本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种性能优异的尼龙/聚酮合金材料及其制备方法。
背景技术：
聚酮由于具有优异的耐热性能、耐化学腐蚀性、阻隔性和耐磨性而广泛应用于多个领域，聚酮的低吸水性、高刚韧平衡性能、高热变形温度，与其他工程塑料进行组合改性具有潜力。但缺点在于加工窗口窄，对温度敏感，容易降解，而且干态下的强度及刚性不如传统的工程塑料。
聚酰胺，即尼龙，具有优异的机械性能、耐化学品性、可加工性、耐热氧老化性能，软化点高，耐油，电绝缘性好，有自熄性，无毒，无臭，染色性好，磨擦系数低，耐磨损，且具有自润滑性、吸震性和消音性，同时具有优良的加工成型特性；缺点是吸水性较大，影响尺寸稳定性。对其合金化与增强改性可降低树脂吸水率，提高制件稳定性，使其能在高温、高湿下工作，使它们能更广泛应用于对工作环境要求比较苛刻的电子电器、机动车行业，其中以机动车发动机周边的应用尤为常见。因此，开发一种新型合金材料，替代玻纤增强尼龙、增强pps以及pom，应用于高端极度苛刻的环境使用尤为迫切。
技术实现要素：
本发明提供了一种性能优异的尼龙/聚酮合金材料及其制备方法，其制备的合金材料具有优异的热稳定性、表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及低吸湿性能。
本发明的技术方案是一种尼龙/聚酮合金材料，其组分及重量份为：尼龙树脂10-50份，聚酮树脂40-80份，玻璃纤维10-30份，相容剂3-6份，润滑剂0.1-0.5份，抗氧剂0.2-1份，稳定剂0.2-0.8份，成核剂0.1-0.5份。
进一步的，所述相容剂的组分及重量份为：聚酮树脂91-97份，共单体2-6份，马来酸酐1-3份，引发剂0.1-0.3份，稳定剂0.1-0.4份。
进一步的，所述共单体为苯乙烯。
进一步的，所述引发剂为苯过氧化二异丙苯dcp。
进一步的，所述马来酸酐为顺丁烯二酸酐。
进一步的，所述稳定剂是金属氧化物、金属铜的酸根盐、铅类稳定剂或金属皂类稳定剂。
进一步的，所述相容剂的制备方法包括如下步骤：
(1)按重量份数配比称取各组分；将所述马来酸酐溶于所述共单体中分散均匀，再与所述聚酮树脂、引发剂和稳定剂混合，置于高混机中搅拌5-10min；
(2)将步骤(1)中得到的混合物置于双螺杆机中，经熔融挤出，造粒。
进一步的，所述玻璃纤维为含有环氧基团的硅烷偶联剂浸润过的玻璃纤维，直径为5-24um，长度为3-9mm。
一种尼龙/聚酮合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1)准确称取配方量的各组分，将尼龙和聚酮树脂混合均匀得组分a，将相容剂、润滑剂、抗氧剂、稳定剂、成核剂混合均匀，得组分b；玻璃纤维通过侧喂料添加。
2)将组分a和组分b，同时分区加入双螺杆挤出机中挤出，经过水冷、切粒，制得性能优异的尼龙/聚酮合金材料。
进一步的，所述双螺杆挤出机选择长径比25-44:1。。
本发明的有益效果：本发明采用聚酮树脂与尼龙树脂复配，大大降低了尼龙材料的吸水率，使得合金材料具有良好的流动性，优异的阻燃性，进一步拓展了尼龙材料的应用领域。本发明还优化了相容剂的组分及制备方法，是用耐化学性优异的聚酮接枝马来酸酐所得，与基材聚酮树脂完全相容，更好的促进尼龙、玻璃纤维在聚酮中的相容分散；不仅提高了尼龙材料的冲击性能性，耐化学水解性能，使得尼龙材料的耐磨性能、表面硬度成数倍增加；而且还改善了聚酮材料的热稳定性，扩展了其应用范围；使得本发明的合金材料能够替代玻璃纤维增强材料，用于增强尼龙、增强pps以及pom，应用于高端极度苛刻的环境使用。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例的目的在于克服现有技术上的不足，提供一种优异的热稳定性、表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及低吸湿性能的尼龙/聚酮合金材料，其组分及重量份为尼龙树脂10-50份，聚酮树脂40-80份，玻璃纤维10-30份，相容剂3-6份，润滑剂0.1-0.5份，抗氧剂0.2-1份，稳定剂0.2-0.8份，成核剂0.1-0.5份。
所述尼龙树脂pa选自pa46、pa66、pa6、pa11、pa12、pa610、pa612、pa1010、pa1012、pa1212、pa4t、pa6t、pa9t、pa10t、pa6i、pamxd6、pa6i、pa66/6、pa6/66、pa6t/6i、pa6t/66中的一种或几种；优选为pa66、pa6、pa610、pa612、pa1010、pa11、pa12、pa66/6中的一种或几种；更优选为pa6、pa610、pa612、pa1010、pa11、pa12。
所述聚酮树脂pok选自含有衍生自烯属共聚单体重复单元和衍生自一氧化碳重复单元交替结构的酮单元的化合物；所述共聚单体选自乙烯、丙烯、丁烯、己烯、辛烯、癸烯、十二烯、十四烯、十六烯、十八烯中的一种或几种；优选为乙烯和/或丙烯。
所述玻璃纤维为连续长玻璃纤维、短玻璃纤维或扁平玻璃纤维，优选含有环氧基团的硅烷偶联剂浸润过的玻璃纤维，其直径为5-24μm，优选为10-15μm，长度为3-9mm，优选为5-7mm。
所述尼龙/聚酮合金材料的制备方法包括以下步骤：
1)准确称取配方量的各组分，将尼龙和聚酮树脂混合均匀得组分a，将相容剂、润滑剂、抗氧剂、稳定剂、成核剂混合均匀，得组分b；玻璃纤维通过侧喂料添加；
2)将组分a和组分b，同时分区加入双螺杆挤出机中挤出，经过水冷、切粒，制得性能优异的尼龙/聚酮合金材料。
其中，双螺杆挤出机由进料段到机头的温度依次为：一区温度160℃-180℃、二区温度230℃-250℃、三区温度230℃-250℃、四区温度210℃-230℃、五区温度210℃-230℃、六区温度180℃-210℃、七区温度180℃-210℃，模头的温度为230℃-250℃。
所述双螺杆挤出机选择长径比25-44:1，优选长径比为30:1。选择30:1长径比既能缩短材料在机体中的停留时间，又能完成合金材料的混合熔融和玻纤的分散增强。
本申请特别优化了相容剂的组分及其制备方法，所述相容剂的组分及重量份为：聚酮树脂91-97份，共单体2-6份，马来酸酐1-3份，引发剂0.1-0.3份，稳定剂0.1-0.4份。
其中，聚酮树脂作为相容剂的主体，可以与合金材料的聚酮端完全相容，提高聚酮和尼龙的相容性；由于聚酮耐化学性极好，又存在长的烃链，非常适合接枝马来酸酐。
其中共单体优选为苯乙烯，一方面，苯乙烯可熔融接枝顺式马来酸酐，改善熔体加工性，起到助分散的作用；另一方面，苯乙烯还可抑制聚酮材料的分解，提高接枝反应的接枝率。
其中顺式马来酸酐是强极性反应性基团，可用作高分子界面偶联剂、相容剂、分散促进剂，使聚酮接枝马来酸酐材料具有高的极性和反应性，也可以改善合金材料的相容性能。
其中引发剂优选为苯过氧化二异丙苯dcp，尤其适用于本申请的相容剂组分中，作用是对马来酸酐催化引发，使其接枝在聚酮分子链中。
所述稳定剂可以是金属氧化物或者金属铜的酸根盐，优选氧化锌、碘化亚铜等，可以是铅类稳定剂，如三盐基硫酸铅、二盐基硬脂酸铅，或者是金属皂类稳定剂，如硬脂酸锌(znst)、硬脂酸铅(pbst)等，当然，可以用本领域的其他类型的稳定剂替代。进一步地，所述稳定剂为氧化锌和三盐基硫酸铅复配物，优选粒径在1-1000nm的活性氧化锌。氧化锌可与材料分解产生的酸性物质反应，起到稳定材料颜色及性能的作用。而且铅类稳定剂能起到提高聚酮的热稳定性，改善其加工温度窗口窄的缺陷。
所述相容剂的制备方法，包括步骤：
(1)按重量份数配比称取各组分；
(2)将步骤(1)中称取的所述组分中的马来酸酐溶于所述共单体当中，再与所述聚酮、引发剂和稳定剂置于高混机中搅拌5-10分钟；
(3)将步骤(2)中得到的混合物置于双螺杆机中，经熔融挤出，造粒，工艺条件为：一区温度130-150℃，二区温度180-200℃，三区温度180-200℃，四区温度160-180℃，五区温度160-180℃，机头温度料190-210℃，筒停留时间为1-3分钟，熔体压力10-20mpa。
下面结合具体的实施例对本发明做一详细的阐述。
实施例1-3
制备相容剂马来酸酐接枝聚酮，其组成按重量份数配比为：
该相容剂的制备方法，包括步骤：
(1)按重量份数配比称取各组分；
(2)将步骤(1)中称取的所述组分中的马来酸酐溶于所述共单体当中，再与所述聚酮、引发剂和稳定剂置于高混机中搅拌5-10分钟；
(3)将步骤(2)中得到的混合物置于双螺杆机中，经熔融挤出，造粒，工艺条件为：一区温度130-150℃，二区温度180-200℃，三区温度180-200℃，四区温度160-180℃，五区温度160-180℃，机头温度料190-210℃，筒停留时间为1-3分钟，熔体压力10-20mpa。
经上述步骤最终得到马来酸酐接枝聚酮相容剂，其中实施例2的接枝率最高。
实施例4-8
将实施例2得到的相容剂用于尼龙与聚酮合金材料的制备，具体如下：
性能测试及评价：
将上述实施例4-8及对比例1-3制备的粒子物料先在鼓风烘箱中100-120℃的条件下干燥4小时，然后将干燥好的粒子物料用注射成型机制成标准测试样条测试。
其中，拉伸强度按astmd-638标准进行检验。试样类型为i型，样条尺寸(mm)：(176±2)(长)×(12.6±0.2)(端部宽度)×(3.05±0.2)(厚度)，拉伸速度为50mm/min；
缺口冲击强度按astmd-256标准进行检验。试样类型为i型，试样尺寸(mm)：(63±2)×(12.45±0.2)×(3.1±0.2)；缺口类型为a类，缺口剩余厚度为1.9mm；
抗腐蚀性测试是在5％盐酸、5％氢氧化钠、5％氯化钠溶液中持续浸泡24h，无明显溶胀和腐蚀现象；
耐磨试验方法如下：试验在xm-1型耐磨试验机上进行，负荷为210n、转速180rpm、时间630min。将材料加工成10mm×20mm×20mm的试样，对磨面为45#钢，两者磨面均用no.900金刚砂纸预打磨100次，用电子天平测量摩擦损耗。
实施例1-5及对比例1-3的材料性能测试数据如下表1：
由上述表格可确定pa6含量20％，玻纤30％时合金性能最优，完全超过同等玻纤增强pa6材料。通过实施例6和对比例3，可以看出本专利自主开发的相容剂更好的提高了合金的相容性，使合金性能抗冲击性能提高30％以上，强度提高了20％以上。
以上对本发明所提供的合金材料及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。