一种回收尼龙制备的超高耐热复合材料及其制备方法与流程

文档序号:20698248发布日期:2020-05-12 15:17阅读:180来源:国知局

本发明涉及到尼龙材料在发动机周边,尤其是涡轮发动机周边零件的应用,通过对产品配方进行科学的设计,赋予复合材料优异的力学性能和长周期热氧老化性能,以满足其可以替代金属及特种工程塑料应用于涡轮增压器和中冷器等零件,并且回收尼龙的使用对于环保具有重要的意义。



背景技术:

节能、环保是未来汽车发展的主要方向,性能良好、稳定的发动机在汽车节能、环保技术发展的过程中起着非常重要的作用,发动机是汽车的“心脏”,目前受经济及其它方面的影响,汽车发动机正朝着低能耗的方向发展。高效能、低排放发动机将成为主流,节能环保型发动机成为了未来的发展趋势。

汽车发动机按照进气方式可以分为自然吸气式发动机和涡轮增压发动机,自然吸气发动机工作的时候是在不通过任何增压器的情况下,将大气压将空气压入燃烧室的一种形式。涡轮增压发动机配备了涡轮增压器的发动机通过压缩空气来实现更大的进气量,使燃料得到更加充分的燃烧从而获得更大的动力。涡轮增压发动机节油,符合全球追求环保的趋势,并且政府在购置税等方面有优惠政策,涡轮发动机的占比也会逐渐增加,据调查:2015年涡轮发动机占比20%,到2025年预计占比可以达到60%,涡轮发动机因为工作工况较为复杂,涡轮发动机周边的材料要求也极为苛刻。

尼龙作为目前用量最大的工程塑料,具有优异的机械性能、耐磨性、耐溶剂性等,在汽车上应用广泛,尼龙的耐热温度较高,通常应用于汽车发动机周边零件,pa6、pa66和ppa等材料根据使用温度的差异选择不同的材料,目前对于pa6通常应用在120℃以下的环境中,pa66应用在150℃以下的环境中,对于高于该温度的条件下通常选择高温尼龙、pps等特种工程塑料或者金属,金属密度较大,不易成型,特种工程塑料较高,如果对于pa6和pa66进行改性提高其使用温度可以满足170~230℃的环境中使用要求,将会替代金属或特种工程塑料应用在涡轮增压器和中冷器零部件中具有非常重大的意义。



技术实现要素:

本发明提供了一种回收尼龙制备的超高耐热复合材料及其制备方法,通过对配方的科学设计,在配方体系中引入多种助剂,在高温条件下可以通过不同的方式对尼龙材料进行保护,从而增加尼龙材料的长周期热氧老化性能,该体系即使在再生料依然可以获得良好的效果,该制备方法获得的材料可以替代金属用于涡轮增压器和中冷器零部件中。

本发明为解决所提出的技术问题,采用的技术方案为:

一种回收尼龙制备的超高耐热复合材料,其包括以下按重量百分比计的原料:

所述尼龙可以是pa6、pa66、回收pa6、pa66、pa66和pa6的共聚物、pa6t、pa9t和pa10t,也可以是上述各种原料的混合物。

所述的玻璃纤维玻璃类型是e玻璃、碱含量<0.8%,单丝纤维直径:10±1μm,长度:3mm,体积密度0.70±0.15g/cm3,含水率≤0.05%。

所述的高耐热助剂母粒是自主开发,由铁粉、氢氧化铈、导热石墨、碘化亚铜、碘化钾、润滑剂按照:10:10:5:18:2:5比例复配,通过密炼工艺制备的母粒。

所述的润滑剂是硅酮粉和聚酰胺蜡的1:1的混合物,起到分散玻纤,解决浮纤的作用。

所述的色母是pa6位载体,炭黑含量30%的母粒。

本发明提供一种回收尼龙制备的超高耐热复合材料及其制备方法,包括以下步骤:

高耐热助剂母粒制备方法:

按配方比例称取铁粉、氢氧化铈、导热石墨、碘化亚铜、碘化钾、润滑剂通过高速搅拌机混合均匀,通过密炼的方法制备高耐热助剂母粒。

复合材料制备方法:

(1)按配方比例称取干燥后的各种原料;将尼龙、高耐热助剂母粒、润滑剂和色母通过高速搅拌机然混合均匀,备用,按照配比称取玻纤,备用;

(2)将上述尼龙混合原料通过双螺杆挤出机的主喂料口加入,玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入,经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到所述的复合材料。

与现有技术相比,本发明的优势在于:根据尼龙材料在高温下的老化机理自制了一种由氢氧化铈、铁粉、导热石墨、碘化钾和碘化亚铜以特定的比例制备高耐热助剂母粒,高耐热助剂母粒的各组份可以实现对自由基捕捉、尼龙材料表面成碳和热传导的作用,以pa6、pa66、pa6t切片和回收尼龙等体系作为基料,大幅度提升尼龙材料的长周期热氧老化性能,满足在高温条件下长周期热氧老化力学性能保持率50%以上(170~230℃*3000h),使其可以替代金属或ppa、pps等特种工程塑料满足材料在涡轮增压器和中冷器等零件的使用要求,并且再生料的使用具有节能环保的益处。

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,下面将结合实施例,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用于解释本发明,并不用于限定本发明。

本发明的实施例采用下列物料:

pa66fyr27d,中国神马集团有限责任公司;

pa6mf800,江苏瑞美福实业有限公司;

pa6-pcr废旧地毯回收pa6,wellmanplasticsrecycling,llc

pa66-pcr废旧地毯回收pa66,wellmanplasticsrecycling,llc

pa6t,市售;

玻璃纤维:301hp,直径10μm,重庆国际复合材料有限公司

cui:工业级,williamblythelimted;

ki:工业级,williamblythelimted;

氢氧化铈:工业级,市售;

铁粉:工业级,市售;

导热炭黑,工业级,市售;

润滑剂:硅酮粉,工业级,市售;

润滑剂:聚酰胺蜡,工业级,市售;

产品性能测试方法:

拉伸性能:按iso527方法,样条尺寸:170*10*4mm,试验速度5mm/min。

弯曲性能:按iso178方法,样条尺寸:80*10*4mm,试验速度2mm/min。

缺口冲击性能:按iso180方法,样条尺寸:80*10*4mm。

热氧老化性能:将标准测试样条放置230℃持续放置3000h,测试拉伸强度,计算保持率。

实施例1:

称取pa61kg于100℃下烘料4h,pa665.8kg于100℃下烘料4h,高耐热助剂母粒100g,色母:100g,在高速搅拌机中混合均匀,得到树脂混合物,备用。

称取称玻璃纤维301hp3kg,备用。

将上述树脂混合物通过主喂料口加入双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm,长径比为l/d=40)中,玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机,双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、255℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃,双螺杆挤出机转速为500r/min,料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。

将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50%rh)状态调节24h后进行测试,热氧老化是将标准样条置于烘箱中在实验环境中按照实验要求处理,处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50%rh)放置24小时后进行测试,以上测试结果见表1。

实施例2:

称取pa61kg于100℃下烘料4h,pa665.82kg于100℃下烘料4h,高耐热助剂母粒80g,色母:100g,在高速搅拌机中混合均匀,得到树脂混合物,备用。

称取称玻璃纤维301hp3kg,备用。

将上述树脂混合物通过主喂料口加入双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm,长径比为l/d=40)中,玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机,双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、255℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃,双螺杆挤出机转速为500r/min,料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。

将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50%rh)状态调节24h后进行测试,热氧老化是将标准样条置于烘箱中在实验环境中按照实验要求处理,处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50%rh)放置24小时后进行测试,以上测试结果见表1。

实施例3:

称取pa61kg于100℃下烘料4h,pa665.78kg于100℃下烘料4h,高耐热助剂母粒120g,色母:100g,在高速搅拌机中混合均匀,得到树脂混合物,备用。

称取称玻璃纤维301hp3kg,备用。

将上述树脂混合物通过主喂料口加入双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm,长径比为l/d=40)中,玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机,双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、255℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃,双螺杆挤出机转速为500r/min,料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。

将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50%rh)状态调节24h后进行测试,热氧老化是将标准样条置于烘箱中在实验环境中按照实验要求处理,处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50%rh)放置24小时后进行测试,以上测试结果见表1。

实施例4:

称取pa6t1kg于100℃下烘料4h,pa665.78kg于100℃下烘料4h,高耐热助剂母粒120g,色母100g,在高速搅拌机中混合均匀,得到树脂混合物,备用。

称取称玻璃纤维301hp3kg,备用。

将上述树脂混合物通过主喂料口加入双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm,长径比为l/d=40)中,玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机,双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、255℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃,双螺杆挤出机转速为500r/min,料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。

将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50%rh)状态调节24h后进行测试,热氧老化是将标准样条置于烘箱中在实验环境中按照实验要求处理,处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50%rh)放置24小时后进行测试,以上测试结果见表1。

实施例5:

称取pa666.78kg于100℃下烘料4h,高耐热助剂母粒120g,色母100g,在高速搅拌机中混合均匀,得到树脂混合物,备用;

称取称玻璃纤维301hp3kg,备用。

将上述树脂混合物通过主喂料口加入双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm,长径比为l/d=40)中,玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机,双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、255℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃,双螺杆挤出机转速为500r/min,料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。

将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50%rh)状态调节24h后进行测试,热氧老化是将标准样条置于烘箱中在实验环境中按照实验要求处理,处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50%rh)放置24小时后进行测试,以上测试结果见表1。

实施例6

称取pa665.78kg于100℃下烘料4h,pa6-pcr1kg于100℃下烘料4h,高耐热助剂母粒120g,色母100g,在高速搅拌机中混合均匀,得到树脂混合物,备用;

称取称玻璃纤维301hp3kg,备用。

将上述树脂混合物通过主喂料口加入双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm,长径比为l/d=40)中,玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机,双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、255℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃,双螺杆挤出机转速为500r/min,料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。

将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50%rh)状态调节24h后进行测试,热氧老化是将标准样条置于烘箱中在实验环境中按照实验要求处理,处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50%rh)放置24小时后进行测试,以上测试结果见表1。

实施例7

称取pa66-pcr5.93kg于100℃下烘料4h,pa6-pcr1kg于100℃下烘料4h,高耐热助剂母粒120g,色母100g,在高速搅拌机中混合均匀,得到树脂混合物,备用;

称取称玻璃纤维301hp3kg,备用。

将上述树脂混合物通过主喂料口加入双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm,长径比为l/d=40)中,玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机,双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、255℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃,双螺杆挤出机转速为500r/min,料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。

将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50%rh)状态调节24h后进行测试,热氧老化是将标准样条置于烘箱中在实验环境中按照实验要求处理,处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50%rh)放置24小时后进行测试,以上测试结果见表1。

比较例1:

称取pa665.98kg于100℃下烘料4h,pa61kg于100℃下烘料4h,cui18g,ki2g,在高速搅拌机中混合均匀,得到树脂混合物,备用;

称取称玻璃纤维301hp3kg,备用。

将上述树脂混合物通过主喂料口加入双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm,长径比为l/d=40)中,玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机,双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、255℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃,双螺杆挤出机转速为500r/min,料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。

将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50%rh)状态调节24h后进行测试,热氧老化是将标准样条置于烘箱中在实验环境中按照实验要求处理,处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50%rh)放置24小时后进行测试,以上测试结果见表1。

比较例2:

称取pa665.98kg于100℃下烘料4h,pa6t1kg于100℃下烘料4h,cui18g,ki2g,在高速搅拌机中混合均匀,得到树脂混合物,备用;

称取称玻璃纤维301hp3kg,备用。

将上述树脂混合物通过主喂料口加入双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm,长径比为l/d=40)中,玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机,双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、255℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃,双螺杆挤出机转速为500r/min,料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。

将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50%rh)状态调节24h后进行测试,热氧老化是将标准样条置于烘箱中在实验环境中按照实验要求处理,处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50%rh)放置24小时后进行测试,以上测试结果见表1。

比较例3:

称取pa665.96kg于100℃下烘料4h,pa61kg于100℃下烘料4h,cui36g,ki4g,在高速搅拌机中混合均匀,得到树脂混合物,备用;

称取称玻璃纤维301hp3kg,备用。

将上述树脂混合物通过主喂料口加入双螺杆挤出机(螺杆直径为35mm,长径比为l/d=40)中,玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机,双螺杆挤出机各段控制温度(从加料口到至机头出口)为220℃、240℃、265℃、265℃、265℃、255℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃,双螺杆挤出机转速为500r/min,料条依次经过水槽冷却、鼓风干燥剂干燥、切粒机切粒得到产品。

将上述材料在鼓风干燥烘箱中于120℃干燥4h后在280℃的注塑温度下注塑成标准样条。将注塑好的力学性能样条在实验室标准环境中(23℃、50%rh)状态调节24h后进行测试,热氧老化是将标准样条置于烘箱中在实验环境中按照实验要求处理,处理完放置于实验室标准环境中(23℃、50%rh)放置24小时后进行测试,以上测试结果见表1。

表1:性能测试结果。

从表中所示数据可以看出,实施例和对比例性能差异说明了本发明使用的高耐热助剂母粒对于实现高耐热的有效性,通过不同的实施例之间的差异可以说明基料的复配对于高耐热也有一定的影响,本发明不仅实现了新料满足高耐热的要求(230℃,3000h下材料的拉伸强度保持率50%以上),对于地毯回收尼龙原料的改性产品也可以满足相关的要求,本发明增加了尼龙材料在高温条件下的使用,对于替代一些特种工程塑料具有重要的意义,并且再生料的使用对于环保也具有重大意义。

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