一种注塑级聚酰胺复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种注塑级聚酰胺复合材料及其制备方法，属于材料【技术领域】。本发明选择普通玻璃纤维作为聚酰胺材料的增强剂，在不影响产品力学性能的基础上，提高产品的表观，降低产品的翘曲变形，通过加入偶联剂、润滑剂、矿物提高聚酰胺材料和玻璃纤维结合性，加强玻璃纤维在聚酰胺材料中的分散，使玻璃纤维不容易裸露在表面，具有较好的表面；加入成核剂提高结晶速度，结晶温度，减少后收缩，降低翘曲变形。本发明采用模拟软件MOLDFLOW对材料反应在制件上的翘曲变形进行评估，更有利于材料的开发。降低尼龙树脂的用量，增加价格更为低廉的矿物和玻纤的用量，降低材料成本的同时不损失材料的各项性能尤其是注塑出制件的表观和翘曲。
【专利说明】一种注塑级聚酰胺复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种复合材料及其制备方法，尤其是一种注塑级聚酰胺复合材料及其 制备方法，属于材料【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 在汽车领域，汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升；汽车 重量降低1 %，油耗可降低〇. 7 %。由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽 车发展的潮流。当前最主要的轻量化措施就是采用轻质材料，塑料的密度较低，因此成为汽 车轻量化的首选用材，从现代汽车使用的材料看，无论是外装饰件、内装饰件，还是功能与 结构件，到处都可以看到塑料制件的影子。外装饰件的应用特点是"以塑代钢"，减轻汽车自 重，主要部件有保险杠、挡泥板、车轮罩、导流板等；内装饰件的主要部件有仪表板、车门内 板、副仪表板、杂物箱盖、坐椅、后护板等；功能与结构件主要有油箱、散热器水室、空气过滤 器罩、风扇叶片等。聚酰胺复合材料在汽车功能件领域使用最为广泛，聚酰胺复合材料除了 要满足综合性能外，制件的外观和装配也受到了越来越多的关注。目前，获得聚酰胺复合材 料的方法是通过向树脂中添加普通玻纤和矿物及其他塑料添加剂，共混熔融造粒。这样简 单获得的复合材料，在性能方面可以达到大多数制件的要求，但注塑出来的制件的表观很 差，同时易发生翘曲变形。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是：针对以上技术存在的缺点，提出一种高表观，低翘 曲注塑级聚酰胺复合材料及其制备方法，使通过该复合材料注塑出的产品具有较好的综合 性能和良好的外观。在配方设计之初，采用了 moldflow分析技术模拟注塑制品的翘曲变形 量进行指导。
[0004] 本发明由以下技术方案解决技术问题：一种注塑级聚酰胺复合材料，由以下重量 百分比的组分制得：
[0005] 聚酰胺 30% - 85% 玻璃纤维 10% -40% 矿物 5%-30% 成核剂 0. 05°/。-0. 5% 润滑剂 〇. 1%-3% 偶联剂 0. 1%-0. 5% 抗氧剂 0. 1%- 1%， 黑色母 0. 5% - 3%,以上各组分之和为100%。
[0006] 本发明选择价格相对低廉的普通玻璃纤维作为聚酰胺材料的增强剂，玻璃纤维填 充聚酰胺材料具有优异的刚度和韧性，但是由于玻璃纤维颜色泛白，用做深色产品时，表面 能看到一层玻璃纤维，影响美观；同时由于玻纤填充材料的纵向和横向的收缩率差异较大， 大件产品容易发生翘曲变形，影响产品的后期装配。本发明的目的是在不影响产品力学性 能的基础上，提高产品的表观，降低产品的翘曲变形。主要是通过加入偶联剂、润滑剂、矿物 提高聚酰胺材料和玻璃纤维结合性，加强玻璃纤维在聚酰胺材料中的分散，这样玻璃纤维 不容易裸露在表面，具有较好的表面；加入成核剂提高结晶速度，结晶温度，减少后收缩，降 低翘曲变形。所得产品具有高表观，低翘曲的特点。
[0007] 为保证上述特点，本发明具体的技术方案是：
[0008] 所述聚酰胺为耐热聚酰胺，是PA6或P66中的至少一种。
[0009] 所述玻璃纤维是纤维直径为7 μ m-13 μ m的短切纤维或者连续纤维中的至少一 种。
[0010] 所述矿物是玻璃微珠、滑石粉、碳酸钙、云母或者硫酸钡中的至少一种。
[0011] 所述成核剂是低分子离聚物、次磷酸盐或乙酸盐中的至少一种。
[0012] 所述润滑剂为硬脂酸盐、硬脂酸酰胺、硅酮、低分子聚合物或石蜡的至少一种。
[0013] 所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
[0014] 所述抗氧剂为酚类或亚磷酸酯类的至少一种。
[0015] 所述黑色母为无机无载体黑色母、无机聚烯烃载体黑色母或有机尼龙载体黑色 母。
[0016] 本发明进一步提供具有高表观，低翘曲特点的注塑级聚酰胺复合材料的制备方 法，包括以下步骤：
[0017] 步骤一、预混合，将聚酰胺、矿物、润滑剂、抗氧剂、偶联剂、成核剂和色母按所述比 例加入共混机中，共混5-10min，得到混合均匀的物料；
[0018] 步骤二、熔融造粒，将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料中，玻璃纤维从双 螺杆挤出机侧喂料进入螺杆，在230°c -275°C下熔融挤出造粒。
[0019] 本发明的有益效果是：在不影响产品力学性能的基础上，提高产品的表观，降低产 品的翘曲变形程度。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为实施例一的翅曲变形量示意图。
[0021] 图2为实施例二的翘曲变形量示意图。
[0022] 图3为实施例三的翘曲变形量示意图。
[0023] 图4为实施例四的翘曲变形量示意图。
[0024] 图5为实施例五的翘曲变形量示意图。
[0025] 图6为实施例六的翘曲变形量示意图。
[0026] 图7为比较例一的翘曲变形量示意图。
[0027] 图8为比较例二的翘曲变形量示意图。
【具体实施方式】
[0028] 实施例一
[0029] -种高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括以下组 成：
[0030] PA6 :83· 2%，短切玻璃纤维：15%，抗氧剂：1098(0. 1% )，168(0· 1% )，成核剂： 0. 1 %，黑色母：1 % ;润滑剂：〇. 5 % ;PA6相对粘度为2. 4 ;短切玻璃纤维10 μ m ;成核剂是低 分子离聚物；黑色母，无载体黑色母，碳含量为92% ;润滑剂为硅酮。
[0031] 高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料，按以下步骤进行：
[0032] ( -）预混合：将PA6、抗氧剂、成核剂、黑色母和润滑剂按以上所述配比加入共混 机中，共混5min ;
[0033] (二）造粒：将步骤（一）混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，玻纤 加入侧喂料斗中，控制好玻纤含量，在250°C下熔融挤出造粒。
[0034] 该实施例高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料各项性能参数测试结果见 表1。
[0035] 实施例二
[0036] -种高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括以下组 成：
[0037] PA6 :68· 2%，短切玻璃纤维：30%，抗氧剂：1098(0. 1% )，168(0· 1% )，成核剂： 0. 1 %，黑色母：1 % ;润滑剂：〇. 5 % ;PA6相对粘度为2. 4 ;短切玻璃纤维10 μ m ;成核剂是低 分子离聚物；黑色母，无载体黑色母，碳含量为92% ;润滑剂为硅酮。
[0038] 高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料，按以下步骤进行：
[0039] ( -）预混合：将PA6、抗氧剂、成核剂、黑色母和润滑剂按以上所述配比加入共混 机中，共混5min ;
[0040] (二）造粒：将步骤（一）混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，玻纤 加入侧喂料斗中，控制好玻纤含量，在250°c下熔融挤出造粒。
[0041] 该实施例高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料各项性能参数测试结果见 表1。
[0042] 实施例三
[0043] 一种高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括以下组 成：
[0044] PA6 :68. 2%，短切玻璃纤维：10%，改性碳酸钙：20%，抗氧剂：1098(0. 1 % )， 168(0. 1% )，成核剂：0. 1%，黑色母：1% ;润滑剂：0. 3% ;PA6相对粘度为2. 4 ;短切玻璃纤 维10 μ m ;碳酸钙为800目；成核剂是低分子离聚物；黑色母，无载体黑色母，碳含量为92%; 润滑剂为硅酮。
[0045] 改性碳酸钙的制备：将碳酸钙与硅烷偶联剂加入共混机中，在50°C下共混lOmin， 得到改性碳酸钙，硅烷偶联剂加入量为碳酸钙重量的0. 5% ;高表观，低翘曲玻璃纤维增强 聚酰胺复合材料，按以下步骤进行：
[0046] ( -）预混合：将PA6、改性碳酸钙、抗氧剂、成核剂、黑色母和润滑剂按以上所述配 比加入共混机中，共混5min ;
[0047] (二）造粒：将步骤（一）混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，玻纤 加入侧喂料斗中，控制好玻纤含量，在250°C下熔融挤出造粒。
[0048] 该实施例高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料各项性能参数测试结果见 表1。
[0049] 实施例四
[0050] -种高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括以下组 成：
[0051] PA6 :68. 2%，短切玻璃纤维：10%，改性滑石粉：20%，抗氧剂：1098(0. 1 % )， 168(0. 1% )，成核剂：0. 1%，黑色母：1% ;润滑剂：0. 3% ;PA6相对粘度为2. 4 ;短切玻璃 纤维10 μ m;滑石粉为2000目；成核剂是低分子离聚物；黑色母，无载体黑色母，碳含量为 92% ;润滑剂为硅酮。
[0052] 改性碳酸钙的制备：将滑石粉与硅烷偶联剂加入共混机中，在50°C下共混lOmin， 得到改性碳酸钙，硅烷偶联剂加入量为滑石粉重量的0. 5% ;高表观，低翘曲玻璃纤维增强 聚酰胺复合材料，按以下步骤进行：
[0053] ( -）预混合：将PA6、改性碳酸钙、抗氧剂、成核剂、黑色母和润滑剂按以上所述配 比加入共混机中，共混5min ;
[0054] (二）造粒：将步骤（一）混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，玻纤 加入侧喂料斗中，控制好玻纤含量，在250°C下熔融挤出造粒。
[0055] 该实施例高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料各项性能参数测试结果见 表1。
[0056] 实施例五
[0057] -种高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括以下组 成：
[0058] PA6 :68. 2%，短切玻璃纤维：10%，改性玻璃微珠：20%，抗氧剂：1098(0. 1% )， 168(0. 1% )，成核剂：0. 1%，黑色母：1% ;润滑剂：0. 3% ;PA6相对粘度为2. 4 ;短切玻璃纤 维10 μ m ;玻璃微珠为800目；成核剂是低分子离聚物；黑色母，尼龙载体有机黑色母；润滑 剂为娃酮。
[0059] 改性玻璃微珠的制备：将玻璃微珠与硅烷偶联剂加入共混机中，在50°C下共混 lOmin，得到改性玻璃微珠，硅烷偶联剂加入量为玻璃微珠重量的0. 5% ;高表观，低翘曲玻 璃纤维增强聚酰胺复合材料，按以下步骤进行：
[0060] (一）预混合：将PA6、改性玻璃微珠、抗氧剂、成核剂、黑色母和润滑剂按以上所述 配比加入共混机中，共混5min ;
[0061] (二）造粒：将步骤（一）混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，玻纤 加入侧喂料斗中，控制好玻纤含量，在250°c下熔融挤出造粒。
[0062] 该实施例高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料各项性能参数测试结果见 表1。
[0063] 实施例六
[0064] 一种高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括以下组 成：
[0065] PA6 :58. 2%，短切玻璃纤维：15%，改性玻璃微珠：25%，抗氧剂：1098(0. 1% )， 168(0. 1% )，成核剂：0. 1%，黑色母：1% ;润滑剂：0. 3% ;PA6相对粘度为2. 4 ;短切玻璃纤 维7μπι;玻璃微珠为800目；成核剂是低分子离聚物；黑色母，尼龙载体有机黑色母；润滑 剂为娃酮。
[0066] 改性玻璃微珠的制备：将玻璃微珠与硅烷偶联剂加入共混机中，在50°C下共混 lOmin，得到改性玻璃微珠，硅烷偶联剂加入量为玻璃微珠重量的0. 5% ;高表观，低翘曲玻 璃纤维增强聚酰胺复合材料，按以下步骤进行：
[0067](一）预混合：将PA6、改性玻璃微珠、抗氧剂、成核剂、黑色母和润滑剂按以上所述 配比加入共混机中，共混5min ;
[0068](二）造粒：将步骤（一）混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，玻纤 加入侧喂料斗中，控制好玻纤含量，在250°C下熔融挤出造粒。
[0069] 该实施例高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料各项性能参数测试结果见 表1。
[0070] 比较例一
[0071] 一种高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括以下组 成：
[0072] PA6 :83· 2%，连续玻璃纤维：15%，抗氧剂：1098(0. 1% )，168(0· 1% )，成核剂： 0. 1 %，黑色母：1 % ;润滑剂：〇. 5 % ;ΡΑ6相对粘度为2. 4 ;连续玻璃纤维10 μ m ;成核剂是低 分子离聚物；黑色母，无载体黑色母，碳含量为92% ;润滑剂为硅酮。
[0073] 高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料，按以下步骤进行：
[0074] ( -）预混合：将PA6、抗氧剂、成核剂、黑色母和润滑剂按以上所述配比加入共混 机中，共混5min ;
[0075] (二）造粒：将步骤（一）混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，玻纤 加入侧喂料斗中，控制好玻纤含量，在250°C下熔融挤出造粒。
[0076] 该比较例各项性能参数测试结果见表1。
[0077] 比较例二
[0078] -种高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括以下组 成：
[0079] PA6 :68. 2 %，短切玻璃纤维：10 %，碳酸钙：20 %，抗氧剂：1098(0. 1 % )， 168(0. 1% )，成核剂：0. 1%，黑色母：1% ;润滑剂：0. 3% ;PA6相对粘度为2. 4 ;短切玻璃纤 维10 μ m ;碳酸钙为800目；成核剂是低分子离聚物；黑色母，无载体黑色母，碳含量为92 %; 润滑剂为硅酮。
[0080] (一）预混合：将PA6、碳酸钙、抗氧剂、成核剂、黑色母和润滑剂按以上所述配比加 入共混机中，共混5min ;
[0081] (二）造粒：将步骤（一）混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，玻纤 加入侧喂料斗中，控制好玻纤含量，在250°c下熔融挤出造粒。
[0082] 该实施例高表观，低翘曲玻璃纤维增强聚酰胺复合材料各项性能参数测试结果见 表1。
[0083] 表 1
[0084]
【权利要求】
1. 一种注塑级聚酰胺复合材料，由以下重量百分比的组分制得：
2. 根据权利要求1所述注塑级聚酰胺复合材料，其特征在于：所述聚酰胺为耐热聚酰 胺，是PA6或P66中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述注塑级聚酰胺复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维是纤维直 径为7 μ m-13 μ m的短切纤维或者连续纤维中的至少一种。
4. 根据权利要求1所述注塑级聚酰胺复合材料，其特征在于：所述矿物是玻璃微珠、滑 石粉、碳酸钙、云母或者硫酸钡中的至少一种。
5. 根据权利要求1所述注塑级聚酰胺复合材料，其特征在于：所述成核剂是低分子离 聚物、次磷酸盐或乙酸盐中的至少一种。
6. 根据权利要求1所述注塑级聚酰胺复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸盐、 硬脂酸酰胺、硅酮、低分子聚合物或石蜡的至少一种。
7. 根据权利要求1所述注塑级聚酰胺复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联 齐U、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
8. 根据权利要求1所述注塑级聚酰胺复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为酚类或亚 磷酸酯类的至少一种。
9. 根据权利要求1所述注塑级聚酰胺复合材料，其特征在于：所述黑色母为无机无载 体黑色母、无机聚烯烃载体黑色母或有机尼龙载体黑色母。
10. 根据权利要求1所述注塑级聚酰胺复合材料的制备方法，包括以下步骤： 步骤一、预混合，将聚酰胺、矿物、润滑剂、抗氧剂、偶联剂、成核剂和色母按所述比例加 入共混机中,共混5-10min，得到混合均匀的物料； 步骤二、熔融造粒，将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料中，玻璃纤维从双螺杆 挤出机侧喂料进入螺杆，在230°C -275°C下熔融挤出造粒。
【文档编号】C08L77/02GK104231613SQ201410432536
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】薛建峰, 周勇, 成二国, 吴汾 申请人:南京聚隆科技股份有限公司