專利名稱：低成本高性能玻璃纖維增強尼龍6復合材料及其制備方法
技術領域：
本發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尼龍材料及 其制備方法。
背景技術：
尼龍6經玻璃纖維增強后，其力學性能、熱性能、尺寸穩定性、耐蠕變、耐疲勞性及 耐磨等都得到顯著改善。自20世紀70年代初開發長玻璃纖維增強尼龍6以來，其應用范 圍得到進一步地拓寬。長玻璃纖維增強尼龍6復合材料在汽車、機械、電器、軍工等領域有 巨大的發展潛力，可用其制造汽車保險杠、發動機隔噪罩、座椅骨架、車頭燈、風扇、散熱器 格柵、儀表盤托架等，并且在航空航天和兵器等領域也占有一席之地。如何降低成本和提高塑料性能是大多數塑料改性企業關心的一個問題，塑料改性 技術的不斷發展，各種高性價比填充母粒和填充物的涌現為降低塑料制品成本和提高產品 性能成為可能。使用晶須增強的復合材料具有達到高強度的潛力，因此晶須的研究和開發受到了 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、空穴等，同時，其原子排列高度有序，因而其強度接 近于完整晶體的理論值。雖然60年代已開發了近百種不同材料晶須的實驗品，但是由于技 術復雜，價格高昂，很少具有實用價值。1975年從稻殼制備的日-SiC晶須，為工業生產打開 局面。80年代后實現了大規模生產SiC晶須，進而又開發了 SiC晶須的金屬基、陶瓷基、樹 脂基的復合材料，發展了 Al203、Si3N4、TiN、TiB2、Zn_Ni等晶須新品種，晶須材料得到進一步 發展。晶須除具有高強度、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 學性能，可開發為功能材料。目前晶須主要用作復合材料的增強劑，用于航空航天飛行器構 件和部件，在機械、汽車、化工、生物醫學和日用工業中也得到應用。晶須添加到樹脂中，一方面可以降低成本，另一方面起到增強作用，可部分替代玻 璃纖維，同時增加表面光澤度，為廣大改性塑料廠商在提高產品性能和降低成本方面提供 有價值的參考。然而，如何解決好晶須與高分子復合材料的相容性是研究晶須增強高分子材料的 一個關鍵問題。要使晶須真正起到增強作用，必須與基體樹脂形成良好的界面相互作用，同 時對晶須的白度和長徑比等物性也具有較苛刻的要求。
發明內容
為了克服現有技術中所存在的問題，本發明提供了一種低成本高性能玻璃纖維增 強尼龍6復合材料，其采用玻璃纖維和晶須對尼龍6進行增強，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。本發明所述的成核劑為超微細滑石粉、有機膨潤土、高嶺土或P250的一種。本發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)丙酰基)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。本發明所述的玻璃纖維為巨石集團的ER13-2000-988A。本發明還提供了上述低成本高性能玻璃纖維增強尼龍6復合材料的制備方法，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中與玻璃纖維熔融擠出造 粒，擠出溫度為240 260°C。本發明的優點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，因此克服了現有技術中晶須與高 分子復合材料相容性的問題。同時，本發明所提供的玻璃纖維增強尼龍6復合材料具有成 本低、力學性能優異、表面光滑等特點，可用于微波爐和電動工具面板等對表面要求較高的 器件。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步介紹。實施例1—種低成本高性能玻璃纖維增強尼龍6復合材料，由以下以重量百分比計的原料 組成尼龍6 (牌號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 進出口貿易有限公司)組成。玻璃纖維為巨石集團的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尼龍6復合材料的制備方法為先將尼龍6和硅 油在高混機中混合，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中與玻璃纖維熔融擠出造粒，擠出溫度為240°C。復合材料的力學性能測試結果見表1所示。實施例2一種低成本高性能玻璃纖維增強尼龍6復合材料，由以下以重量份計的原料組 成尼龍6 (牌號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、低揮發性受阻酚類抗氧化劑， 天津市瑞安得科技發展有限公司)。所述的改性助劑為玻璃微珠。玻璃纖維為巨石集團的 ER13-2000-988A。上述低成本高性能玻璃纖維增強尼龍6復合材料的制備方法為先將尼龍6和硅 油在高混機中混合，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中與玻璃纖維熔融擠出造粒，擠出溫度為260°C。復合材料的力學性能測試結果見表1所示。實施例3—種低成本高性能玻璃纖維增強尼龍6復合材料，由以下以重量份計的原料組 成尼龍6 (牌號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，為有機成分和無機成分的成核劑的優化混合物，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)丙酰基)己二胺。所述的輔抗 氧劑為THAN0X-1098(天津市瑞安得科技發展有限公司)。所述的改性助劑為防纖維外露劑 (江蘇興泰國光化學助劑有限公司)。玻璃纖維為巨石集團的ER13-2000-988A。上述低成本高性能玻璃纖維增強尼龍6復合材料的制備方法為先將尼龍6和硅 油在高混機中混合，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中與玻璃纖維熔融擠出造粒，擠出溫度為250°C復合材料的力學性能測試結果見表1所示。實施例4
一種低成本高性能玻璃纖維增強尼龍6復合材料，由以下以重量份計的原料組 成尼龍6 (牌號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)丙酰基)己二胺。所述的輔抗氧劑 為627A(上海金海雅寶精細化工有限公司)。所述的改性助劑為玻璃微珠。玻璃纖維為巨 石集團的 ER13-2000-988A。上述低成本高性能玻璃纖維增強尼龍6復合材料的制備方法，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中與玻璃纖維熔融擠出造粒，擠出溫度為 250 °C。復合材料的力學性能測試結果見表1所示。由于本發明使用的晶須是一種纖維狀形體結構功能性材料，可以部分代替玻璃纖 維來增強樹脂，其具有良好的分散性和流動性，有利于消除玻璃纖維外露現象和提高制品 表面光潔度。此外，晶須的價格僅為玻璃纖維的1/2-1/3，用其代替玻璃纖維可大大降低企 業生產成本。在本發明中，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，又有利于提高復合材料的沖擊強度。成核劑添加到聚合物熔體中，很容易被分散成非 常細小的顆粒，起到有效的成核作用，形成細致均勻的晶體結構，這將有助于改善制品的機 械性能和表面光澤。下表1為本發明各個實施例的力學性能可以發現，本發明所提供的玻 璃纖維增強尼龍6復合材料具有力學性能優異、表面光滑等特點。 表1、各實施例得到的玻璃纖維增強尼龍6的力學性能針對實施例1，在不添加硫酸鈣晶須的情況下，其力學性能為拉伸強度 103. 8MPa，彎曲強度159. 3MPa，彎曲模量4200MPa，缺口沖擊強度5. lkj/m2，光澤度86%。針 對實施例2、3和4，在不添加硫酸鈣晶須的情況下，其力學性能為拉伸強度165. 9MPa，彎曲 強度239. 7MPa，彎曲模量7749MPa，缺口沖擊強度8. 9kJ/m2，光澤度75%。將上述數據與表1數據進行綜合比較，可以發現，本發明所提供的玻璃纖維增強尼龍6復合材料具有力學性 能優異、表面光滑等特點。
權利要求
一種低成本高性能玻璃纖維增強尼龍6復合材料，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.如權利要求1所述的玻璃纖維增強尼龍6復合材料，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.如權利要求1所述的玻璃纖維增強尼龍6復合材料，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.如權利要求1所述的玻璃纖維增強尼龍6復合材料，其特征在于所述的成核劑為 超微細滑石粉、有機膨潤土、高嶺土或P250中的一種。
5.如權利要求1所述的玻璃纖維增強尼龍6復合材料，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.如權利要求1所述的玻璃纖維增強尼龍6復合材料，其特征在于所述的輔抗氧化 劑為 ΤΗΑΝ0Χ-1098 或 627Α 的一種。
7.如權利要求1所述的玻璃纖維增強尼龍6復合材料，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尼龍6復合材料的制備方法，該復合材料各組份的 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
本發明提供一種低成本高性能玻璃纖維增強尼龍6復合材料及其制備方法。該復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中與玻璃纖維熔融擠出造粒，擠出溫度為240～260℃。本發明所提供的玻璃纖維增強尼龍6復合材料具有成本低、力學性能優異、流動性好、表面光滑等優點，可用于微波爐和電動工具面板等對表面要求較高的器件。
文檔編號C08L77/02GK101851417SQ20091005700
公開日2010年10月6日 申請日期2009年3月31日 優先權日2009年3月31日
發明者吉繼亮, 孫剛, 易慶鋒, 王燦耀, 蘇妤 申請人:上海金發科技發展有限公司