專利名稱：一種聚酰胺6復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種玻璃纖維增強聚酰胺6材料，具體涉及一種良表面增強增韌聚酰 胺6復合材料及其制備方法。
背景技術：
聚酰胺6材料是工程塑料中應用最普遍的材料，廣泛應用于汽車、建筑、電子電器 和家電等行業。聚酰胺6樹脂經玻璃纖維增強改性后，能顯著提高其強度、剛性和韌性。增 韌增強聚酰胺6復合材料具有優良的低溫韌性，可以應用于電動工具、辦公家具、滑雪鞋、 自行車輪轂、以及其他運動器材等。由于外觀使用的要求，這些制品往往需要具有光滑的表 面，才能被消費者接受。然而，塑料玻璃纖維增強增韌聚酰胺PA6復合材料中添加了大量的增韌劑，注塑 出來的制品表面不光滑，浮纖嚴重，不能在一些外觀要求高的部件上使用。為了解決增強 增韌聚酰胺PA6復合材料的浮纖問題，可以通過添加無機礦物填料的方法來改進，如專利 申請號200610118559. X( —種良好表觀質量的增韌增強尼龍6復合材料及其制備方法)、 200610064507. 9 ( 一種高光表面級尼龍改性材料及其制備方法)。但添加無機礦物填料或 降低樹脂粘度不可避免造成產品的強度下降，通過外加偶聯劑的方法對提高樹脂和玻璃纖 維的結合力也影響式微。通過添加無定形的聚酰胺或半芳香族聚酰胺及其共聚物也改善復 合材料的表面光澤度，如專利US5250604、US6958374、US6956081。添加這種特殊的聚酰胺 成本較高，并對性能有一定影響。US5240974和US5872175分別采用有機硅復合物或磷酸類 金屬鹽對玻璃纖維表面做特殊處理，處理后玻璃纖維和聚酰胺6樹脂的結合力增強，并賦 予材料更多的功能性。本專利通過不同粘度樹脂的級配以及玻璃纖維的特殊處理，提高增 強增韌聚酰胺6復合材料的表面，同時也提高了材料的強度和韌性。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種簡單易行，成本低廉，適用于大規 模量產的良表面增強增韌聚酰胺6復合材料。本發明的另一個目的是提供一種制備上述良表面增強增韌聚酰胺6復合材料的 方法。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案—種良表面增強增韌聚酰胺6復合材料，由如下重量百分數的組分組成高粘聚酰胺6樹脂 27 80%;紡絲級聚酰胺6樹脂5 20%;彈性體增韌劑2 15%;玻璃纖維5 60%;助劑0.5 5%。在上述良表面增強增韌聚酰胺6復合材料中，所述高粘聚酰胺6樹脂粘度范圍優選為2. 6 3. 4。在上述良表面增強增韌聚酰胺6復合材料中，所述紡絲級聚酰胺6樹脂，其主要特 征是粘度范圍為1. 8 2. 6，熱水可萃取物含量在0. 6%以下。在上述良表面增強增韌聚酰胺6復合材料中，所述彈性體增韌劑優選為馬來酸酐 接枝接枝的乙烯-辛烯共聚物。在上述良表面增強增韌聚酰胺6復合材料中，所述的玻璃纖維優選為相容劑包覆 處理的短切玻璃纖維；所述短纖玻璃纖維為無堿玻璃，玻璃纖維的直徑優選為6 17微米。在上述良表面增強增韌聚酰胺6復合材料中，所述相容劑優選為馬來酸酐接枝的 乙烯-辛烯共聚物。在上述良表面增強增韌聚酰胺6復合材料中，所述助劑為潤滑劑、抗氧劑、耐候 劑、成核劑中的一種或幾種的混合物。潤滑劑的加入可以在制品和模具制件形成潤滑層，既 改善脫模性也提高了制件表面；成核劑的加入可以細化樹脂基體的晶粒，提高樹脂基體與 玻璃纖維表面的結合力；抗氧劑和耐候劑的加入可以在長期使用過程中降低材料的降解老 化，保持制件的良好表面。上述良表面增強增韌聚酰胺6復合材料的制備方法，采用熔融共混擠出工藝生 產，即采用有一個側向喂料口的擠出機，從主喂料口加入聚酰胺6樹脂、彈性體增韌劑和其 它添加劑，側喂料口加入短切玻璃纖維；熔融共混后，經冷卻、風干和造粒。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果(1)高粘聚酰胺6作為復合材料的基體，保證復合材料的性能；紡絲級聚酰胺6的 分子量偏低且分子量分布窄，可以提高復合材料的流動性以及穩定性。紡絲級聚酰胺6的 熱水可抽提物含量較低，低于0.6%，說明樹脂中殘留的低分子物質很少，在擠出機生產和 注塑機注塑過程中產生的小分子氣體也相應較低，從而達到表面高光澤的效果。因此，用不 同粘度和級別的聚酰胺6樹脂進行級配，提高流動性的同時保持了良好的機械性能，得到 的增強增韌聚酰胺6材料綜合性能優良；(2)經過馬來酸酐接枝的乙烯_辛烯共聚物包覆處理的玻璃纖維可以與聚酰胺6 的端氨基發生反應，增加樹脂在玻璃纖維的表面的包覆，并提高提高了玻纖表面和樹脂基 體的結合能力以及材料的各項力學性能；(3)由于玻璃纖維和樹脂的結合能力強，在成型過程中玻璃纖維向表面遷移的機 會減小，從而得到光滑的表面；本發明簡單易行，成本低廉，適用于大規模量產。
具體實施例方式以下結合實施例來進一步解釋本發明，但實施例并不對本發明做任何形式的限定。下述百分比為重量百分比。實施例1從主喂料口加入51. 7%粘度為2. 8的聚酰胺6樹脂、10%粘度為2. 0的紡絲級聚 酰胺6樹脂、7. 5%馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、0. 5%酚類抗氧劑和0. 3%長鏈羧酸鹽 類，從側喂料口加入30%經包覆處理的短切玻璃纖維。在雙螺桿擠出機中熔融共混后經冷 卻、風干、切粒成粒料。將粒料注塑成標準力學測試樣條和色板進行測試。
4
實施例2從主喂料口加入56. 7%粘度為2. 8的聚酰胺6樹脂、10%粘度為2. 0的紡絲級聚 酰胺6樹脂、7. 5%馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、0. 5%酚類抗氧劑和0. 3%長鏈羧酸鹽 類，從側喂料口加入25%經包覆處理的短切玻璃纖維。在雙螺桿擠出機中熔融共混后經冷 卻、風干、切粒成粒料。將粒料注塑成標準力學測試樣條和色板進行測試。實施例3從主喂料口加入37. 2%粘度為2. 8的聚酰胺6樹脂、20%粘度為2. 0的紡絲級聚 酰胺6樹脂、12%馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、0. 5%酚類抗氧劑和0. 3%長鏈羧酸鹽 類，從側喂料口加入30%經包覆處理的短切玻璃纖維。在雙螺桿擠出機中熔融共混后經冷 卻、風干、切粒成粒料。將粒料注塑成標準力學測試樣條和色板進行測試。實施例4從主喂料口加入41. 7%粘度為2. 8的聚酰胺6樹脂、20%粘度為2. 4的紡絲級聚 酰胺6樹脂、7. 5%馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、0. 5%酚類抗氧劑和0. 3%長鏈羧酸鹽 類，從側喂料口加入30%經包覆處理的短切玻璃纖維。在雙螺桿擠出機中熔融共混后經冷 卻、風干、切粒成粒料。將粒料注塑成標準力學測試樣條和色板進行測試。實施例5從主喂料口加入56. 7%粘度為2. 8的聚酰胺6樹脂、20%粘度為2. 0的紡絲級聚 酰胺6樹脂、7. 5%馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、0. 5%酚類抗氧劑和0. 3%長鏈羧酸鹽 類，從側喂料口加入15%經包覆處理的短切玻璃纖維。在雙螺桿擠出機中熔融共混后經冷 卻、風干、切粒成粒料。將粒料注塑成標準力學測試樣條和色板進行測試。實施例6從主喂料口加入52. 2%粘度為3. 0的聚酰胺6樹脂、20%粘度為2. 0的紡絲級聚 酰胺6樹脂、12%馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、0. 5%酚類抗氧劑和0. 3%長鏈羧酸鹽 類，從側喂料口加入15%經包覆處理的短切玻璃纖維。在雙螺桿擠出機中熔融共混后經冷 卻、風干、切粒成粒料。將粒料注塑成標準力學測試樣條和色板進行測試。實施例7從主喂料口加入27%粘度為2. 8的聚酰胺6樹脂、20%粘度為2. 0的紡絲級聚酰 胺6樹脂、2%馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、0.5%酚類抗氧劑和0.5%長鏈羧酸鹽類，從 側喂料口加入50%經包覆處理的短切玻璃纖維。在雙螺桿擠出機中熔融共混后經冷卻、風 干、切粒成粒料。將粒料注塑成標準力學測試樣條和色板進行測試。實施例8從主喂料口加入67. 2%粘度為3. 0的聚酰胺6樹脂、20%粘度為2. 0的紡絲級聚 酰胺6樹脂、2%馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、0. 5%酚類抗氧劑和0. 3%長鏈羧酸鹽類， 從側喂料口加入10%經包覆處理的短切玻璃纖維。在雙螺桿擠出機中熔融共混后經冷卻、 風干、切粒成粒料。將粒料注塑成標準力學測試樣條和色板進行測試。比較例1將實施例1中的粘度為2. 8的聚酰胺樹6脂等量替換成粘度為2. 0的聚酰胺6樹 脂，在其它不變的前提下采用相同工藝方法制備增強增韌聚酰胺6顆粒料，然后注塑成標 準力學測試樣條和色板進行測試。
比較例2將實施例1中的粘度為2. 0的紡絲級聚酰胺6樹脂等量替換成粘度為2. 5，熱水可 抽提物含量為0.7%的聚酰胺6樹脂，馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物添加到12%。在其 它不變的前提下采用相同工藝方法制備增強增韌聚酰胺6顆粒料，然后注塑成標準力學測 試樣條和色板進行測試。比較例3將實施例4中的粘度為2. 4的紡絲級聚酰胺6樹脂等量替換成為粘度為2. 4，熱水 可抽提物含量為0. 8%的聚酰胺6樹脂。在其它不變的前提下采用相同工藝方法制備增強 增韌聚酰胺6顆粒料，然后注塑成標準力學測試樣條和色板進行測試。比較例4將實施例1中的經馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物包覆處理的短切玻璃纖維換成 未經處理的短切玻璃纖維，在其它不變的前提下采用相同工藝方法制備增強增韌聚酰胺6 顆粒料，然后注塑成標準力學測試樣條和色板進行測試。比較例5將實施例3中的經馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物包覆處理的短切玻璃纖維換成 硅烷偶聯劑KH550處理的短切玻璃纖維，在其它不變的前提下采用相同工藝方法制備增強 增韌聚酰胺6顆粒料，然后注塑成標準力學測試樣條和色板進行測試。比較例6將實施例1中的長鏈羧酸鹽去掉，在其它不變的前提下采用相同工藝方法制備增 強增韌聚酰胺6顆粒料，然后注塑成標準力學測試樣條和色板進行測試。性能評價標準和指標拉伸性能按ISO 527-2進行測試，拉伸速率為lOmm/min。彎曲性能按ISO 178進 行測試，彎曲速度為2mm/min。懸臂梁沖擊性能按照ISO 180進行測試。熔體流動指數根 據ISO 1133進行測試，溫度選用260°C，砝碼為2. 16KG。表面光滑情況根據同等注塑條件 制成的色板，按照GB 8807測定60°角的鏡面光澤度。從實施例1與比較例1對比，全部選用粘度較低(粘度2.0)的樹脂，力學性能尤 其是低溫沖擊性能下降明顯。從實施例1與比較例2對比，以及實施例4與比較例3對比 看出，將紡絲級聚酰胺6樹脂換成熱水可抽提物含量大于0. 6%的聚酰胺6樹脂，材料的表 面光澤度下降明顯。從實施例1與比較例4對比，實施例1的力學性能，包括強度和韌性都比比較例3 要高，這說明經過馬來酸酐接枝處理的短切玻璃纖維與樹脂基體的結合能力更強。經過相 容劑包覆處理的玻璃纖維還有一定的增粘效果，導致實施例1的流動性降低，因此這也需 要添加低粘度的紡絲級聚酰胺6樹脂調整材料的流動性。實施例3與比較例5對比，玻纖 如果換成硅烷偶聯劑處理后，材料性能降低明顯，且表面浮纖明顯，光澤度明顯降低。從實施例1與比較例6對比，去掉其他添加劑后，材料流動性降低明顯，且表面浮 纖嚴重。從實施例1到8來看，玻璃纖維和增韌劑的含量越高，表面越差；紡絲級聚酰胺6 樹脂的粘度越低，比例越高，材料的表面就越好。總體來看，實施例1到8的表面光澤度一般 在50以上，而比較例的光澤度大部分在50以下。因此根據不同的力學性能要求可以通過本發明進行配方的復配和調整，做出表面光滑且力學性能優良的增強增韌聚酰胺6材料。本發明以不同粘度和級別的聚酰胺6樹脂進行級配，通過添加包覆處理的短切玻 璃纖維，提高了玻璃纖維與樹脂基體的界面強度，從而獲得良表面增強增韌聚酰胺6復合 材料。表1列出了上述所有實施例及比較例的試樣測試結果。
權利要求
一種聚酰胺6復合材料，其特征在于由如下重量百分數的組分組成高粘聚酰胺6樹脂 27～80％；紡絲級聚酰胺6樹脂 5～20％；彈性體增韌劑 2～15％；玻璃纖維 5～60％；助劑 0.5～5％。
2.根據權利要求1所述的聚酰胺6復合材料，其特征在于所述高粘聚酰胺6樹脂粘度 范圍為2. 6 3. 4。
3.根據權利要求1所述的聚酰胺6復合材料，其特征在于所述紡絲級聚酰胺6樹脂，其 粘度范圍為1. 8 2. 6，熱水可萃取物含量在0. 6%以下。
4.根據權利要求1所述的聚酰胺6復合材料，其特征在于所述彈性體增韌劑為馬來酸 酐接枝的乙烯-辛烯共聚物。
5.根據權利要求1所述的聚酰胺6復合材料，其特征在于所述玻璃纖維為相容劑包覆 處理的短切玻璃纖維。
6.根據權利要求5所述的聚酰胺6復合材料，其特征在于所述短纖玻璃纖維為無堿玻 璃，玻璃纖維的直徑為6 17微米。
7.根據權利要求5所述的聚酰胺6復合材料，其特征在于所述相容劑為馬來酸酐接枝 的乙烯-辛烯共聚物。
8.根據權利要求1所述的聚酰胺6復合材料，其特征在于所述助劑為潤滑劑、抗氧劑、 耐候劑、成核劑中的一種或幾種的混合物。
9.權利要求1所述的聚酰胺6復合材料的制備方法，其特征在于按如下步驟制備采 用有一個側向喂料口的擠出機，從主喂料口加入聚酰胺6樹脂、彈性體增韌劑和添加劑，側 喂料口加入玻璃纖維；熔融共混后，經冷卻、風干和造粒。
全文摘要
本發明公開了一種良表面增強增韌聚酰胺6復合材料及其制備方法，包括高粘聚酰胺6樹脂27～80％；紡絲級聚酰胺6樹脂5～20％；彈性體增韌劑2～15％；玻璃纖維5～60％；助劑0.5～5％。高粘聚酰胺6樹脂作為基體，保證復合材料的性能；紡絲級聚酰胺6樹脂作為流動性改進劑，可以提高復合材料的流動性，同時降低小分子氣體的含量，提高表面光澤；經過馬來酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物包覆處理的玻璃纖維可以與聚酰胺6樹脂的端氨基發生反應，增加樹脂在玻璃纖維的表面的包覆，并提高玻纖表面和樹脂基體的結合能力以及材料各項力學性能；由于玻璃纖維和樹脂的結合能力強，在成型過程中玻璃纖維向表面遷移機會減小，從而得到光滑的表面。
文檔編號C08L77/02GK101983988SQ20101054346
公開日2011年3月9日 申請日期2010年11月11日 優先權日2010年11月11日
發明者劉奇祥, 姜蘇俊, 孫雅杰, 梁惠強, 鄭一泉, 陳大華 申請人:金發科技股份有限公司;上海金發科技發展有限公司