專利名稱：聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種可用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸罩蓋 的聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今汽車工業(yè)飛速發(fā)展，未來汽車必然要朝著節(jié)能和輕量化方向發(fā)展，大部分汽 車部件都有由使用金屬材料逐步向使用重量輕、成本低、性能優(yōu)異的改性工程塑料發(fā)展的 趨勢(shì)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)周邊部件塑料化是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的重要舉措之一，而汽缸罩蓋作為汽 車發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，對(duì)材料的性能要求極為苛刻。由于汽缸罩蓋長期在近150°C的高溫下 工作，并承受震動(dòng)負(fù)荷、汽缸內(nèi)外壓力差和高溫機(jī)油的侵蝕，材料除了要有非常高的強(qiáng)度和 抗蠕變性之外，還應(yīng)具備優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和耐油性。目前，已有技術(shù)利用改性聚酰胺材料取代金屬材料制造汽缸罩蓋，不僅大幅降低 了成本，也顯著減輕了重量。尼龍66(PA66)是一種熱塑性高分子聚合物，具有高強(qiáng)度、耐 磨、耐溶劑、自潤滑性好和使用溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是用途非常廣泛的工程塑料，經(jīng)改性的 PA66可作為制造汽缸罩蓋的材料使用。但是，現(xiàn)有的改性PA66材料機(jī)械強(qiáng)度差、熱穩(wěn)定性 差、制品外觀粗糙，甚至有玻璃纖維外露的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種機(jī)械強(qiáng)度高、 抗蠕變性好、表面平整的聚酰胺復(fù)合材料。本發(fā)明進(jìn)一步解決的問題在于，還提供一種聚酰胺復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種聚酰胺復(fù)合材料其特征在于， 由以下重量份數(shù)的原料制成尼龍 6626 71玻璃纖維20 40高嶺土10 25抗氧劑0. 1 1熱穩(wěn)定劑0.2 2潤滑劑0. 1 1分散劑0. 1 1著色劑0.5 2。在本發(fā)明所述的聚酰胺復(fù)合材料中，所述尼龍66相對(duì)密度為1. 12 1. 15g/cm3, 熔點(diǎn)為255 265°C，熔體粘度為0. 3 3，尼龍66是一種用途廣泛的工程塑料，具有強(qiáng)度 高、耐磨、使用溫度范圍廣等許多優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明所述的聚酰胺復(fù)合材料中，所述玻璃纖維優(yōu)選使用無堿玻璃纖維，玻璃 纖維的加入大大增強(qiáng)了復(fù)合材料的強(qiáng)度及抗蠕變性。
在本發(fā)明所述的聚酰胺復(fù)合材料中，所述高嶺土優(yōu)選使用細(xì)度為500 10000目 的高嶺土。高嶺土具有良好的可塑性和高粘結(jié)性，能有效地改善復(fù)合材料的表面平整度和 尺寸穩(wěn)定性，對(duì)復(fù)合材料的機(jī)械性能影響小，而且高嶺土優(yōu)異的阻隔性能使復(fù)合材料達(dá)到 良好的油氣分離效果。在本發(fā)明所述的聚酰胺復(fù)合材料中，所述抗氧劑為有機(jī)受阻胺類抗氧劑，優(yōu)選為N，N-雙-[3-(3，5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；鵠己二胺。所述抗氧劑的加入可以提 高復(fù)合材料在加工過程中的抗熱分解能力，防止復(fù)合材料的老化。在本發(fā)明所述的聚酰胺復(fù)合材料中，所述熱穩(wěn)定劑為含銅抗氧劑和增效劑的混合 物。所述熱穩(wěn)定劑中的銅離子與復(fù)合材料分子鏈中的酰胺鍵螯合，使之不易受熱氧基團(tuán)的 攻擊而斷裂降解，從而防止復(fù)合材料長期處在高溫工作環(huán)境中變脆。在本發(fā)明所述的聚酰胺復(fù)合材料中，所述潤滑劑為乙撐雙硬脂酸酰胺，優(yōu)選使用 改性乙撐雙硬脂酸酰胺。所述潤滑劑促進(jìn)各組分的熔融，有效地改進(jìn)了所述復(fù)合材料熔融 體的流動(dòng)性，減小了加工過程中復(fù)合材料熔體與加工機(jī)械間的摩擦，同時(shí)具有較好的膠模 作用，縮短了復(fù)合材料的注塑周期。在本發(fā)明所述的聚酰胺復(fù)合材料中，所述分散劑為蒙旦蠟，優(yōu)選為褐煤蠟 酸-1-甲基-1，3-丙二基酯與脂肪酸-褐煤蠟鈣鹽的共混物。所述分散劑能有效地分散玻 璃纖維與高嶺土，保證材質(zhì)均勻穩(wěn)定，防止制品翹曲并有效改善玻璃纖維外露的問題。在本發(fā)明所述的聚酰胺復(fù)合材料中，所述著色劑為有機(jī)染料黑種，優(yōu)選為一類以 聚己內(nèi)酰胺為載體的雙偶氮油溶黑。所述著色劑能將纖維染成黑色，配合分散劑能使材料 表面光亮無浮纖。一種聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟①按前述的重量比稱取原料；②把尼龍66、高嶺土、抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑、分散劑和著色劑加入高速混合機(jī) 混合均勻；③將步驟③中得到的混合物置于雙螺桿機(jī)中，玻璃纖維從二區(qū)側(cè)喂料口加入，經(jīng) 熔融擠出，造粒，工藝條件為一區(qū)溫度230 250°C，二區(qū)溫度250 280°C，三區(qū)溫度 240 270°C，四區(qū)溫度230 270°C，料筒停留時(shí)間為1 2分鐘，熔體壓力10 20MPa。本發(fā)明的聚酰胺復(fù)合材料機(jī)械強(qiáng)度高、抗蠕變性好、具有良好的表面平整度和尺 寸穩(wěn)定性，以及良好的油氣阻隔性和優(yōu)異的耐熱老化性能，質(zhì)量輕，完全可以替代金屬材料 應(yīng)用于制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸罩蓋。本發(fā)明的聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，制備工藝簡(jiǎn)單，采用的助劑均為市面常見 產(chǎn)品，成本低廉。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明在本發(fā)明的聚酰胺復(fù)合材料中，PA66相對(duì)密度為1. 12 1. 15g/cm3，熔點(diǎn)為 255 265°C，熔體粘度為0. 3 3 ；玻璃纖維為無堿短切玻璃纖維，為PPG公司生產(chǎn)，商品牌 號(hào)3540 ；高嶺土為納米高嶺土，為山東棗莊三興公司產(chǎn)品；熱穩(wěn)定劑為含銅抗氧劑和增效 劑的混合物，為BRUGG0LEN公司生產(chǎn)，商品牌號(hào)為H3336 ；抗氧劑為有機(jī)受阻胺類抗氧劑，為CiBa公司產(chǎn)品，商品牌號(hào)為1098 ；潤滑劑為羥基改性乙撐雙硬脂酸酰胺，為蘇州興泰國光 公司產(chǎn)品，商品牌號(hào)為TAF ；分散劑為蒙旦蠟，為德國科萊恩公司生產(chǎn)，商品牌號(hào)為OPWax ； 著色劑為有機(jī)染料黑種，為英國高萊公司產(chǎn)品，商品牌號(hào)為N54/1033。具體實(shí)施時(shí)，按重量比稱取各組分，把玻璃纖維外的原料混合均勻加入雙螺桿擠 出機(jī)，將玻璃纖維從二區(qū)側(cè)喂料口加入，經(jīng)熔融擠出，造粒。實(shí)施例1聚酰胺復(fù)合材料是由以下重量份數(shù)的原料制成PA66為51. 9份，玻璃纖 維20份，高嶺土 25份，抗氧劑0. 3份，熱穩(wěn)定劑0. 5份，潤滑劑0. 2份，分散劑0. 3份，著色 劑1. 8份。制造工藝為雙螺桿擠出機(jī)一區(qū)溫度240°C，二區(qū)溫度260°C，三區(qū)溫度260°C， 四區(qū)溫度250°C，料筒停留時(shí)間為1. 5分鐘，熔體壓力15MPa。實(shí)施例2聚酰胺復(fù)合材料是由以下重量份數(shù)的原料制成PA66為53. 4份，玻璃纖 維25份，高嶺土 18份，抗氧劑0. 2份，熱穩(wěn)定劑0. 4份，潤滑劑0. 8份，分散劑0. 8份，著色 劑1. 4份。制造工藝為雙螺桿擠出機(jī)一區(qū)溫度240°C，二區(qū)溫度260°C，三區(qū)溫度260°C， 四區(qū)溫度250°C，料筒停留時(shí)間為1. 5分鐘，熔體壓力15MPa。實(shí)施例3聚酰胺復(fù)合材料是由以下重量份數(shù)的原料制成PA66為51. 6份，玻璃纖 維30份，高嶺土 15份，抗氧劑0. 5份，熱穩(wěn)定劑0. 8份，潤滑劑0. 6份，分散劑0. 5份，著色 劑1. 0份。制造工藝為雙螺桿擠出機(jī)一區(qū)溫度240°C，二區(qū)溫度260°C，三區(qū)溫度260°C， 四區(qū)溫度250°C，料筒停留時(shí)間為1. 5分鐘，熔體壓力15MPa。實(shí)施例4聚酰胺復(fù)合材料是由以下重量份數(shù)的原料制成PA66為46. 1份，玻璃纖 維40份，高嶺土 10份，抗氧劑0. 7份，熱穩(wěn)定劑0. 2份，潤滑劑1. 0份，分散劑1. 2份，著色 劑0. 8份。制造工藝為雙螺桿擠出機(jī)一區(qū)溫度240°C，二區(qū)溫度260°C，三區(qū)溫度260°C， 四區(qū)溫度250°C，料筒停留時(shí)間為1. 5分鐘，熔體壓力15MPa。實(shí)施例5聚酰胺復(fù)合材料是由以下重量份數(shù)的原料制成PA66為26份，玻璃纖維 20份，高嶺土 25份，抗氧劑0. 1份，熱穩(wěn)定劑0. 2份，潤滑劑0. 1份，分散劑0. 1份，著色劑 0.5份。制造工藝為雙螺桿擠出機(jī)一區(qū)溫度230°C，二區(qū)溫度250°C，三區(qū)溫度240°C，四區(qū) 溫度230°C，料筒停留時(shí)間為1. 0分鐘，熔體壓力lOMPa。實(shí)施例6聚酰胺復(fù)合材料是由以下重量份數(shù)的原料制成PA66為36份，玻璃纖維 25份，高嶺土 20份，抗氧劑0. 3份，熱穩(wěn)定劑0. 5份，潤滑劑0. 4份，分散劑0. 3份，著色劑 1.0份。制造工藝為雙螺桿擠出機(jī)一區(qū)溫度240°C，二區(qū)溫度260°C，三區(qū)溫度260°C，四區(qū) 溫度250°C，料筒停留時(shí)間為1. 5分鐘，熔體壓力15MPa。實(shí)施例7聚酰胺復(fù)合材料是由以下重量份數(shù)的原料制成PA66為69份，玻璃纖維 30份，高嶺土 10份，抗氧劑1. 0份，熱穩(wěn)定劑2. 0份，潤滑劑1. 0份，分散劑1. 0份，著色劑 2.0份。制造工藝為雙螺桿擠出機(jī)一區(qū)溫度250°C，二區(qū)溫度280°C，三區(qū)溫度270°C，四區(qū) 溫度270°C，料筒停留時(shí)間為2. 0分鐘，熔體壓力20MPa。對(duì)比例1聚酰胺復(fù)合材料是由以下重量份數(shù)的原料制成PA66為66. 6份，高嶺土 30份，抗氧劑0. 5份，熱穩(wěn)定劑0. 8份，潤滑劑0. 6份，分散劑0. 5份，著色劑1. 0份。與實(shí)施 例所不同的是，組分中不包含玻璃纖維。制造工藝為雙螺桿擠出機(jī)一區(qū)溫度240°C，二區(qū) 溫度260°C，三區(qū)溫度260°C，四區(qū)溫度250°C，料筒停留時(shí)間為1. 5分鐘，熔體壓力15MPa。對(duì)比例2聚酰胺復(fù)合材料是由以下重量份數(shù)的原料制成PA66為66. 6份，玻璃纖 維30份，抗氧劑0. 5份，熱穩(wěn)定劑0. 8份，潤滑劑0. 6份，分散劑0. 5份，著色劑1. 0份。與實(shí)施例所不同的是，組分中不包含高嶺土。制造工藝為雙螺桿擠出機(jī)一區(qū)溫度240°C，二區(qū) 溫度260°C，三區(qū)溫度260°C，四區(qū)溫度250°C，料筒停留時(shí)間為1. 5分鐘，熔體壓力15MPa。對(duì)比例3聚酰胺復(fù)合材料是由以下重量份數(shù)的原料制成PA66為51. 6份，玻璃纖 維30份，高嶺土 15份，抗氧劑0. 5份，熱穩(wěn)定劑0. 8份，著色劑1. 0份。制造工藝為雙螺 桿擠出機(jī)一區(qū)溫度240°C，二區(qū)溫度260°C，三區(qū)溫度260°C，四區(qū)溫度250°C，料筒停留時(shí)間 為1. 5分鐘，熔體壓力15MPa。將前四個(gè)實(shí)施例與對(duì)比例所制得的聚酰胺復(fù)合材料進(jìn)行測(cè)試，其性能評(píng)價(jià)方式及 實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)為將完成造粒的材料在100°C的鼓風(fēng)烘箱中干燥3-6小時(shí)，然后將干燥好的材料在 注射成型機(jī)上進(jìn)行注射成型制樣，注射成型模溫控制在100°C。拉伸強(qiáng)度測(cè)試按IS0527-2 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試樣尺寸為150 X 10 X 4mm，拉伸速度為50mm/min ；彎曲性能測(cè)試按ISO 178標(biāo) 準(zhǔn)進(jìn)行，試樣尺寸為80X10X4，彎曲速度為2mm/min，跨距為64mm ；簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度按ISO 179標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試樣尺寸為55X6X4mm，缺口尺寸為試樣厚度的三分之一。綜合力學(xué)性能通過測(cè)試所得的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、彎曲模量以及沖擊強(qiáng)度的 數(shù)值進(jìn)行評(píng)判，結(jié)果如表1所示。表1實(shí)施例1 4和對(duì)比例1 3的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)果
6 以實(shí)施例3為標(biāo)準(zhǔn)，與對(duì)比例1測(cè)試結(jié)果對(duì)比可知，單純使用高嶺土雖然能改善表 面和平整度，但機(jī)械強(qiáng)度太差，根本無法達(dá)到應(yīng)用的要求；以實(shí)施例3為標(biāo)準(zhǔn)，與對(duì)比例2測(cè) 試結(jié)果對(duì)比可知，在機(jī)械強(qiáng)度下降不多的情況下，適當(dāng)加入高嶺土能有效地改善材料的表面平整度；以實(shí)施例3為標(biāo)準(zhǔn)，與對(duì)比例3測(cè)試結(jié)果對(duì)比可知，潤滑劑和分散劑的加入，大大 改善了材料的表面狀況。本發(fā)明成本低廉，工藝簡(jiǎn)單，得到的材料具有優(yōu)異的綜合性能，適 合用于制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸罩蓋，具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
一種聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，由以下重量份數(shù)的原料制成尼龍6626～71玻璃纖維 20～40高嶺土10～25抗氧劑0.1～1熱穩(wěn)定劑 0.2～2潤滑劑0.1～1分散劑0.1～1著色劑0.5～2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述尼龍66相對(duì)密度為 1. 12 1. 15g/cm3，熔點(diǎn)為255 265°C，熔體粘度為0. 3 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述玻璃纖維為無堿玻璃纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述高嶺土細(xì)度為500 10000 目。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述抗氧劑為有機(jī)受阻胺類 抗氧劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述熱穩(wěn)定劑為含銅抗氧劑 和增效劑的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述潤滑劑為乙撐雙硬脂酸酰胺。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述分散劑為蒙旦蠟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述著色劑為有機(jī)染料黑種。
10.一種聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟①稱取上述權(quán)利要求1 9任一項(xiàng)中所述的原料；②把尼龍66、高嶺土、抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑、分散劑和著色劑加入高速混合機(jī)混合 均勻；③將步驟②中得到的混合物置于雙螺桿機(jī)中，玻璃纖維從二區(qū)側(cè)喂料口加入，經(jīng)熔融 擠出，造粒，工藝條件為一區(qū)溫度230 250°C，二區(qū)溫度250 280°C，三區(qū)溫度240 270°C，四區(qū)溫度230 270°C，料筒停留時(shí)間為1 2分鐘，熔體壓力10 20MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚酰胺復(fù)合材料及制備方法，聚酰胺復(fù)合材料由以下重量份數(shù)的原料制成尼龍66為26～71份，玻璃纖維20～40份，高嶺土10～25份，抗氧劑0.1～1份，熱穩(wěn)定劑0.2～2份，潤滑劑0.1～1份，分散劑0.1～1份，著色劑0.5～2份，制備方法是按重量比稱取原料，混合后加入雙螺桿機(jī)中經(jīng)熔融擠出，造粒。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，得到的聚酰胺復(fù)合材料機(jī)械強(qiáng)度高、抗蠕變性好、具有良好的表面平整度和尺寸穩(wěn)定性，以及良好的油氣阻隔性和優(yōu)異的耐熱老化性能，質(zhì)量輕，可用于制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸罩蓋。
文檔編號(hào)C08K13/04GK101875780SQ20091010977
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者楊海靈 申請(qǐng)人:深圳市科聚新材料有限公司