本發(fā)明屬于尼龍材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種生物基尼龍復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前尼龍作為一種塑料基材已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)。作為一種熱塑性塑料，尼龍很容易在液態(tài)下被加工，在-30～110℃溫度范圍內(nèi)具有良好的穩(wěn)定性。此外，它還具有優(yōu)異的耐熱、高沖擊強(qiáng)度、彈性變形小、耐摩擦和減震等性能，而低的熔融黏度使其易加工成型。總而言之，尼龍不但重量輕、制造成本低，而且還具有優(yōu)異的物理性能。因此，尼龍的電鍍也成為人們關(guān)注的話題。然而，在普通的電鍍工藝中，尼龍塑料電鍍的前處理（如使用酸粗化）會對氨基有些影響，得不到預(yù)期的良好裝飾性效果，導(dǎo)致了外觀缺陷和結(jié)合力較差等常見的電鍍問題。同時在普通ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）電鍍和尼龍電鍍中會用酸或強(qiáng)氧化性的物質(zhì)對毛坯進(jìn)行腐蝕，從而達(dá)到形成凹坑，形成外部鍍層的倒扣，增強(qiáng)結(jié)合力的效果，但酸或強(qiáng)氧化性的清洗液會造成一定的環(huán)境污染，或者處理污染物時產(chǎn)生能量消耗等問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種生物基尼龍復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種生物基尼龍復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)，其原料組成為：
生物基尼龍：40~55份；
PA66增韌劑：3~10份；
金屬粉：1~5份；
礦粉：25~40份；
潤滑劑：0.8~1.5份；
偶聯(lián)劑：1~2份；
助劑：1~2份；
己內(nèi)酰胺鈉：1~2份。
所述生物基尼龍為PA610尼龍材料、PA56尼龍材料和PA1010尼龍材料中的任一種。
所述金屬粉為鎳粉、鐵粉和鋁粉中的任一種。
所述潤滑劑為乙烯基雙硬脂酰胺或山崳酸酰胺。
所述礦粉為碳酸鈣粉末、硅灰石粉末、氧化鋁粉末、滑石粉和氧化鋅粉末中的任一種。
所述偶聯(lián)劑為雙金屬偶聯(lián)劑或鋁酸酯偶聯(lián)劑。
所述助劑為1,5-戊二胺、葵二酸、己二酸、己二胺和丁二胺中的一種或幾種。
如上所述的生物基尼龍復(fù)合材料的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）按照重量份稱取生物基尼龍和PA66增韌劑，于120℃下烘烤4-6小時；烘干后和己內(nèi)酰胺鈉混合均勻，備用；
（2）按照重量份稱取助劑和金屬粉混合均勻，備用；助劑的加入可以增強(qiáng)金屬粉末和基材的分散性和結(jié)合力，使得金屬粉表層形成一層易于生物基尼龍基材結(jié)合的膜層，從而達(dá)到增強(qiáng)后續(xù)表面處理結(jié)合力的目的；
（3）按照重量份稱取礦粉在100~130℃烘烤3~6小時，加入帶加熱的攪拌機(jī)中攪拌，攪拌機(jī)溫度設(shè)置為100℃，攪拌0.5小時后，加入偶聯(lián)劑繼續(xù)攪拌1小時，隨后加入步驟（1）烘烤過的生物基尼龍和PA66增韌劑，然后加入潤滑劑和步驟（2）用助劑處理過的金屬粉，在攪拌器中攪拌混合30~40min，隨后停止加熱，繼續(xù)攪拌0.5小時后，得到分散均勻的混合物；所述攪拌機(jī)攪拌過程的轉(zhuǎn)速為800~1200r/min；
（4）將步驟（3）所得的混合物投置于雙螺桿擠出機(jī)主喂料斗中，經(jīng)熔融擠出，造粒，制得所述生物基尼龍復(fù)合材料。
在步驟（4）中，利用主喂料系統(tǒng)加入混合原料，喂料速度為60～120 r/min；主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為250～350r/min，加工溫度為230～290℃，溫度過低可能材料無法熔融，而溫度過高又會導(dǎo)致生物基尼龍分解過度或反應(yīng)過快；模頭壓力為1.0～6.0MPa，切粒機(jī)切粒速度為200～400r/min。
在攪拌過程中，礦粉的加熱和攪拌是為了去除其中的水分和防止團(tuán)聚，然后加入偶聯(lián)劑，在高溫下發(fā)生反應(yīng)，使得礦粉反應(yīng)后增加一定的親塑料基團(tuán)，從而增強(qiáng)礦粉和塑料基材的結(jié)合性。
本發(fā)明以生物基尼龍材料為基材，加以改性，所制得的生物基尼龍復(fù)合材料適用于物理氣相沉積表面處理的電鍍方法，達(dá)到既節(jié)能減排，又能得到完美外觀裝飾性效果和較好結(jié)合力的復(fù)合型材料。尼龍?jiān)牧鲜且远泛投嶂苽涞纳锘埘０? 其原料主要來自可再生的生物質(zhì)材料，如淀粉、纖維素、木質(zhì)素和動、植物油等。由于在制備時在生物基尼龍的大分子中形成了穩(wěn)定的氫鍵，使其吸水率較一般的尼龍材料只有其四分之一左右，這種性能使得它在后續(xù)的電鍍加工中可以選用物理氣相沉積的方法來代替一般電鍍方法中的前處理，也能更好的保持其性能。通過添加金屬氧化物和金屬粉末，使得材料在制成產(chǎn)品時其表面含有一定的金屬成分，更易導(dǎo)電，配合物理氣相沉積表面處理，使得產(chǎn)品表面的金屬可以和物理氣相沉積表面處理的金屬預(yù)鍍層很好的融合，可以得到良好的結(jié)合力，再輔以后期的水電鍍工藝，使的產(chǎn)品得到較好的外部裝飾效果。
本發(fā)明制得的生物基尼龍復(fù)合材料，配合物理氣相沉積表面處理技術(shù)，可用于外觀裝飾件以及對強(qiáng)度有要求的外觀件。
本發(fā)明的有益效果在于：
（1）本發(fā)明采用生物基尼龍改性制備生物基尼龍復(fù)合材料，成型工藝簡單、成本低廉、使用方便且綠色環(huán)保；
（2）本發(fā)明制備的生物基尼龍復(fù)合材料適用于物理氣相沉積表面處理的電鍍方法，綠色環(huán)保，可有效解決鍍層結(jié)合力、外觀及尼龍材料電鍍前處理的問題，可得到優(yōu)質(zhì)的電鍍產(chǎn)品；
（3）本發(fā)明不僅適用于外觀裝飾件，對于有一定強(qiáng)度要求的外觀件，其強(qiáng)度也可以滿足某些受力部分不會發(fā)生形變和破壞，適用范圍廣泛。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不僅僅限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1
一種生物基尼龍復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)，其原料組成為：
PA610尼龍材料：51份；
PA66增韌劑：5份；
鋁粉：2份；
氧化鋁粉末：40份；
乙烯基雙硬脂酰胺：1份；
雙金屬偶聯(lián)劑：1份；
1,5-戊二胺：1.5份；
己內(nèi)酰胺鈉：1份。
如上所述的生物基尼龍復(fù)合材料的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）按照重量份稱取PA610尼龍材料和PA66增韌劑，于120℃下烘烤4小時；烘干后和己內(nèi)酰胺鈉混合均勻，備用；
（2）按照重量份稱取1,5-戊二胺和鋁粉混合均勻，備用；
（3）按照重量份稱取氧化鋁粉末在100℃烘烤6小時，加入帶加熱的攪拌機(jī)中攪拌，攪拌機(jī)溫度設(shè)置為100℃，攪拌0.5小時后，加入雙金屬偶聯(lián)劑繼續(xù)攪拌1小時，隨后加入步驟（1）烘烤過的PA610尼龍材料和PA66增韌劑，然后加入乙烯基雙硬脂酰胺和步驟（2）用助劑（1,5-戊二胺）處理過的鋁粉，在攪拌器中攪拌混合30min，隨后停止加熱，繼續(xù)攪拌0.5小時后，得到分散均勻的混合物；所述攪拌機(jī)攪拌過程的轉(zhuǎn)速為800r/min；
（4）將步驟（3）所得的混合物投置于雙螺桿擠出機(jī)主喂料斗中，經(jīng)熔融擠出，造粒，制得所述生物基尼龍復(fù)合材料。
在步驟（4）中，利用主喂料系統(tǒng)加入混合原料，喂料速度為60r/min；主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為250r/min，加工溫度為230℃；模頭壓力為1.0MPa，切粒機(jī)切粒速度為200r/min。
實(shí)施例2
一種生物基尼龍復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)，其原料組成為：
PA610尼龍材料：50份；
PA66增韌劑：8份；
鋁粉：1份；
氧化鋁粉末：38份；
乙烯基雙硬脂酰胺：1.5份；
雙金屬偶聯(lián)劑：1.5份；
助劑：1.5份；
己內(nèi)酰胺鈉：1份；
所述助劑為丁二胺和葵二酸按質(zhì)量比1:1混合而成。
如上所述的生物基尼龍復(fù)合材料的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）按照重量份稱取PA610尼龍材料和PA66增韌劑，于120℃下烘烤6小時；烘干后和己內(nèi)酰胺鈉混合均勻，備用；
（2）按照重量份稱取助劑和鋁粉混合均勻，備用；
（3）按照重量份稱取氧化鋁粉末在130℃烘烤3小時，加入帶加熱的攪拌機(jī)中攪拌，攪拌機(jī)溫度設(shè)置為100℃，攪拌0.5小時后，加入雙金屬偶聯(lián)劑繼續(xù)攪拌1小時，隨后加入步驟（1）烘烤過的PA610尼龍材料和PA66增韌劑，然后加入乙烯基雙硬脂酰胺和步驟（2）用助劑處理過的鋁粉，在攪拌器中攪拌混合40min，隨后停止加熱，繼續(xù)攪拌0.5小時后，得到分散均勻的混合物；所述攪拌機(jī)攪拌過程的轉(zhuǎn)速為1200r/min；
（4）將步驟（3）所得的混合物投置于雙螺桿擠出機(jī)主喂料斗中，經(jīng)熔融擠出，造粒，制得所述生物基尼龍復(fù)合材料。
在步驟（4）中，利用主喂料系統(tǒng)加入混合原料，喂料速度為120 r/min；主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為350r/min，加工溫度為290℃；模頭壓力為6.0MPa，切粒機(jī)切粒速度為400r/min。
實(shí)施例3
一種生物基尼龍復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)，其原料組成為：
PA56尼龍材料：40份；
PA66增韌劑：3份；
鐵粉：1份；
滑石粉：25份；
山崳酸酰胺：0.8份；
雙金屬偶聯(lián)劑：1份；
助劑：1份；
己內(nèi)酰胺鈉：1.5份；
所述助劑為己二酸和己二胺按質(zhì)量比1:1混合而成。
如上所述的生物基尼龍復(fù)合材料的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）按照重量份稱取PA56尼龍材料和PA66增韌劑，于120℃下烘烤5小時；烘干后和己內(nèi)酰胺鈉混合均勻，備用；
（2）按照重量份稱取助劑和鐵粉混合均勻，備用；
（3）按照重量份稱取礦粉在115℃烘烤4小時，加入帶加熱的攪拌機(jī)中攪拌，攪拌機(jī)溫度設(shè)置為100℃，攪拌0.5小時后，加入雙金屬偶聯(lián)劑繼續(xù)攪拌1小時，隨后加入步驟（1）烘烤過的PA56尼龍材料和PA66增韌劑，然后加入山崳酸酰胺和步驟（2）用助劑處理過的鐵粉，在攪拌器中攪拌混合35min，隨后停止加熱，繼續(xù)攪拌0.5小時后，得到分散均勻的混合物；所述攪拌機(jī)攪拌過程的轉(zhuǎn)速為1000r/min；
（4）將步驟（3）所得的混合物投置于雙螺桿擠出機(jī)主喂料斗中，經(jīng)熔融擠出，造粒，制得所述生物基尼龍復(fù)合材料。
在步驟（4）中，利用主喂料系統(tǒng)加入混合原料，喂料速度為80r/min；主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為300r/min，加工溫度為250℃；模頭壓力為3MPa，切粒機(jī)切粒速度為300r/min。
實(shí)施例4
一種生物基尼龍復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)，其原料組成為：
PA56尼龍材料：55份；
PA66增韌劑：10份；
鐵粉：5份；
硅灰石粉末：40份；
山崳酸酰胺：1.5份；
雙金屬偶聯(lián)劑：2份；
1,5-戊二胺：1份；
己內(nèi)酰胺鈉：1.5份。
如上所述的生物基尼龍復(fù)合材料的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）按照重量份稱取PA56尼龍材料和PA66增韌劑，于120℃下烘烤5小時；烘干后和己內(nèi)酰胺鈉混合均勻，備用；
（2）按照重量份稱取1,5-戊二胺和鐵粉混合均勻，備用；
（3）按照重量份稱取硅灰石粉末在120℃烘烤4小時，加入帶加熱的攪拌機(jī)中攪拌，攪拌機(jī)溫度設(shè)置為100℃，攪拌0.5小時后，加入雙金屬偶聯(lián)劑繼續(xù)攪拌1小時，隨后加入步驟（1）烘烤過的PA56尼龍材料和PA66增韌劑，然后加入山崳酸酰胺和步驟（2）用助劑（1,5-戊二胺）處理過的鐵粉，在攪拌器中攪拌混合38min，隨后停止加熱，繼續(xù)攪拌0.5小時后，得到分散均勻的混合物；所述攪拌機(jī)攪拌過程的轉(zhuǎn)速為1100r/min；
（4）將步驟（3）所得的混合物投置于雙螺桿擠出機(jī)主喂料斗中，經(jīng)熔融擠出，造粒，制得所述生物基尼龍復(fù)合材料。
在步驟（4）中，利用主喂料系統(tǒng)加入混合原料，喂料速度為90r/min；主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為220r/min，加工溫度為240℃；模頭壓力為4MPa，切粒機(jī)切粒速度為350r/min。
實(shí)施例5
一種生物基尼龍復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)，其原料組成為：
PA1010尼龍材料：45份；
PA66增韌劑：5份；
鎳粉：3份；
碳酸鈣粉末：30份；
乙烯基雙硬脂酰胺：1.2份；
鋁酸酯偶聯(lián)劑：1.5份；
助劑：1~2份；
己內(nèi)酰胺鈉：1~2份；
所述助劑為1,5-戊二胺、葵二酸和己二胺按質(zhì)量比1:1:1混合而成。
如上所述的生物基尼龍復(fù)合材料的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）按照重量份稱取PA1010尼龍材料和PA66增韌劑，于120℃下烘烤6小時；烘干后和己內(nèi)酰胺鈉混合均勻，備用；
（2）按照重量份稱取助劑和鎳粉混合均勻，備用；
（3）按照重量份稱取碳酸鈣粉末在120℃烘烤4.5小時，加入帶加熱的攪拌機(jī)中攪拌，攪拌機(jī)溫度設(shè)置為100℃，攪拌0.5小時后，加入鋁酸酯偶聯(lián)劑繼續(xù)攪拌1小時，隨后加入步驟（1）烘烤過的PA1010尼龍材料和PA66增韌劑，然后加入乙烯基雙硬脂酰胺和步驟（2）用助劑處理過的鎳粉，在攪拌器中攪拌混合40min，隨后停止加熱，繼續(xù)攪拌0.5小時后，得到分散均勻的混合物；所述攪拌機(jī)攪拌過程的轉(zhuǎn)速為1100r/min；
（4）將步驟（3）所得的混合物投置于雙螺桿擠出機(jī)主喂料斗中，經(jīng)熔融擠出，造粒，制得所述生物基尼龍復(fù)合材料。
在步驟（4）中，利用主喂料系統(tǒng)加入混合原料，喂料速度為100r/min；主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為320r/min，加工溫度為260℃；模頭壓力為5MPa，切粒機(jī)切粒速度為300r/min。
實(shí)施例6
一種生物基尼龍復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)，其原料組成為：
PA1010尼龍材料：50份；
PA66增韌劑：7份；
鎳粉：4份；
氧化鋅粉末：35份；
乙烯基雙硬脂酰胺：1.3份；
鋁酸酯偶聯(lián)劑：1.5份；
助劑：1~2份；
己內(nèi)酰胺鈉：1~2份。
所述助劑為1,5-戊二胺、己二酸和丁二胺按質(zhì)量比1:1:1混合而成。
如上所述的生物基尼龍復(fù)合材料的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）按照重量份稱取PA1010尼龍材料和PA66增韌劑，于120℃下烘烤5小時；烘干后和己內(nèi)酰胺鈉混合均勻，備用；
（2）按照重量份稱取助劑和鎳粉混合均勻，備用；
（3）按照重量份稱取氧化鋅粉末在120℃烘烤4小時，加入帶加熱的攪拌機(jī)中攪拌，攪拌機(jī)溫度設(shè)置為100℃，攪拌0.5小時后，加入鋁酸酯偶聯(lián)劑繼續(xù)攪拌1小時，隨后加入步驟（1）烘烤過的PA1010尼龍材料和PA66增韌劑，然后加入乙烯基雙硬脂酰胺和步驟（2）用助劑處理過的鎳粉，在攪拌器中攪拌混合33min，隨后停止加熱，繼續(xù)攪拌0.5小時后，得到分散均勻的混合物；所述攪拌機(jī)攪拌過程的轉(zhuǎn)速為1000r/min；
（4）將步驟（3）所得的混合物投置于雙螺桿擠出機(jī)主喂料斗中，經(jīng)熔融擠出，造粒，制得所述生物基尼龍復(fù)合材料。
在步驟（4）中，利用主喂料系統(tǒng)加入混合原料，喂料速度為95r/min；主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為300r/min，加工溫度為255℃；模頭壓力為4MPa，切粒機(jī)切粒速度為300r/min。
性能測試
一、機(jī)械性能測試
本發(fā)明實(shí)施例1~6所制得的生物基尼龍復(fù)合材料的機(jī)械性能如表1所示。
表1 生物基尼龍復(fù)合材料的機(jī)械性能
按照實(shí)施例配方1~6造粒出來的材料，從表1可知，本發(fā)明制得的生物基尼龍復(fù)合材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能。經(jīng)過注塑制作樣品，經(jīng)過后續(xù)的電鍍工藝流程，得到鍍鉻外觀產(chǎn)品，經(jīng)過泡38℃熱水20天的測試，鍍層未出現(xiàn)異常，扭力測試可達(dá)到60~70N，且在扭力測試后鍍層未出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，所制作的電鍍測試板經(jīng)過拉脫力的測試，可以達(dá)到10-12N/cm，高于普通水電鍍的產(chǎn)品，綜合性能優(yōu)異，滿足生產(chǎn)產(chǎn)品的需求。
二、電鍍性能測試
a. 將制備的材料注塑成產(chǎn)品和測試板進(jìn)行電鍍。
b. 電鍍工藝流程：除油，除蠟，烘干，物理氣相沉積，酸銅，半光鎳，全光鎳，微孔鎳，鉻，烘干。
c. 所制的產(chǎn)品，通過泡水和鍍層測試均合格。
d. 酸性鹽霧測試8小時和酸性鹽霧測試16小時以及冷熱循環(huán)測試均合格。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。