本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种办公座椅用高耐疲劳尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术：
尼龙6是由己内酰胺缩聚而成的工程塑料之一。目前，因其较低的熔点和较宽的加工工艺范围，而成为应用较广，用量较大的产品之一；同时，又由于其具有良好的自润滑性，较优异的耐油性、耐热性和较高的机械强度等特点，因而被广泛用于各行各业的产品中。
但是，尼龙6又有其明显的缺点，如较高的吸水率与较差的产品部件尺寸稳定性。为了满足市场需求，克服尼龙6的固有缺陷，提高尼龙6的物理性能及降低其开发成本成为大家共同关心的问题。
无机填料因其低廉的成本以及优异的特殊性能而被越来越多的应用于高分子改性材料中。如asahikase公司开发了40%玻纤填充尼龙6复合材料；金发公司开发了40%高岭土填充尼龙66复合材料。虽然上述产品能满足部分要求，但又由其无机填料的缺陷与技术瓶颈而限制了进一步的应用范围。如玻纤填充尼龙6复合材料的翘曲变形、对模具的耗损严重、表面泛白，特别是薄壁制件。以及上述的40%高岭土填充尼龙66复合材料虽然改善了翘曲变形的问题和提高了冲击强度，但是由于高岭土等这类无机矿粉是亲水疏油的非金属矿物，而未改性的无机填料与尼龙等高分子界面之间的相容性很差，从而表现为其复合材料的断裂伸长率很低，以至于其成型的产品耐挠折性差，容易断裂破损，使产品的使用周期和使用条件大打折扣，特别是类似办公座椅上的小桌板这些反复挠折和人为压迫使用的产品，据市场反馈，客户关心的产品韧性是否足够很大程度上与材料的断裂伸长率是否足够有关，而不是仅仅为传统意义上的冲击强度。同时，由于无机矿粉在树脂中具有添加饱和性，以及其自身吸油特性，高填充的矿粉尼龙表面的外观会产生很多发白的银丝，因此不能做外观件使用，为了改善产品部件的表观，现有的技术一般是添加小分子的流动改性剂，这些助剂对尼龙具有破坏酰胺键和破坏结晶度等不良影响，这是以牺牲复合材料物性强度和使用寿命为代价的改性方式，不符合可持续发展的理念。因此，为了满足市场需求，开发一款具有高强度、高耐疲劳且具有良好表观的尼龙复合材料是我们需要迫切解决的事情。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，旨在解决上述提到的问题，于是设计提供一种办公座椅用高耐疲劳尼龙复合材料的技术方案，该方案具有操作简单、加工方便的优点，且该材料具有优良的力学性能，良好的外观，低生产成本等优异性能。
为了达到上述的目的，本发明采用的技术方案是：
所述的一种办公座椅用高耐疲劳尼龙复合材料，其特征在于：该尼龙复合材料是由聚酰胺、扩链剂、助剂和用硅烷偶联剂改性后的无机矿粉为原料经双螺杆挤出机熔融挤出制备所得。
所述的一种办公座椅用高耐疲劳尼龙复合材料，其特征在于：该尼龙复合材料由下述重量份数的原料制成：聚酰胺为50～70份、无机矿粉为30～60份、扩链剂为1～3份、助剂为1～2份。
所述的一种办公座椅用高耐疲劳尼龙复合材料，其特征在于：所述的聚酰胺为：粘度为2.8，熔点为215℃的聚酰胺6和粘度为2.0，熔点为120℃的聚酰胺612。
所述的一种办公座椅用高耐疲劳尼龙复合材料，其特征在于：所述的无机矿粉为4000目及以上用硅烷偶联剂改性后的云母、硅灰石、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、高岭土及氧化铝中的一种或一种以上的复配物。
所述的一种办公座椅用高耐疲劳尼龙复合材料，其特征在于：所述的扩链剂包括：环氧化合物、马来酸酐与乙烯交替共聚物，异氰酸酯中的一种或一种以上的混合物，优选的是在聚酰胺树脂中起三维交联作用的扩链剂。
所述的一种办公座椅用高耐疲劳尼龙复合材料，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷中的一种或一种以上的混合物。
所述的一种办公座椅用高耐疲劳尼龙复合材料，其特征在于：所述的助剂为抗氧剂、耐候剂、流动改性剂中的一种或一种以上的混合物；
所述的抗氧剂包括：β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)2,4,6-三甲基苯、4,4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)（330）中的一种或一种以上的混合物；
所述的耐候剂包括：2-(2'-羟基-3',5'双(a,a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑、2,2'-亚甲基双(4-叔辛基-6-苯并三唑苯酚)、中的一种或一种以上的混合物；
所述的流动改性剂包括：端氨基芳香族超支化聚酯、端羧基芳香族超支化聚酯中的一种或一种以上的混合物。
所述的一种办公座椅用高耐疲劳尼龙复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）用硅烷偶联剂对无机矿粉的表面进行处理，先将无机矿粉80～90份、酒精10～20份加入混合机中，低速搅拌混合2～5分钟，让酒精充分被无机矿粉吸收，然后将硅烷偶联剂1～3份加入混合机中，加热至80℃～90℃，高速搅拌10～20分钟，在加热和酒精的作用下硅烷偶联剂会发生水解，与无机矿粉表面的羟基进行偶联反应，完成后将粉体在粉体烘干设备90℃～100℃中烘干得到硅烷偶联剂改性的无机矿粉；
（2）将聚酰胺6、扩链剂和硅烷偶联剂改性的无机矿粉按聚酰胺45～60份、扩链剂1～3份和无机矿粉30～60份经拌料机混合10～20分钟得到均匀混合物；
（3）将双螺杆挤出机各区段升温至220℃～260℃，将上述混合物放入双螺杆挤出机的主喂料桶，按助剂1～2份和聚酰胺6125～10份分别放入侧喂料桶1和侧喂料桶2，按150～200kg/h的产量设定好各自料筒的喂料速度，经双螺杆挤出机挤出料丝，冷却，风干，切粒得到聚酰胺改性材料，其中，双螺杆挤出机在工作10～20分钟之后将7区段及以后的温度在原来的基础上降低20℃。
所述的一种办公座椅用高耐疲劳尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中低速搅拌的速度为450r/min，酒精为纯度95%的工业酒精，高速搅拌的速度为1200r/min。
所述的一种办公座椅用高耐疲劳尼龙复合材料的制备方法，所述的步骤（3）中的双螺杆挤出机为50机，侧喂料口在双螺杆挤出机的6区边上，选用的双螺杆为具有强剪切的螺杆组合构成；冷却用的冷却装置为设定50～80℃的循环水水槽；切粒用设备为转速设定为600～800r/min的切粒机。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和优异效果：
1）本发明采用的改性无机矿粉加工方法简单，操作性强，同时该流程工艺可以在等同的硅烷偶联剂用量下提高其在无机矿粉上的接枝率和分布均匀性，在无机矿粉表面均匀的覆盖一层有机高分子薄膜，最大程度的增加其亲油性，大大提高其在尼龙的添加比例和复合材料的力学性能。
2）本发明采用的聚酰胺6和聚酰胺612有其特殊性，优选的聚酰胺6的粘度为2.8，熔点为215℃，而聚酰胺612的粘度为2.0，熔点为120℃。在该复合材料中，聚酰胺6起到树脂包覆的作用，而聚酰胺612起到的是表面改善剂的作用，在注塑成型的过程中，粘度和温度更低的聚酰胺612更容易延流到产品部件的表面，在部件表面形成一层表观树脂层，从而大大改善表观因粉体添加量太高导致的发白银丝现象，同时与不添加聚酰胺612的材料相比，有更好更广的着色染色效果，使产品最终形成中间为结构加强，表面为良好表观的夹心饼干的形式，同时，与目前市场存在的聚酰胺断裂剂不同，聚酰胺612是高分子聚合物，属于聚酰胺系列，因此与聚酰胺6具有更好的相容性，同时不会降低复合材料的物性强度；同时，在复合物中添加的超支化聚合物和聚酰胺612协同作用，更好的分散无机矿粉，以及改善其复合体系的流动性和表面光泽性。
3）本发明挤出工艺操作采用侧喂料分区段加料，将混好的无机矿粉、聚酰胺6和扩链剂从主喂料口下料，在1区-5区段的螺杆区物料的熔融共混，这里不仅有物理共混，而且还有化学反应，使用本发明的1-5区挤出机温度设定和挤出机转速设定法，可以更好的实现改性无机矿粉与聚酰胺6的均匀混合，同时与无机矿粉结合的硅烷偶联剂上的氨基又能和聚酰胺上的羧基进行反应，起到化学粘结的作用；无机矿粉表面覆盖的偶联剂薄层，又能起到均匀分散在聚酰胺6上的效果，减小两者之间的表面应力。从而最大程度的提高其添加量，同时，扩链剂与聚酰胺6在1-5区段也开始三维交联的化学反应，通过挤出温度和螺杆转速的设定，可以较短时间的发生化学交联反应，形成微观局部网状结构，局部网络结构化的聚酰胺6将无机矿粉包裹起来，起到增刚增韧的良好效果。同时，聚酰胺612从6区的侧喂料口下料，则仅仅进行物料的物理混合。采用本发明的侧喂料进料法，可以有效的抑制聚酰胺612与前面已经发生过反应的改性无机矿粉和扩链剂的交联反应，不被网络化的聚酰胺6所捕捉，也只有采用这个分区段加料的方式，才能在注塑成型的过程中发挥聚酰胺612的上述作用。这也为层压板材型材提供了一种新的设计思路，即一次注塑成型法。
4）本发明挤出工艺操作采用分时段控温法，即挤出造粒10～20分钟之后将双螺杆挤出机7区段及以后的温度在原来的基础上降低20℃。这是因为加了改性无机矿粉的复合材料在螺杆中熔融混合的粘度比较大，与螺杆的摩擦产生的热量较普通的聚丙烯等通用性材料更明显，在挤出机炮筒中高压环境下，材料与螺杆壁的瞬间温度很高，很容易导致树脂的分解，从而降低表观的性能。而在10～20分钟之后降低挤出机7区-10区温度则可以有效降低树脂的降解。
5）本发明采用无机矿粉和聚酰胺等原料的共同使用来制备高耐疲劳聚酰胺材料，保证产品高刚性的前提下，提高产品的韧性，重复挠折性和良好的表面外观，扩大产品的应用范围，实现以塑代钢和轻量化，特别是用在办公座椅等需进行长期较大重力压迫和挠折的部件。
具体实施方式
以下结合实施例来进一步说明本发明。本发明所用的份数均为重量份。
本发明中，聚酰胺612主要是为了在不牺牲聚酰胺6本身的情况下改善复合材料的表观情况；扩链剂主要是形成聚酰胺6的局部三维交联网络化，起到包覆无机矿粉，进一步提到材料的力学性能的作用；双螺杆挤出机的侧喂料口进料和分时段控温的方法主要是为了复合材料能够发挥其最大的力学性能和表观效果。本发明采用的双螺杆挤出机为50机，侧喂料口在双螺杆挤出机的6区边上，选用的双螺杆为具有强剪切的螺杆组合构成；冷却用的冷却装置为设定50～80℃的循环水水槽；切粒用设备为转速设定为600～800r/min的切粒机。
对照例
（1）将聚酰胺6、无机矿粉（云母）、市售的马来酸酐接枝的乙烯辛烯共聚物按55:40：5的比例经拌料机混合10分钟得到均匀混合物；
（2）将双螺杆挤出机各区段升温至220℃～260℃，具体数据为，一区220℃，二区230℃，三区250℃，四区255℃，五区250℃，六区255℃，七区255℃，八区250℃，九区250℃，十区260℃，将混合物投入主喂料口，按150kg/h的产量设定好喂料筒的喂料速度，经双螺杆挤出机挤出料丝，冷却，风干，切粒得到聚酰胺改性材料。其中，挤出造粒20分钟之后将双螺杆挤出机7区段及以后的温度在原来的基础上降低20℃，即一区220℃，二区230℃，三区250℃，四区255℃，五区250℃，六区255℃，七区235℃，八区230℃，九区230℃，十区240℃。
该对比例中无机矿粉也可以采用云母、硅灰石、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、高岭土及氧化铝中的一种或几种。
实施例1
（1）用氨基化的硅烷偶联剂（缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷）对无机矿粉的表面进行处理，先将无机矿粉（云母）80份、浓度95%的酒精20份加入混合机中，低速搅拌（450r/min）混合3分钟，让酒精充分被无机矿粉吸收，然后将硅烷偶联剂1份加入混合机中，加热至90℃，高速搅拌（1200r/min）10分钟，在加热和酒精的作用下硅烷偶联剂会发生水解，与无机矿粉表面的羟基进行偶联反应，完成后将粉体在粉体烘干设备100℃中烘干得到硅烷偶联剂改性的无机矿粉；
（2）将聚酰胺6、扩链剂（马来酸酐与乙烯交替共聚物）和无机矿粉按52:1：40的比例经拌料机混合10分钟得到均匀混合物；
（3）将双螺杆挤出机各区段升温至220℃～260℃，具体数据为，一区220℃，二区230℃，三区250℃，四区255℃，五区250℃，六区255℃，七区255℃，八区250℃，九区250℃，十区260℃，将上述混合物93份放入双螺杆挤出机的主喂料桶，将助剂（β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯:2-(2'-羟基-3',5'双(a,a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑:端氨基芳香族超支化聚酯=1:1：2）按2份和聚酰胺612按5份分别放入侧喂料桶1和侧喂料桶2，根据配方比例，按150kg/h的产量设定好各自喂料筒的喂料速度，经双螺杆挤出机挤出料丝，冷却，风干，切粒得到聚酰胺改性材料，其中，挤出造粒20分钟之后将双螺杆挤出机7区段及以后的温度在原来的基础上降低20℃，即一区220℃，二区230℃，三区250℃，四区255℃，五区250℃，六区255℃，七区235℃，八区230℃，九区230℃，十区240℃。
该实施例中无机矿粉也可以采用云母、硅灰石、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、高岭土及氧化铝中的一种或几种。
实施例2
（1）用氨基化的硅烷偶联剂（氨丙基三乙氧基硅烷）对无机矿粉的表面进行处理，先将无机矿粉（云母）80份、浓度为9%的酒精20份加入混合机中，低速搅拌（450r/min）混合3分钟，让酒精充分被无机矿粉吸收，然后将硅烷偶联剂2份加入混合机中，加热至90℃，高速搅拌（1200r/min）10分钟，在加热和酒精的作用下硅烷偶联剂会发生水解，与无机矿粉表面的羟基进行偶联反应，完成后将粉体在粉体烘干设备100℃中烘干得到硅烷偶联剂改性的无机矿粉；
（2）将聚酰胺6、扩链剂（环氧化合物:马来酸酐与乙烯交替共聚物=1:1）、无机矿粉按52:1:40的比例经拌料机混合10分钟得到均匀混合物；
（3）将双螺杆挤出机各区段升温至220℃～260℃，具体数据为，一区220℃，二区230℃，三区250℃，四区255℃，五区250℃，六区255℃，七区255℃，八区250℃，九区250℃，十区260℃，将上述混合物93份放入双螺杆挤出机的主喂料桶，将助剂（1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)2,4,6-三甲基苯:2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑:端羧基芳香族超支化聚酯=1:1:2）按2份和聚酰胺612按5份分别放入侧喂料桶1和侧喂料桶2，根据配方比例，按150kg/h的产量设定好各自喂料筒的喂料速度，经双螺杆挤出机挤出料丝，冷却，风干，切粒得到聚酰胺改性材料，其中，挤出造粒20分钟之后将双螺杆挤出机7区段及以后的温度在原来的基础上降低20℃，即一区220℃，二区230℃，三区250℃，四区255℃，五区250℃，六区255℃，七区235℃，八区230℃，九区230℃，十区240℃。
该实施例中无机矿粉也可以采用云母、硅灰石、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、高岭土及氧化铝中的一种或几种。
实施例3
（1）用氨基化的硅烷偶联剂（乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷）对无机矿粉的表面进行处理，先将无机矿粉（云母）80份、酒精20份加入混合机中，低速搅拌（450r/min）混合3分钟、让酒精充分被无机矿粉吸收，然后将硅烷偶联剂2份加入混合机中，加热至90℃，高速搅拌（1200r/min）10分钟，在加热和酒精的作用下硅烷偶联剂会发生水解，与无机矿粉表面的羟基进行偶联反应，完成后将粉体在粉体烘干设备100℃中烘干得到硅烷偶联剂改性的无机矿粉；
（2）将聚酰胺6、扩链剂（环氧化合物：马来酸酐与乙烯交替共聚物
：异氰酸酯=2:1:1）、无机矿粉按51:2：40的比例经拌料机混合10分钟得到均匀混合物；
（3）将双螺杆挤出机各区段升温至220℃～260℃，具体数据为，一区220℃，二区230℃，三区250℃，四区255℃，五区250℃，六区255℃，七区255℃，八区250℃，九区250℃，十区260℃，将上述混合物93份放入双螺杆挤出机的主喂料桶，将助剂（4,4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚:2,2'-亚甲基双(4-叔辛基-6-苯并三唑苯酚:端羧基芳香族超支化聚酯=1:1:2）按2份和聚酰胺612按5份分别放入侧喂料桶1和侧喂料桶2，根据配方比例，按150kg/h的产量设定好各自喂料筒的喂料速度，经双螺杆挤出机挤出料丝，冷却，风干，切粒得到聚酰胺改性材料，其中，挤出造粒20分钟之后将双螺杆挤出机7区段及以后的温度在原来的基础上降低20℃，即一区220℃，二区230℃，三区250℃，四区255℃，五区250℃，六区255℃，七区235℃，八区230℃，九区230℃，十区240℃。
该实施例中无机矿粉也可以采用云母、硅灰石、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、高岭土及氧化铝中的一种或几种。
实施例4
（1）用氨基化的硅烷偶联剂（缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷:氨丙基三乙氧基硅烷:乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷=2:1:1）对无机矿粉的表面进行处理，先将无机矿粉（云母）80份、酒精20份加入混合机中，低速搅拌（450r/min）混合3分钟、让酒精充分被无机矿粉吸收，然后将硅烷偶联剂2份加入混合机中，加热至90℃，高速搅拌（1200r/min）10分钟，在加热和酒精的作用下硅烷偶联剂会发生水解，与无机矿粉表面的羟基进行偶联反应，完成后将粉体在粉体烘干设备100℃中烘干得到硅烷偶联剂改性的无机矿粉；
（2）将聚酰胺6、扩链剂（异氰酸酯）和无机矿粉按46:2:40的比例经拌料机混合10分钟得到均匀混合物；
（3）将双螺杆挤出机各区段升温至220℃～260℃，具体数据为，一区220℃，二区230℃，三区250℃，四区255℃，五区250℃，六区255℃，七区255℃，八区250℃，九区250℃，十区260℃，将上述混合物88份放入双螺杆挤出机的主喂料桶，将助剂（β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯:2,2'-亚甲基双(4-叔辛基-6-苯并三唑苯酚):端氨基芳香族超支化聚酯=1:1:2）按2份和聚酰胺612按10份分别放入侧喂料桶1和侧喂料桶2，根据配方比例，按150kg/h的产量设定好各自喂料筒的喂料速度，经双螺杆挤出机挤出料丝，冷却，风干，切粒得到聚酰胺改性材料，其中，挤出造粒20分钟之后将双螺杆挤出机7区段及以后的温度在原来的基础上降低20℃，即一区220℃，二区230℃，三区250℃，四区255℃，五区250℃，六区255℃，七区235℃，八区230℃，九区230℃，十区240℃。
该实施例中无机矿粉也可以采用云母、硅灰石、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、高岭土及氧化铝中的一种或几种。
下表1示出了实施例1到实施例4加入不同硅烷偶联剂添加量、扩链剂添加量和聚酰胺612添加量所得到的试验品的物性测试对照数据：
表1
通过以上实验确认，与普通的未经任何改性处理和工艺改进的对照例相比，本发明材料在材料基础物性方面有大幅度的提高，满足了高强度和高韧性要求，在无机矿粉添加量高达40%时，其拉伸断裂伸长率能达到38%，与普通添加了增韧剂的无机矿粉尼龙材料相比，本发明中的复合材料在保持力学材料相当的情况下，其拉伸断裂伸长率增加了7倍之多，而且该复合材料具有优异的表面光泽效果，光泽度提高了1倍，使得这款材料也能够应用在高性能需求的汽车、电工等外观和功能部件上。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。