專利名稱：低成本高性能玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尼龍材料及其制備方法，特別涉及一種玻璃纖維增強(qiáng)尼龍材料及 其制備方法。
背景技術(shù)：
尼龍6經(jīng)玻璃纖維增強(qiáng)后，其力學(xué)性能、熱性能、尺寸穩(wěn)定性、耐蠕變、耐疲勞性及 耐磨等都得到顯著改善。自20世紀(jì)70年代初開發(fā)長玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6以來，其應(yīng)用范 圍得到進(jìn)一步地拓寬。長玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料在汽車、機(jī)械、電器、軍工等領(lǐng)域有 巨大的發(fā)展?jié)摿Γ捎闷渲圃炱嚤ｋU(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)隔噪罩、座椅骨架、車頭燈、風(fēng)扇、散熱器 格柵、儀表盤托架等，并且在航空航天和兵器等領(lǐng)域也占有一席之地。如何降低成本和提高塑料性能是大多數(shù)塑料改性企業(yè)關(guān)心的一個(gè)問題，塑料改性 技術(shù)的不斷發(fā)展，各種高性價(jià)比填充母粒和填充物的涌現(xiàn)為降低塑料制品成本和提高產(chǎn)品 性能成為可能。使用晶須增強(qiáng)的復(fù)合材料具有達(dá)到高強(qiáng)度的潛力，因此晶須的研究和開發(fā)受到了 高度重視。晶須是指以單晶形式生長的具有一定長徑比、形狀類似纖維的材料，其不含有通 常材料中存在的缺陷，例如晶界、位錯(cuò)、空穴等，同時(shí)，其原子排列高度有序，因而其強(qiáng)度接 近于完整晶體的理論值。雖然60年代已開發(fā)了近百種不同材料晶須的實(shí)驗(yàn)品，但是由于技 術(shù)復(fù)雜，價(jià)格高昂，很少具有實(shí)用價(jià)值。1975年從稻殼制備的日-SiC晶須，為工業(yè)生產(chǎn)打開 局面。80年代后實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)SiC晶須，進(jìn)而又開發(fā)了 SiC晶須的金屬基、陶瓷基、樹 脂基的復(fù)合材料，發(fā)展了 Al203、Si3N4、TiN、TiB2、Zn_Ni等晶須新品種，晶須材料得到進(jìn)一步 發(fā)展。晶須除具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐磨、耐酸堿等性能，還具有一些特殊的磁性、電性和光 學(xué)性能，可開發(fā)為功能材料。目前晶須主要用作復(fù)合材料的增強(qiáng)劑，用于航空航天飛行器構(gòu) 件和部件，在機(jī)械、汽車、化工、生物醫(yī)學(xué)和日用工業(yè)中也得到應(yīng)用。晶須添加到樹脂中，一方面可以降低成本，另一方面起到增強(qiáng)作用，可部分替代玻 璃纖維，同時(shí)增加表面光澤度，為廣大改性塑料廠商在提高產(chǎn)品性能和降低成本方面提供 有價(jià)值的參考。然而，如何解決好晶須與高分子復(fù)合材料的相容性是研究晶須增強(qiáng)高分子材料的 一個(gè)關(guān)鍵問題。要使晶須真正起到增強(qiáng)作用，必須與基體樹脂形成良好的界面相互作用，同 時(shí)對晶須的白度和長徑比等物性也具有較苛刻的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明提供了一種低成本高性能玻璃纖維增 強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料，其采用玻璃纖維和晶須對尼龍6進(jìn)行增強(qiáng)，原料配方包含尼龍6、增容增 韌劑、晶須、成核劑、主/輔抗氧化劑、改性助劑、硅油和玻璃纖維，配方各組分的重量百分 比為尼龍657% -82. 5%
增容增韌劑3% -20%
晶須3% -12%
成核劑0. 1% -0. 5%
主抗氧化劑0. 1% -0. 5%
輔抗氧化劑0. 1% -0. 3%
改性助劑0. 3% -1. 7%
硅油0. 2% -0. 7%
玻璃纖維5% -25%本發(fā)明所述的增容增韌劑為馬來酸酐接枝聚乙烯辛烯共彈性體、馬來酸酐接枝苯 乙烯-乙烯/ 丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠或Fusabond 560D的 一種或一種以上組合。本發(fā)明所述的晶須為硫酸鈣晶須，其白度> 97%，平均直徑為1-8微米，平均長度 40-160 微米，密度為 2. 6-2. 7g/cm3。本發(fā)明所述的成核劑為超微細(xì)滑石粉、有機(jī)膨潤土、高嶺土或P250的一種。本發(fā)明所述的主抗氧化劑為三(2，4_ 二叔丁基)亞磷酸苯酯、N，N'-雙_(3_(3， 5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺以及四(0-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙 酸)季戊四醇酯中的一種。輔抗氧化劑為THAN0X-1098或627A。本發(fā)明所述的改性助劑為A-C540A、玻璃微珠以及防纖維外露劑中的一種，或一種
以上組合。本發(fā)明所述的玻璃纖維為巨石集團(tuán)的ER13-2000-988A。本發(fā)明還提供了上述低成本高性能玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料的制備方法，具 體步驟為先將尼龍6和硅油在高混機(jī)中混合，然后再依次加入晶須、成核劑、主/輔抗氧化 劑、改性助劑和增容增韌劑，混合均勻，再在組合的雙螺桿擠出機(jī)中與玻璃纖維熔融擠出造 粒，擠出溫度為240 260°C。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于由于所選用的晶須具有明確的白度和長徑比，并采用增容增 韌劑和分散劑來提高晶須的分散性及其與樹脂的相容性，因此克服了現(xiàn)有技術(shù)中晶須與高 分子復(fù)合材料相容性的問題。同時(shí)，本發(fā)明所提供的玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料具有成 本低、力學(xué)性能優(yōu)異、表面光滑等特點(diǎn)，可用于微波爐和電動(dòng)工具面板等對表面要求較高的 器件。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步介紹。實(shí)施例1—種低成本高性能玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料，由以下以重量百分比計(jì)的原料 組成尼龍6 (牌號(hào)PA6V0LGAMID ；廠家上海古比雪夫氮工程塑料有限公司)82. 5% ；增容 增韌劑4. 3% ；硫酸鈣晶須4. 3% ；成核劑0. 15% ；主抗氧化劑0. 15% ；輔抗氧化劑0. ； 改性助劑0. 3% ；硅油0. 2% ；玻璃纖維8%。所述的增容增韌劑由馬來酸酐接枝聚乙烯辛烯共彈性體2. 3%和馬來酸酐接枝三 元乙丙橡膠2%組成。所述的成核劑為超微細(xì)滑石粉。所述的主抗氧劑為三(2，4_ 二叔丁基)亞磷酸苯酯。所述的輔抗氧劑為627A(雙(2，45-二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸 酯，上海金海雅寶精細(xì)化工有限公司)。所述的改性助劑為A-C540A (聚乙烯蠟，深圳市秦嶺 進(jìn)出口貿(mào)易有限公司)組成。玻璃纖維為巨石集團(tuán)的ER13-2000-988A (合股無捻粗紗玻璃 纖維)。上述低成本高性能玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料的制備方法為先將尼龍6和硅 油在高混機(jī)中混合，然后再依次加入晶須、成核劑、主/輔抗氧化劑、改性助劑和增容增韌 劑，混合均勻，再在組合的雙螺桿擠出機(jī)中與玻璃纖維熔融擠出造粒，擠出溫度為240°C。復(fù)合材料的力學(xué)性能測試結(jié)果見表1所示。實(shí)施例2一種低成本高性能玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料，由以下以重量份計(jì)的原料組 成尼龍6 (牌號(hào)PA6V0LGAMID ；廠家上海古比雪夫氮工程塑料有限公司)57% ；增容增韌 劑14% ；硫酸鈣晶須9. 5% ；成核劑0. 4% ；主抗氧化劑0. 4% ；輔抗氧化劑0. 2% ；改性助 劑；硅油0.5% ；玻璃纖維17%。所述的增容增韌劑由馬來酸酐接枝聚乙烯辛烯共彈性體6%和馬來酸酐接枝苯乙 烯-乙烯/ 丁烯-苯乙烯嵌段共聚物6%和Fusabond 560D (美國杜邦公司)2%組成。所 述的成核劑為有機(jī)膨潤土。所述的主抗氧劑為四(0-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙 酸)季戊四醇酯。所述的輔抗氧劑為THAN0X-1098(抗抽提、低揮發(fā)性受阻酚類抗氧化劑， 天津市瑞安得科技發(fā)展有限公司)。所述的改性助劑為玻璃微珠。玻璃纖維為巨石集團(tuán)的 ER13-2000-988A。上述低成本高性能玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料的制備方法為先將尼龍6和硅 油在高混機(jī)中混合，然后再依次加入晶須、成核劑、主/輔抗氧化劑、改性助劑和增容增韌 劑，混合均勻，再在組合的雙螺桿擠出機(jī)中與玻璃纖維熔融擠出造粒，擠出溫度為260°C。復(fù)合材料的力學(xué)性能測試結(jié)果見表1所示。實(shí)施例3—種低成本高性能玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料，由以下以重量份計(jì)的原料組 成尼龍6 (牌號(hào)PA6V0LGAMID ；廠家上海古比雪夫氮工程塑料有限公司)70% ；增容增韌 劑7% ；硫酸鈣晶須7% ；成核劑0. 3% ；主抗氧化劑0. 3% ；輔抗氧化劑0. 3% ；改性助劑 0. 7% ；硅油0.4% ；玻璃纖維14%。所述的增容增韌劑由馬來酸酐接枝苯乙烯-乙烯/ 丁烯-苯乙烯嵌段共聚物 3. 5%和馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠3. 5%組成。所述的成核劑為P250(熱塑性塑料成核 劑，為有機(jī)成分和無機(jī)成分的成核劑的優(yōu)化混合物，上海紐諾化工科技有限公司)。所述的 主抗氧劑為N，N'-雙_(3_(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺。所述的輔抗 氧劑為THAN0X-1098(天津市瑞安得科技發(fā)展有限公司)。所述的改性助劑為防纖維外露劑 (江蘇興泰國光化學(xué)助劑有限公司)。玻璃纖維為巨石集團(tuán)的ER13-2000-988A。上述低成本高性能玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料的制備方法為先將尼龍6和硅 油在高混機(jī)中混合，然后再依次加入晶須、成核劑、主/輔抗氧化劑、改性助劑和增容增韌 劑，混合均勻，再在組合的雙螺桿擠出機(jī)中與玻璃纖維熔融擠出造粒，擠出溫度為250°C復(fù)合材料的力學(xué)性能測試結(jié)果見表1所示。實(shí)施例4
一種低成本高性能玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料，由以下以重量份計(jì)的原料組 成尼龍6 (牌號(hào)PA6V0LGAMID ；廠家上海古比雪夫氮工程塑料有限公司)70% ；增容增韌 劑7% ；硫酸鈣晶須7% ；成核劑0. 3% ；主抗氧化劑0. 3% ；輔抗氧化劑0. 2% ；改性助劑 0. 7% ；硅油0.4% ；玻璃纖維14%。所述的增容增韌劑由馬來酸酐接枝苯乙烯-乙烯/ 丁烯-苯乙烯嵌段共聚物 3.5%和？118油011(1 560D(美國杜邦公司)3.5%組成。所述的成核劑為高嶺土。所述的主抗 氧劑為N，N'-雙_(3_(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺。所述的輔抗氧劑 為627A(上海金海雅寶精細(xì)化工有限公司)。所述的改性助劑為玻璃微珠。玻璃纖維為巨 石集團(tuán)的 ER13-2000-988A。上述低成本高性能玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料的制備方法，具體步驟為先將 尼龍6和硅油在高混機(jī)中混合，然后再依次加入晶須、成核劑、主/輔抗氧化劑、改性助劑和 增容增韌劑，混合均勻，再在組合的雙螺桿擠出機(jī)中與玻璃纖維熔融擠出造粒，擠出溫度為 250 °C。復(fù)合材料的力學(xué)性能測試結(jié)果見表1所示。由于本發(fā)明使用的晶須是一種纖維狀形體結(jié)構(gòu)功能性材料，可以部分代替玻璃纖 維來增強(qiáng)樹脂，其具有良好的分散性和流動(dòng)性，有利于消除玻璃纖維外露現(xiàn)象和提高制品 表面光潔度。此外，晶須的價(jià)格僅為玻璃纖維的1/2-1/3，用其代替玻璃纖維可大大降低企 業(yè)生產(chǎn)成本。在本發(fā)明中，添加適量的增容增韌劑既可增加填料與樹脂的相容性、減少表面 浮纖，又有利于提高復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度。成核劑添加到聚合物熔體中，很容易被分散成非 常細(xì)小的顆粒，起到有效的成核作用，形成細(xì)致均勻的晶體結(jié)構(gòu)，這將有助于改善制品的機(jī) 械性能和表面光澤。下表1為本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的力學(xué)性能可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明所提供的玻 璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料具有力學(xué)性能優(yōu)異、表面光滑等特點(diǎn)。 表1、各實(shí)施例得到的玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6的力學(xué)性能針對實(shí)施例1，在不添加硫酸鈣晶須的情況下，其力學(xué)性能為拉伸強(qiáng)度 103. 8MPa，彎曲強(qiáng)度159. 3MPa，彎曲模量4200MPa，缺口沖擊強(qiáng)度5. lkj/m2，光澤度86%。針 對實(shí)施例2、3和4，在不添加硫酸鈣晶須的情況下，其力學(xué)性能為拉伸強(qiáng)度165. 9MPa，彎曲 強(qiáng)度239. 7MPa，彎曲模量7749MPa，缺口沖擊強(qiáng)度8. 9kJ/m2，光澤度75%。將上述數(shù)據(jù)與表1數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合比較，可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明所提供的玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料具有力學(xué)性 能優(yōu)異、表面光滑等特點(diǎn)。
權(quán)利要求
一種低成本高性能玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料，其特征在于所包含的各組份以及各組分的重量百分比為尼龍6 57％-82.5％；增容增韌劑 3％-20％；晶須3％-12％；成核劑 0.1％-0.5％；主抗氧化劑 0.1％-0.5％；輔抗氧化劑 0.1％-0.3％；改性助劑0.3％-1.7％；硅油0.2％-0.7％；玻璃纖維5％-25％。
2.如權(quán)利要求1所述的玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料，其特征在于所述的晶須為硫 酸鈣晶須，其白度> 97%，平均直徑為1-8微米，平均長度40-160微米，密度為2. 6-2. 7g/
3.如權(quán)利要求1所述的玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料，其特征在于所述的增容增韌 劑為馬來酸酐接枝聚乙烯辛烯共彈性體、馬來酸酐接枝苯乙烯_乙烯/ 丁烯-苯乙烯嵌段 共聚物、馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠以及Fusabond 560D中的一種，或一種以上組合。
4.如權(quán)利要求1所述的玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料，其特征在于所述的成核劑為 超微細(xì)滑石粉、有機(jī)膨潤土、高嶺土或P250中的一種。
5.如權(quán)利要求1所述的玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料，其特征在于所述的主抗氧化 劑為三(2，4-二叔丁基)亞磷酸苯酯、N，N'-雙_(3_(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰 基)己二胺或四(β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇酯中的一種。
6.如權(quán)利要求1所述的玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料，其特征在于所述的輔抗氧化 劑為 ΤΗΑΝ0Χ-1098 或 627Α 的一種。
7.如權(quán)利要求1所述的玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料，其特征在于所述的改性助劑 為A-C540A、玻璃微珠以及防纖維外露劑中的一種，或一種以上組合。
8.一種低成本高性能玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料的制備方法，該復(fù)合材料各組份的 重量百分比為尼龍 657% -82. 5% ；增容增韌劑 3% -20% ； 晶須3% -12% ；成核劑0.1%-0.5%;主抗氧化劑 0.1%-0.5%; 輔抗氧化劑 0.1%-0.3%; 改性助劑 0.3%-1.7%; 硅油0. 2% -0. 7% ；玻璃纖維 5% -25% ； 其特征在于，制備方法為 先將尼龍6和硅油在高混機(jī)中混合；然后再依次加入晶須、成核劑、主抗氧化劑、輔抗氧化劑、改性助劑和增容增韌劑，混合 均勻；再在雙螺桿擠出機(jī)中與玻璃纖維熔融擠出造粒，擠出溫度為240 260°C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低成本高性能玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料及其制備方法。該復(fù)合材料的各組份重量百分比為尼龍657％-82.5％、增容增韌劑3％-20％、硫酸鈣晶須3％-12％、成核劑0.1％-0.5％、主抗氧化劑0.1％-0.5％、輔抗氧化劑0.1％-0.3％、改性助劑0.3％-1.7％、硅油0.2％-0.7％、玻璃纖維5％-25％。其制備方法為先將尼龍6和硅油在高混機(jī)中混合，然后再依次加入晶須、成核劑、抗氧化劑、改性助劑和增容增韌劑，混合均勻，再在組合的雙螺桿擠出機(jī)中與玻璃纖維熔融擠出造粒，擠出溫度為240～260℃。本發(fā)明所提供的玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料具有成本低、力學(xué)性能優(yōu)異、流動(dòng)性好、表面光滑等優(yōu)點(diǎn)，可用于微波爐和電動(dòng)工具面板等對表面要求較高的器件。
文檔編號(hào)C08L77/02GK101851417SQ20091005700
公開日2010年10月6日 申請日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者吉繼亮, 孫剛, 易慶鋒, 王燦耀, 蘇妤 申請人:上海金發(fā)科技發(fā)展有限公司