尼龍復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種尼龍復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。所述尼龍復(fù)合材料包括如下重量百分比計算的組分：尼龍12~49%；增韌劑1~8%；金屬粉50~80%；玻璃纖維0~10%；加工助劑0~3%；其中，所述尼龍由占尼龍總重量70~95%的數(shù)均分子量在10000~20000的普通尼龍與占尼龍總重量30~5%的數(shù)均分子量在5000~10000的尼龍低聚物組成；所述金屬粉的表面經(jīng)過偶聯(lián)劑處理。本發(fā)明通過對配方及各組分含量的合理篩選，得到一種具有較高的機械強度、較高韌性，以及具有很好的表面性能的尼龍復(fù)合材料；本發(fā)明所公開的配方在玻璃纖維添加量少的情況下，可以達到高的缺口沖擊強度。
【專利說明】尼龍復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子領(lǐng)域，特別涉及一種尼龍復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]塑料相比于金屬具有成型性好、加工方便、價格低廉，因此塑膠替代金屬成為制造業(yè)發(fā)展的趨勢。雖然很多場合下塑料代替金屬的一個主要優(yōu)勢在于其密度低，比重較同等體積金屬輕，然而也存在一些情況下以塑料代替金屬的同時希望塑料具有較高的密度，使之取代過程中給用戶直觀體驗不發(fā)生太大的變化?，F(xiàn)有技術(shù)主要是通過添加高含量鎢粉、鑰粉等稀有金屬粉末來提高塑膠材料的密度。盡管添加高比重金屬粉能夠有效提高材料的密度，然而諸如鎢粉、鑰粉、銅粉等價格昂貴，僅限于軍事用途，同時金屬粉填充塑料的機械強度和韌性普遍偏低，并且金屬粉填充塑料的表面性能也受到影響，導(dǎo)致其應(yīng)用受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的發(fā)明目的，是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的尼龍復(fù)合物機械強度、韌性及表面性能方面的不足，提供一種尼龍復(fù)合材料。
[0004]本發(fā)明的另一目的在于提供所述尼龍復(fù)合材料的制備方法。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供由所述尼龍復(fù)合材料的應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明上述目的通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0007]—種尼龍復(fù)合材料，所述尼龍復(fù)合材料包括如下按重量百分比計算的組分:
[0008]尼龍12~49% ；
[0009]增韌劑I~8% ；
[0010]金屬粉50~80%;
[0011]玻璃纖維0~10%;
[0012]加工助劑0~3%;
[0013]其中，所述尼龍由占尼龍總重量70-95%的數(shù)均分子量在10000-20000的普通尼龍與占尼龍總重量30-5%的數(shù)均分子量在5000~10000的尼龍低聚物組成；
[0014]所述金屬粉的表面經(jīng)過偶聯(lián)劑處理。
[0015]一種尼龍復(fù)合材料，所述尼龍復(fù)合材料由如下重量百分比計算的組分組成:
[0016]尼龍12~49% ;
[0017]增韌劑1~8%;
[0018]金屬粉50~80%;
[0019]玻璃纖維0~10%;
[0020]加工助劑0~3% ；
[0021]其中，所述尼龍由7(T95wt%的數(shù)均分子量在10000~20000的普通尼龍與30~5wt%數(shù)均分子量在5000-10000的尼龍低聚物組成；
[0022]所述金屬粉的表面經(jīng)過偶聯(lián)劑處理。[0023]發(fā)明人通過反復(fù)實驗發(fā)現(xiàn)，只有在采用上述比例的普通尼龍與尼龍低聚物進行混合，所得尼龍復(fù)合材料才能同時具有較高的機械強度(拉伸強度及彎曲強度)和韌性，以及具有很好的表面光滑度。當(dāng)選擇在該范圍以外的比例，則不能同時滿足上述機械性能、韌性、表面性能同時達到較佳值。
[0024]在上述配方范圍中，所述尼龍復(fù)合材料更優(yōu)選包括如下重量百分比計算的組分:
[0025]尼龍15~35% ；
[0026]增韌劑I~8% ；
[0027]金屬粉50~80% ；
[0028]玻璃纖維0~10% ；
[0029]加工助劑0~3% ；
[0030]其中，所述尼龍由7(T95wt%的數(shù)均分子量在10000~20000的普通尼龍與30~5wt%數(shù)均分子量在5000-10000的尼龍低聚物組成；
[0031]所述金屬粉的表面經(jīng)過偶聯(lián)劑處理。
[0032]在上述配方范圍中，所述尼龍復(fù)合材料更優(yōu)選包括如下重量百分比計算的組分:
[0033]尼龍20~30% ；
[0034]增韌劑7% ；
[0035]金屬粉50~79% ；`
[0036]玻璃纖維0~10% ；
[0037]加工助劑0~3% ；
[0038]其中，所述尼龍由7(T95wt%的數(shù)均分子量在10000~20000的普通尼龍與30~5wt%數(shù)均分子量在5000-10000的尼龍低聚物組成；
[0039]所述金屬粉的表面經(jīng)過偶聯(lián)劑處理。
[0040]在上述配方范圍中，所述尼龍復(fù)合材料優(yōu)選包括如下重量百分比計算的組分:
[0041]尼龍12~48%;
[0042]增韌劑I~8% ；
[0043]金屬粉50~80% ；
[0044]玻璃纖維I~10% ；
[0045]加工助劑0~3% ；
[0046]其中，所述尼龍由7(T95wt%的數(shù)均分子量在10000~20000的普通尼龍與30~5wt%數(shù)均分子量在5000-10000的尼龍低聚物組成；
[0047]所述金屬粉的表面經(jīng)過偶聯(lián)劑處理。
[0048]在上述配方范圍中，所述尼龍復(fù)合材料更優(yōu)選包括如下重量百分比計算的組分:
[0049]尼龍15~35% ；
[0050]增韌劑I~8% ；
[0051]金屬粉50~80%;
[0052]玻璃纖維I~10% ；
[0053]加工助劑0~3% ；
[0054]其中，所述尼龍由7(T95wt%的數(shù)均分子量在10000~20000的普通尼龍與3(T5wt%數(shù)均分子量在5000-10000的尼龍低聚物組成；[0055]所述金屬粉的表面經(jīng)過偶聯(lián)劑處理。
[0056]在上述配方范圍中，所述尼龍復(fù)合材料更優(yōu)選包括如下重量百分比計算的組分:
[0057]尼龍20~30% ；
[0058]增韌劑I~7% ；
[0059]金屬粉50~79% ；
[0060]玻璃纖維I~10% ；
[0061]加工助劑0~3%;
[0062]其中，所述尼龍由7(T95wt%的數(shù)均分子量在10000~20000的普通尼龍與30~5wt%數(shù)均分子量在5000-10000的尼龍低聚物組成；
[0063]所述金屬粉的表面經(jīng)過偶聯(lián)劑處理。
[0064]其中，所述尼龍復(fù)合材料的玻璃纖維含量優(yōu)選為3~10% ;此時可以適當(dāng)減少金屬粉的比例，使其滿足重量百分比為100%。
[0065]其中，所述普通尼龍的相對粘度(相對粘度根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IS0307測試所得)為
2.0~2.4dL/g ;所述尼龍低聚物的特性粘度為1.r1.8dL/g。
[0066]其中，所述普通尼龍可以為尼 龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍612、尼龍46、尼龍1010、尼龍11、尼龍12、尼龍6T、尼龍9T或尼龍IOT ；
[0067]所述尼龍低聚物為尼龍6低聚物或尼龍66低聚物。
[0068]其中，增韌劑是本領(lǐng)域常用的增韌劑，進一步地，所述增韌劑可以為馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠MEPDM、馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物ΜΡ0Ε、氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SEBS中的一種或幾種的混合物。
[0069]其中，所述金屬粉的密度在6g/cm3以上；所述金屬粉為類圓形，其直徑小于等于5 μ m0
[0070]其中，所述金屬粉可以為銅粉、鐵粉、鋅粉、磷鐵粉。
[0071]金屬粉的密度過低時，要得到高密度的尼龍復(fù)合物，勢必需要添加較大量的金屬粉末，過量的金屬粉末的加入，會對復(fù)合物的機械性能及表面性能有負(fù)面影響。
[0072]其中，偶聯(lián)劑可以改善金屬粉與尼龍的相容性，本發(fā)明中所用的偶聯(lián)劑是本領(lǐng)域常用的偶聯(lián)劑，進一步地，所述偶聯(lián)劑可以為氨基三乙氧基硅烷和/或環(huán)氧丙氧基三乙氧基硅烷。
[0073]其中，所述玻璃纖維為直徑在If 14μ m的短切纖維。
[0074]其中，所述加工助劑包括抗氧劑、潤滑劑和/或顏料。
[0075]所述抗氧劑可選自受阻酚類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑或二者的組合物，如受阻酹類抗氧劑Ingranoxl098,亞磷酸酯類抗氧劑P-EPQ。所述的抗氧劑也可以可選自N，N’-雙-(3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰基)己二胺(抗氧劑1098)、四[β -(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)、三[2，4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯(抗氧劑168)、二縮三乙二醇雙[β-(3-叔丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙酸酯](抗氧劑245)、1，3，5-三(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基)異氰尿酸(抗氧劑3114)、
I,3，5-三甲基-2，4，6-(3, 5-二叔丁基-4-羥基苯甲基)苯(抗氧劑1330)、1，3，5-三(4-叔丁基-3-羥基-2，6- 二甲基芐基)-1, 3，5-三嗪-2，4，6- (1H，3H, 5H)-三酮(抗氧劑 1790)、1,3, 5-三(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基)異氰尿酸(抗氧劑3114)。[0076]潤滑劑可選自氧化聚乙烯蠟、乙烯醋酸乙烯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物、褐煤蠟、聚丙烯蠟、季戊四醇硬脂酸酯中的一種或多種的組合。
[0077]顏料可以是本領(lǐng)域常用的任選顏料。
[0078]所述尼龍復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
[0079](I)將尼龍于120°C真空干燥4小時；
[0080](2)按比例稱取干燥好的尼龍、增韌劑、金屬粉、加工助劑，并放入到攪拌器中混合3~5min ；
[0081](3)將步驟(2)中混合好的原料加入到雙螺桿擠出機，進行加工，在雙螺桿擠出機的第三區(qū)加入玻璃纖維，加工工藝如下:雙螺桿擠出機一區(qū)溫度12(T210°C，二區(qū)溫度18(T320°C，三區(qū)溫度18(T350°C，四區(qū)溫度20(T35(TC，五區(qū)溫度20(T350°C，六區(qū)溫度20(T350°C，機頭溫度 20(T350°C，壓力為 12~18Mpa。
[0082]所述尼龍復(fù)合材料在制備成形品中的應(yīng)用。這里所說的成形品，可以是模制件。
[0083]一種由所述尼龍復(fù)合材料制備得到的模制件。
[0084]根據(jù)不同的需要，該模制件可以制作為玩具部件、管件、支撐架等以塑代金屬產(chǎn)
品O
[0085]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:`[0086]本發(fā)明通過對配方及各組分含量的合理篩選，得到一種具有較高的機械強度(拉伸強度及彎曲強度)和韌性，以及具有很好的表面性能的尼龍復(fù)合材料；所述尼龍復(fù)合材料的拉伸強度可以在60MPa以上，彎曲強度在90MPa以上，缺口沖擊強度在4KJ/m2以上，密度在1.5g/cm3，表面光滑度至少能達到3級，普遍在I或2級；并且本發(fā)明所公開的配方在玻璃纖維添加量少的情況下，可以達到高的缺口沖擊強度。
【具體實施方式】
[0087]下面結(jié)合一些【具體實施方式】對本發(fā)明尼龍復(fù)合材料及其制備方法做進一步描述。具體實施例為進一步詳細說明本發(fā)明，非限定本發(fā)明的保護范圍。
[0088]本發(fā)明的實施例采用以下原料:
[0089]普通尼龍-1:PA6，廣東新會美達-DSM，數(shù)均分子量10000，相對粘度2.0dL/g;
[0090]普通尼龍-2:PA66，美國Ascend，數(shù)均分子量20000，相對粘度2.4dL/g;
[0091]普通尼龍-3:PA10T，金發(fā)科技股份有限公司，數(shù)均分子量15000，相對粘度2.1dL/g；
[0092]普通尼龍-4:PA6，廣東新會美達-DSM，數(shù)均分子量9000，相對粘度1.9dL/g;
[0093]普通尼龍-5:PA6，廣東新會美達-DSM，數(shù)均分子量25000，相對粘度2.7dL/g;
[0094]尼龍低聚物-1:尼龍6低聚物,數(shù)均分子量5000，相對粘度1.4dL/g ；
[0095]尼龍低聚物-2:尼龍6低聚物，數(shù)均分子量9500，相對粘度1.8dL/g ；
[0096]尼龍低聚物-3:尼龍66低聚物，數(shù)均分子量9500，相對粘度1.65dL/g ；
[0097]MEPDM，寧波能之光新材料有限公司；
[0098]ΜΡ0Ε，寧波能之光新材料有限公司；
[0099]SEBS，寧波能之光新材料有限公司；
[0100]鐵粉，類圓形，直徑3μπι ;[0101]超細鋅粉，類圓形，直徑200nm ;
[0102]超細磷鐵粉，類圓形，直徑200nm ；
[0103]銅粉，類圓形，直徑2μπι;
[0104]玻璃纖維-1，直徑為11 μ m的短切玻璃纖維；
[0105]玻璃纖維_2，直徑為14 μ m的短切玻璃纖維；
[0106]抗氧劑:1ngranox1098 ；
[0107]潤滑劑:季戊四醇硬脂酸酯；
[0108]黑色顏料:苯胺黑。
[0109]實施例中，所用金屬粉為上述金屬粉經(jīng)過氨基三乙氧基硅烷或環(huán)氧丙氧基三乙氧基硅烷進行表面處理的金屬粉。
[0110]材料性能測試方法:
[0111](I)拉伸強度:GB/T 1040標(biāo)準(zhǔn)進行檢驗。拉伸速度為10mm/min ；
[0112](2)彎曲強度、彎曲模量及撓度按GB 9341/T標(biāo)準(zhǔn)進行檢驗，彎曲速度為2mm/min ；(不需要補充)
[0113](3)缺口沖擊 強度按GB/T 2571標(biāo)準(zhǔn)進行檢驗。缺口類型為A類，小試樣；
[0114](4)無缺口沖擊強度按GB/T2571標(biāo)準(zhǔn)進行檢驗。樣條為小試樣；
[0115](5)密度測試按GB/T1033進行檢驗。
[0116](6)表面光滑度測試如下:分別注塑三塊IOOmmX IOOmmX 3mm的方板，肉眼觀測可見的凹凸點，并記錄其個數(shù)，按三塊方板凹凸點之和多少對材料的表面光滑度進行評級，評級如下:
[0117]I級-表面光滑如鏡面、凹凸點小于5個；
[0118]2級-表面光滑如鏡面、凹凸點為6~10個；
[0119]3級-表面光滑、凹凸點為11~20個；
[0120]4級-表面光滑、凹凸點為30個；
[0121]5級-表面一般、凹凸點為31~40個；
[0122]6級-表面一般、凹凸點為4廣50個；
[0123]7級-表面粗糙、凹凸點為60-80個；
[0124]8級-表面極其粗糙、凹凸點大于80個；
[0125]實施例中，所用的尼龍均經(jīng)過在120°C下進行真空干燥4小時的處理。
[0126]以下以具體實施例的方式加以說明，所述原料除非特別說明，均為重量份。
[0127]在本發(fā)明中助劑對產(chǎn)品的性能影響不大，對于其它常見的助劑不一一舉例。
[0128]實施例1~8
[0129]通過如下制備方法，制備實施例1的尼龍復(fù)合材料:
[0130]稱取干燥好的尼龍12份(其中普通尼龍-1占其中的70wt%，尼龍低聚物-1占其中的30wt%)、增韌劑MEPDM 8份、超細鋅粉80份、玻璃纖維O份，并放入到攪拌器中混合3min ；將步驟混合好的原料加入到雙螺桿擠出機，進行加工，加工工藝如下:雙螺桿擠出機一區(qū)溫度12(T210°C，二區(qū)溫度18(T320°C，三區(qū)溫度18(T350°C，四區(qū)溫度20(T350°C，五區(qū)溫度20(T350°C，六區(qū)溫度20(T350°C，機頭溫度20(T350°C，壓力為12Mpa。制備得到實施例1的尼龍復(fù)合材料。[0131]參照表1記載的份量，按照實施例1的制備方法，制備實施例2~8的尼龍復(fù)合材料。
[0132]表1
[0133]
【權(quán)利要求】
1.一種尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述尼龍復(fù)合材料包括如下重量百分比計算的組分: 尼龍12~49% ； 增韌劑1~8% ； 金屬粉50~80% ； 玻璃纖維0~10% ； 加工助劑0~3% ； 其中，所述尼龍由占尼龍總重量70-95%的數(shù)均分子量在10000-20000的普通尼龍與占尼龍總重量30-5%的數(shù)均分子量在5000~10000的尼龍低聚物組成； 所述金屬粉的表面經(jīng)過偶聯(lián)劑處理。
2.一種尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述尼龍復(fù)合材料由如下重量百分比計算的組分組成: 尼龍12~49% ； 增韌劑1~8% ； 金屬粉50~80% ； 玻璃纖維0~10% ； 加工助劑0~3% ； 其中，所述尼龍由占尼龍總重量70-95%的數(shù)均分子量在10000-20000的普通尼龍與占尼龍總重量30-5%的數(shù)均分子量在5000~10000的尼龍低聚物組成； 所述金屬粉的表面經(jīng)過偶聯(lián)劑處理。
3.如權(quán)利要求1或2中任意一項權(quán)利要求所述尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述普通尼龍的相對粘度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IS0307測試，為2.0-2.4dl/g ;所述尼龍低聚物的特性粘度為1.4~1.8dl/g。
4.如權(quán)利要求1或2中任意一項權(quán)利要求所述尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述普通尼龍為尼龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍612、尼龍46、尼龍1010、尼龍11、尼龍12、尼龍6T、尼龍9T或尼龍10T ； 所述尼龍低聚物為尼龍6低聚物或尼龍66低聚物。
5.如權(quán)利要求1或2中任意一項權(quán)利要求所述尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述增韌劑為馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠、馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一種或幾種的混合物。
6.如權(quán)利要求1或2中任意一項權(quán)利要求所述尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述金屬粉的密度在6g/cm3以上；所述金屬粉為類圓形，其直徑小于等于5 μ m。
7.如權(quán)利要求1或2中任意一項權(quán)利要求所述尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述偶聯(lián)劑為氨基三乙氧基硅烷和/或環(huán)氧丙氧基三乙氧基硅烷。
8.如權(quán)利要求1或2中任意一項權(quán)利要求所述尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述玻璃纖維為直徑在11-14 μ m的短切纖維。
9.權(quán)利要求1-8中任意一項權(quán)利要求所述尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將尼龍于120°C真空干燥4小時；(2)按比例稱取干燥好的尼龍、增韌劑、金屬粉，并放入到攪拌器中混合3~5min； (3)將步驟（2)中混合好的原料加入到雙螺桿擠出機，進行加工，在雙螺桿擠出機的第三區(qū)加入玻璃纖維，加工工藝如下：雙螺桿擠出機一區(qū)溫度120-210°C，二區(qū)溫度180-320°C，三區(qū)溫度180-350°C，四區(qū)溫度200~350 °C，五區(qū)溫度200-350°C，六區(qū)溫度200-350°C，機頭溫度 200-350°C，壓力為 12~18Mpa。
10.權(quán)利要求1-8中任意一項權(quán)利要求所述尼龍復(fù)合材料在制備成形品中的應(yīng)用。
【文檔編號】C08L77/00GK103834160SQ201210485053
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月23日
【發(fā)明者】譚麟, 梁惠強, 金雪峰, 孫東海, 孫雅杰, 陳大華 申請人:金發(fā)科技股份有限公司, 天津金發(fā)新材料有限公司