海普利特復合材料有限公司