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(jì)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(duì)配方及各組分含量的合理篩選，得到一種具有較高的機(jī)械強(qiáng)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(dá)到高的缺口沖擊強(qiáng)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(jià)格低廉，因此塑膠替代金屬成為制造業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。雖然很多場(chǎng)合下塑料代替金屬的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)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(shí)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(yàn)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(jià)格昂貴，僅限于軍事用途，同時(shí)金屬粉填充塑料的機(jī)械強(qiáng)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(jī)械強(qiáng)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(shí)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(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行混合，所得尼龍復(fù)合材料才能同時(shí)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)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(shí)滿足上述機(jī)械性能、韌性、表面性能同時(shí)達(dá)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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?jī)?yōu)選為3~10% ;此時(shí)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(duì)粘度(相對(duì)粘度根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IS0307測(cè)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(jìn)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(shí)，要得到高密度的尼龍復(fù)合物，勢(shì)必需要添加較大量的金屬粉末，過量的金屬粉末的加入，會(huì)對(duì)復(fù)合物的機(jī)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(jìn)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(rùn)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?；?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(rùn)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(shí)；
[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(jī)，進(jìn)行加工，在雙螺桿擠出機(jī)的第三區(qū)加入玻璃纖維，加工工藝如下:雙螺桿擠出機(jī)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(jī)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(duì)配方及各組分含量的合理篩選，得到一種具有較高的機(jī)械強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)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(qiáng)度可以在60MPa以上，彎曲強(qiáng)度在90MPa以上，缺口沖擊強(qiáng)度在4KJ/m2以上，密度在1.5g/cm3，表面光滑度至少能達(dá)到3級(jí)，普遍在I或2級(jí)；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(dá)到高的缺口沖擊強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0087]下面結(jié)合一些【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明尼龍復(fù)合材料及其制備方法做進(jìn)一步描述。具體實(shí)施例為進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，非限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0088]本發(fā)明的實(shí)施例采用以下原料:
[0089]普通尼龍-1:PA6，廣東新會(huì)美達(dá)-DSM，數(shù)均分子量10000，相對(duì)粘度2.0dL/g;
[0090]普通尼龍-2:PA66，美國(guó)Ascend，數(shù)均分子量20000，相對(duì)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(duì)粘度2.1dL/g；
[0092]普通尼龍-4:PA6，廣東新會(huì)美達(dá)-DSM，數(shù)均分子量9000，相對(duì)粘度1.9dL/g;
[0093]普通尼龍-5:PA6，廣東新會(huì)美達(dá)-DSM，數(shù)均分子量25000，相對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(xì)鋅粉，類圓形，直徑200nm ;
[0102]超細(xì)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(rùn)滑劑:季戊四醇硬脂酸酯；
[0108]黑色顏料:苯胺黑。
[0109]實(shí)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(jìn)行表面處理的金屬粉。
[0110]材料性能測(cè)試方法:
[0111](I)拉伸強(qiáng)度:GB/T 1040標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。拉伸速度為10mm/min ；
[0112](2)彎曲強(qiáng)度、彎曲模量及撓度按GB 9341/T標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，彎曲速度為2mm/min ；(不需要補(bǔ)充)
[0113](3)缺口沖擊 強(qiáng)度按GB/T 2571標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。缺口類型為A類，小試樣；
[0114](4)無缺口沖擊強(qiáng)度按GB/T2571標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。樣條為小試樣；
[0115](5)密度測(cè)試按GB/T1033進(jìn)行檢驗(yàn)。
[0116](6)表面光滑度測(cè)試如下:分別注塑三塊IOOmmX IOOmmX 3mm的方板，肉眼觀測(cè)可見的凹凸點(diǎn)，并記錄其個(gè)數(shù)，按三塊方板凹凸點(diǎn)之和多少對(duì)材料的表面光滑度進(jìn)行評(píng)級(jí)，評(píng)級(jí)如下:
[0117]I級(jí)-表面光滑如鏡面、凹凸點(diǎn)小于5個(gè)；
[0118]2級(jí)-表面光滑如鏡面、凹凸點(diǎn)為6~10個(gè)；
[0119]3級(jí)-表面光滑、凹凸點(diǎn)為11~20個(gè)；
[0120]4級(jí)-表面光滑、凹凸點(diǎn)為30個(gè)；
[0121]5級(jí)-表面一般、凹凸點(diǎn)為31~40個(gè)；
[0122]6級(jí)-表面一般、凹凸點(diǎn)為4廣50個(gè)；
[0123]7級(jí)-表面粗糙、凹凸點(diǎn)為60-80個(gè)；
[0124]8級(jí)-表面極其粗糙、凹凸點(diǎn)大于80個(gè)；
[0125]實(shí)施例中，所用的尼龍均經(jīng)過在120°C下進(jìn)行真空干燥4小時(shí)的處理。
[0126]以下以具體實(shí)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(duì)產(chǎn)品的性能影響不大，對(duì)于其它常見的助劑不一一舉例。
[0128]實(shí)施例1~8
[0129]通過如下制備方法，制備實(shí)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(xì)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(jī)，進(jìn)行加工，加工工藝如下:雙螺桿擠出機(jī)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(jī)頭溫度20(T350°C，壓力為12Mpa。制備得到實(shí)施例1的尼龍復(fù)合材料。[0131]參照表1記載的份量，按照實(shí)施例1的制備方法，制備實(shí)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(jì)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(jì)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(xiàng)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(duì)粘度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IS0307測(cè)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(shí)；(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(jī)，進(jìn)行加工，在雙螺桿擠出機(jī)的第三區(qū)加入玻璃纖維，加工工藝如下：雙螺桿擠出機(jī)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(jī)頭溫度 200-350°C，壓力為 12~18Mpa。
10.權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)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(hào)】C08L77/00GK103834160SQ201210485053
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)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(qiáng), 金雪峰, 孫東海, 孫雅杰, 陳大華 申請(qǐng)人:金發(fā)科技股份有限公司, 天津金發(fā)新材料有限公司