專利名稱：一種玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法
一種玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法本發(fā)明涉及高分子材料，尤其涉及一種玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法。 [背景技術(shù)]塑料焊接技術(shù)具有低成本、高速度、加工方便、實(shí)現(xiàn)精密數(shù)控容易、原材料適用范 圍廣、接合性和工藝性好等綜合優(yōu)勢(shì)，隨著塑料焊接工藝研究和塑料焊接設(shè)備的逐步商品 化，塑料焊接的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，技術(shù)越來(lái)越成熟。其焊接產(chǎn)品也將很快走進(jìn)我們?nèi)粘Ｉ?的方方面面。目前市場(chǎng)上較為多見(jiàn)的是超聲波焊接和高頻焊接。他們的基本原理是超聲波動(dòng)能 或高頻電場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)變成可以使塑料熔融的熱能，通過(guò)上焊件能量傳送到焊區(qū)。超聲波焊 接由于焊區(qū)即兩個(gè)焊接的交界面處聲阻大，因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫。又由于塑料導(dǎo)熱性差， 一時(shí)還不能及時(shí)散發(fā)，聚集在焊區(qū)，致使兩個(gè)塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使 其融合成一體。當(dāng)超聲波或高頻電場(chǎng)停止作用后，讓壓力持續(xù)，有些許保壓時(shí)間，使其凝固 成型，這樣就形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈，達(dá)到焊接的目的。PC，ABS等非結(jié)晶性材料，由于有明 顯較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，只需要吸收一定的能量，便可到達(dá)高彈態(tài)至熔融，實(shí)現(xiàn)良好的焊 接。玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，作為改性工程塑料的重要品種，由于其優(yōu)異綜合 性能，廣泛應(yīng)用于日用消費(fèi)品，電子電氣，汽車工業(yè)，交通運(yùn)輸，建筑業(yè)等領(lǐng)域中。但是，在現(xiàn) 有技術(shù)中，對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺材料的焊接非常困難，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)焊接。這是因?yàn)榫埘?胺屬于高熔點(diǎn)高結(jié)晶性材料，由于越過(guò)結(jié)晶區(qū)需要能吸收很高的能量(高熔化熱)才能使 材料從結(jié)晶狀態(tài)變?yōu)檎沉鳡顟B(tài)，以實(shí)現(xiàn)焊接。而且玻纖增強(qiáng)或含有其他無(wú)機(jī)填充的聚合物， 填充物容易浮出在材料表面，減少了焊接界面聚合物的焊接面積，也會(huì)大大降低材料的焊 接強(qiáng)度。因此，如何實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)聚酰胺材料的可焊接性，提高焊接強(qiáng)度，以擴(kuò)展其在各種民用 工業(yè)中的應(yīng)用范圍，成為目前亟待解決的問(wèn)題。本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種焊接強(qiáng)度高的玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料及 其制備方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材 料，按重量百分比由以下組分組成聚酰胺43 93%玻璃纖維5 50%降結(jié)晶劑0.5 3%相容劑0.3 1%抗浮纖劑0.2 2%其他助劑0. 5 2%。
所述聚酰胺為己內(nèi)酰胺或聚己二酸己二酰胺或聚己內(nèi)酰胺與聚己二酸己二酰胺 的混合物。所述玻璃纖維為無(wú)堿短切玻璃纖維。所述降結(jié)晶劑為苯磺酰胺類有機(jī)化合物。所述相容劑為有機(jī)硅烷耦聯(lián)劑與增效劑的混合物。所述相容劑為為質(zhì)量比80 %的Y _縮水甘油醚氧丙基三甲基硅烷與20 %的苯胺 甲基三乙氧基硅烷的混合物。所述抗浮纖劑為羥基改性乙撐雙硬脂酸酰胺。所述其他助劑包括抗氧劑、潤(rùn)滑劑、熱穩(wěn)定劑、抗紫外劑、著色劑中的一種或多種。以上所述的玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，按重量百分比可以由以下組分組成聚酰胺64 ^ 68%
玻璃纖維28 ^ 32%
降結(jié)晶劑1. 5 ‘ 2. 5%
相容劑0. 4 ‘ 0. 6%
抗浮纖劑0. 4 ‘ 0. 6%
其他助劑0. 5 ‘-1. 5%0—種上述玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料制備方法的技術(shù)方案是，包括以下步驟①按上述重量百分比稱取原料；②把聚酰胺、降結(jié)晶劑、相容劑，抗浮纖劑及其他助劑加入高速混合機(jī)混合均勻；③將步驟②中得到的混合物置于雙螺桿機(jī)中，玻璃纖維從二區(qū)側(cè)喂料口加入，經(jīng) 熔融擠出，造粒，螺桿長(zhǎng)徑比為28 44，工藝條件為一區(qū)溫度220 250°C，二區(qū)溫度 230 280°C，三區(qū)溫度220 275°C，四區(qū)溫度230 280°C，機(jī)頭溫度為235 290°C，料 筒停留時(shí)間為1 2分鐘，熔體壓力10 20MPa。本發(fā)明所制備的玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，與常規(guī)制備的玻纖增強(qiáng)聚酰胺材料相 比，具有優(yōu)異的焊接強(qiáng)度，能滿足電子電器，汽車工業(yè)，交通運(yùn)輸，建筑業(yè)，生活日用品等行 業(yè)對(duì)高焊接強(qiáng)度聚酰胺材料的使用要求，并且成本低廉，加工工藝方便簡(jiǎn)單，具有廣闊的應(yīng) 用前景。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明在本發(fā)明的聚酰胺復(fù)合材料中，PA6為相對(duì)粘度2. 8的中粘樹(shù)脂，為新會(huì)美達(dá)錦綸 股份有限公司產(chǎn)品，商品牌號(hào)為M2800 ；PA66為粘度2. 7的中粘樹(shù)脂，為法國(guó)羅地亞公司產(chǎn) 品，商品牌號(hào)為27AE1 ；玻璃纖維為無(wú)堿短切玻璃纖維，為PPG公司生產(chǎn)，商品牌號(hào)3540 ；降 結(jié)晶劑為鄰甲苯磺酰胺，或N-乙基-對(duì)甲基苯磺酰胺，或N-環(huán)己基-對(duì)甲基苯磺酰胺等， 同為美國(guó)孟山都公司產(chǎn)品；相容劑為臺(tái)灣高展公司產(chǎn)品，為質(zhì)量比80%的縮水甘油醚 氧丙基三甲基硅烷與20%的苯胺甲基三乙氧基硅烷的混合物，商品牌號(hào)為K0-311 ；抗浮纖 劑為羥基改性乙撐雙硬脂酸酰胺，蘇州興泰國(guó)光公司產(chǎn)品，商品牌號(hào)為T(mén)AF ；其他助劑為抗 氧劑，潤(rùn)滑劑，熱穩(wěn)定劑，抗紫外劑，著色劑等，均為市售。實(shí)施例1將重量百分比66 %的PA6，2 %的N_乙基-對(duì)甲基苯磺酰胺，0. 5 %的
41(0-311，0.5%的14 ，1%的其他助劑，放入攪拌桶中進(jìn)行充分混合15分鐘后，將已混合 好的物料放入雙螺桿擠出機(jī)中熔融混煉，擠出，造粒，30%的玻璃纖維從側(cè)喂加入，雙螺 桿擠出機(jī)的螺桿直徑為35mm，螺桿長(zhǎng)度與直徑的比例設(shè)定為32，擠出溫度分別為一區(qū)溫 度230 V，二區(qū)溫度240 V，三區(qū)溫度220 V，四區(qū)溫度230 V，機(jī)頭溫度245 °C，停留時(shí)間 l_2min，壓力為 ISMPa。實(shí)施例2將重量百分比66 %的PA66，2 %的N_乙基-對(duì)甲基苯磺酰胺，0. 5 % 的K0-311，0. 5%的TAF，的其他助劑，放入攪拌桶中進(jìn)行充分混合20分鐘后，將已混 合好的物料放入雙螺桿擠出機(jī)中熔融混煉，擠出，造粒，30 %的玻璃纖維從側(cè)喂加入，雙螺 桿擠出機(jī)的螺桿直徑為35mm，螺桿長(zhǎng)度與直徑的比例設(shè)定為40，擠出溫度分別為一區(qū)溫 度250 V，二區(qū)溫度270 V，三區(qū)溫度260 V，四區(qū)溫度270 V，機(jī)頭溫度275 °C，停留時(shí)間 l_2min，壓力為 llPa。實(shí)施例3將重量百分比33 %的PA6，33 %的PA66，2 %的N_乙基-對(duì)甲基苯磺酰胺， 0. 5%的K0-311，0. 5%的TAF，的其他助劑，放入攪拌桶中進(jìn)行充分混合20分鐘后，將 已混合好的物料放入雙螺桿擠出機(jī)中熔融混煉，擠出，造粒，30%的玻璃纖維從側(cè)喂加入， 雙螺桿擠出機(jī)的螺桿直徑為35mm，螺桿長(zhǎng)度與直徑的比例設(shè)定為36，擠出溫度分別為一區(qū) 溫度240 V，二區(qū)溫度260 V，三區(qū)溫度250 V，四區(qū)溫度260 V，機(jī)頭溫度265 °C，停留時(shí)間 l_2min，壓力為 l6MPa。實(shí)施例4將重量百分比33 %的PA6，33 %的PA66，2 %的N_乙基-對(duì)甲基苯磺酰胺， 0. 5%的K0-311，0. 5%的TAF，的其他助劑，放入攪拌桶中進(jìn)行充分混合20分鐘后，將 已混合好的物料放入雙螺桿擠出機(jī)中熔融混煉，擠出，造粒，30%的玻璃纖維從側(cè)喂加入， 雙螺桿擠出機(jī)的螺桿直徑為35mm，螺桿長(zhǎng)度與直徑的比例設(shè)定為28，擠出溫度分別為一區(qū) 溫度240°C，二區(qū)溫度250°C，三區(qū)溫度250°C，四區(qū)溫度260°C，機(jī)頭溫度265°C，停留時(shí)間 l_2min，壓力為 ISMPa。實(shí)施例5將重量百分比43 %的PA6，42 %的PA66，2 %的N_乙基-對(duì)甲基苯磺酰胺， 0. 5%的K0-311，0. 5%的TAF，的其他助劑，放入攪拌桶中進(jìn)行充分混合20分鐘后，將 已混合好的物料放入雙螺桿擠出機(jī)中熔融混煉，擠出，造粒，15%的玻璃纖維從側(cè)喂加入， 雙螺桿擠出機(jī)的螺桿直徑為35mm，螺桿長(zhǎng)度與直徑的比例設(shè)定為40，擠出溫度分別為一區(qū) 溫度235 V，二區(qū)溫度250 V，三區(qū)溫度245 V，四區(qū)溫度240 V，機(jī)頭溫度260 °C，停留時(shí)間 l_2min，壓力為 llPa。實(shí)施例6將重量百分比26 %的PA6，25 %的PA66，2 %的N_乙基-對(duì)甲基苯磺酰胺， 0. 5%的K0-311，0. 5%的TAF，的其他助劑，放入攪拌桶中進(jìn)行充分混合20分鐘后，將 已混合好的物料放入雙螺桿擠出機(jī)中熔融混煉，擠出，造粒，45%的玻璃纖維從側(cè)喂加入， 雙螺桿擠出機(jī)的螺桿直徑為35mm，螺桿長(zhǎng)度與直徑的比例設(shè)定為32，擠出溫度分別為一區(qū) 溫度240°C，二區(qū)溫度260°C，三區(qū)溫度250°C，四區(qū)溫度260°C，機(jī)頭溫度265°C，停留時(shí)間 l-2min，壓力為 17MPa。對(duì)比例1將重量百分比35%的PA6，34%的PA66，1 %的其他助劑，放入攪拌桶中進(jìn) 行充分混合20分鐘后，將已混合好的物料放入雙螺桿擠出機(jī)中熔融混煉，擠出，造粒，30% 的玻璃纖維從側(cè)喂加入，雙螺桿擠出機(jī)的螺桿直徑為35mm，螺桿長(zhǎng)度與直徑的比例設(shè)定為 36，擠出溫度分別為一區(qū)溫度240°C，二區(qū)溫度260°C，三區(qū)溫度250°C，四區(qū)溫度260°C，機(jī)頭溫度265°C，停留時(shí)間l_2min，壓力為16MPa。對(duì)比例2將重量百分比42%的PA6，42%的PA66，1 %的其他助劑，放入攪拌桶中進(jìn) 行充分混合20分鐘后，將已混合好的物料放入雙螺桿擠出機(jī)中熔融混煉，擠出，造粒，15% 的玻璃纖維從側(cè)喂加入，雙螺桿擠出機(jī)的螺桿直徑為35mm，螺桿長(zhǎng)度與直徑的比例設(shè)定為 36，擠出溫度分別為一區(qū)溫度240°C，二區(qū)溫度260°C，三區(qū)溫度250°C，四區(qū)溫度260°C，機(jī) 頭溫度265°C，停留時(shí)間l_2min，壓力為16MPa。對(duì)比例3將重量百分比22%的PA6，重量百分比22%的PA66，1 %的其他助劑，放 入攪拌桶中進(jìn)行充分混合20分鐘后，將已混合好的物料放入雙螺桿擠出機(jī)中熔融混煉，擠 出，造粒，45 %的玻璃纖維從側(cè)喂加入，雙螺桿擠出機(jī)的螺桿直徑為35mm，螺桿長(zhǎng)度與直徑 的比例設(shè)定為36，擠出溫度分別為一區(qū)溫度240°C，二區(qū)溫度260°C，三區(qū)溫度250°C，四區(qū) 溫度260°C，機(jī)頭溫度265°C，停留時(shí)間l_2min，壓力為16MPa。將前6個(gè)實(shí)施例與3個(gè)對(duì)比例所制得的聚酰胺復(fù)合材料進(jìn)行測(cè)試，其性能評(píng)價(jià)方 式及實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)為將完成造粒的材料在100°C的鼓風(fēng)烘箱中干燥3-6小時(shí)，然后將干燥好的材料在 注射成型機(jī)上進(jìn)行注射成型制樣，注射成型模溫控制在100°C。拉伸強(qiáng)度測(cè)試按ASTM D638 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試樣尺寸為180X12.7X3. 2mm，拉伸速度為50mm/min ；彎曲性能測(cè)試按ASTM D790標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試樣尺寸為128X13X3. 2，彎曲速度為3mm/min，跨距為64mm ；懸臂梁沖擊 強(qiáng)度按ASTM D256標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試樣尺寸為63. 5X12.7X4. 2mm，缺口尺寸為試樣厚度的五分 之一。熱變型溫度測(cè)試按ASTM D648標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試樣尺寸為128 X 13 X 6. 4mm。焊接拉伸 強(qiáng)度測(cè)試按ASTM C1147-2001標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試樣尺寸為150X12. 7 X 2mm，焊接距離為1. 5mm。實(shí)施例和對(duì)比例的綜合力學(xué)性能通過(guò)測(cè)試所得的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彎曲強(qiáng) 度、彎曲模量、沖擊強(qiáng)度熱變型溫度及焊接拉伸強(qiáng)度的數(shù)值進(jìn)行評(píng)判，結(jié)果如表1和表2所
7J\ o表1 實(shí)施例配方及材料性能表
6 表2 對(duì)比例配方及材料性能表 從實(shí)施例1 3看，在同等玻璃纖維含量的條件下，PA6的焊接拉伸強(qiáng)度要比PA66 要高，這是因?yàn)镻A6的熔點(diǎn)和結(jié)晶度要比PA66要低，焊接所需要吸收的能量較少，所以焊接 性能較佳；從實(shí)施例3 4看，同等玻璃纖維含量條件下，增加降結(jié)晶劑會(huì)提高材料的焊接 拉伸強(qiáng)度，但會(huì)使材料的總體機(jī)械性能下降，降結(jié)晶劑的最佳添加量為2% ；從實(shí)施例4 6看，當(dāng)玻璃纖維含量較低(15%)的時(shí)候，材料的總體機(jī)械強(qiáng)度不高，造成焊接拉伸強(qiáng)度也 較低，當(dāng)玻璃纖維含量較高(45%)的時(shí)候，材料的總體機(jī)械強(qiáng)度很高，但是由于填充量太 大，降低了材料的焊接面積，造成焊接拉伸強(qiáng)度偏低，而玻璃纖維含量適中(30%)的時(shí)候， 材料有較高的機(jī)械強(qiáng)度和焊接拉伸強(qiáng)度。從實(shí)施例3，5，6與對(duì)比例1 3看，在玻纖纖維含量相同的條件下，未添加降結(jié)晶 劑，相容劑和抗浮纖劑的材料，雖然物性機(jī)械性能較優(yōu)，但是焊接拉伸強(qiáng)度很低，難以達(dá)到 市場(chǎng)上焊接材料的使用要求。由此可見(jiàn)，降結(jié)晶劑N-乙基-對(duì)甲基苯磺酰胺能有效地提高 材料的焊接拉伸強(qiáng)度，降結(jié)晶劑與增強(qiáng)增韌相容劑K0-311，抗浮纖劑TAF配合使用，能彌補(bǔ) 結(jié)晶度降低和玻纖外露帶來(lái)的負(fù)面效果。當(dāng)玻璃纖維含量為30%，降結(jié)晶劑為2%，相容劑 0. 5%，抗浮纖劑0. 5%，材料有良好的機(jī)械性能及優(yōu)異的焊接性能。本發(fā)明所制備的玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，與常規(guī)制備的玻纖增強(qiáng)聚酰胺材料相 比，具有優(yōu)異的焊接強(qiáng)度，能滿足電子電器，汽車工業(yè)，交通運(yùn)輸，建筑業(yè)，生活日用品等行 業(yè)對(duì)高焊接強(qiáng)度聚酰胺材料的使用要求，并且成本低廉，加工工藝方便簡(jiǎn)單，具有廣闊的應(yīng) 用前景。以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng) 用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理 解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā) 明的限制。
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權(quán)利要求
一種玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，按重量百分比由以下組分組成聚酰胺 43～93％玻璃纖維5～50％降結(jié)晶劑0.5～3％相容劑 0.3～1％抗浮纖劑0.2～2％其他助劑0.5～2％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述聚酰胺為己內(nèi) 酰胺或聚己二酸己二酰胺或聚己內(nèi)酰胺與聚己二酸己二酰胺的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述玻璃纖維為無(wú) 堿短切玻璃纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述降結(jié)晶劑為苯 磺酰胺類有機(jī)化合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述相容劑為有機(jī) 硅烷耦聯(lián)劑與增效劑的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述相容劑為為質(zhì) 量比80%的縮水甘油醚氧丙基三甲基硅烷與20%的苯胺甲基三乙氧基硅烷的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述抗浮纖劑為羥 基改性乙撐雙硬脂酸酰胺。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述其他助劑包括 抗氧劑、潤(rùn)滑劑、熱穩(wěn)定劑、抗紫外劑、著色劑中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，按重量百分比由以 下組分組成聚酰胺64 68%玻璃纖維28 32%降結(jié)晶劑1.5 2. 5%相容劑0.4 0.6%抗浮纖劑0.4 0.6%其他助劑0.5 1.5%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以 下步驟①按權(quán)利要求1的重量百分比稱取原料；②把聚酰胺、降結(jié)晶劑、相容劑，抗浮纖劑及其他助劑加入高速混合機(jī)混合均勻；③將步驟②中得到的混合物置于雙螺桿機(jī)中，玻璃纖維從二區(qū)側(cè)喂料口加入，經(jīng)熔融 擠出，造粒，螺桿長(zhǎng)徑比為28 44，工藝條件為一區(qū)溫度220 250°C，二區(qū)溫度230 280°C，三區(qū)溫度220 275°C，四區(qū)溫度230 280°C，機(jī)頭溫度為235 290°C，料筒停留 時(shí)間為1 2分鐘，熔體壓力10 20MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明的玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，按重量百分比由以下組分組成聚酰胺0.5～3％，相容劑0.3～1％，抗浮纖劑0.2～2％，其他助劑0.5～2％。本發(fā)明所制備的玻纖增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料，與常規(guī)制備的玻纖增強(qiáng)聚酰胺材料相比，具有優(yōu)異的焊接強(qiáng)度，能滿足電子電器，汽車工業(yè)，交通運(yùn)輸，建筑業(yè)，生活日用品等行業(yè)對(duì)高焊接強(qiáng)度聚酰胺材料的使用要求，并且成本低廉，加工工藝方便簡(jiǎn)單，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C08K7/14GK101880456SQ20101022787
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者徐東, 徐永, 楊海靈 申請(qǐng)人:深圳市科聚新材料有限公司