本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种高强度耐水解尼龙合金增强材料及其制备方法。
背景技术：
自改性工程塑料诞生之日起，“以塑代钢”的应用案例便开始落成于社会的各个领域。近30年，从事改性工程塑料的专家、学者、工程师们促成“以塑代钢”在轴承、齿轮、螺丝螺母、扇叶、密封件紧固件、壳体、盖板、手柄、接头、管道、阀门、泵等方面得以广泛应用，取得了巨大成果。
但是，“代”不等于“同”，普通钢材的应力强度σb约为375～600mpa，5xxx系列含镁铝合金σb约为200～300mpa。五大工程塑料强度最高的pa66，经50％玻纤增强后的拉伸强度可达240mpa，但吸水后强度衰减至160mpa(以巴斯夫a3eg10为例)，衰减幅度达35％。
尼龙具有强度高、韧性好、绝缘、不生锈等优点，是替代金属的理想材料，但尼龙吸水率高、吸水后尺寸稳定性不佳、吸水后疲软，导致零部件报废，不能满足当前需要，成为整个行业亟待解决的重点难点问题。
因此，亟需研发一种高强度、吸水后稳定性高的尼龙合金复合材料。
技术实现要素：
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种高强度耐水解尼龙合金增强材料，其保持玻纤增强尼龙材料的高强度、高韧性、优良表面同时，也保证了材料的低吸水率和耐水解性能。
本发明的另一目的在于提供一种高强度耐水解尼龙合金增强材料的制备方法，该制备方法生产工艺简单可控，生产操作方便。
一种高强度耐水解尼龙合金增强材料，它由以下重量份的原料组成：
优选的，一种高强度耐水解尼龙合金增强材料，它由以下重量份的原料组成：
更为优选的，一种高强度耐水解尼龙合金增强材料，它由以下重量份的原料组成：
其中，所述pamxd6树脂是间苯二甲胺与己二酸的缩聚物，是一种结晶型半芳香尼龙；本发明pamxd6树脂为日本三菱瓦斯化学k7007c。玻璃纤维增强后，依然保持良好的表面外观，且力学性能大幅提高，收缩率小，成型尺寸稳定性高于pa66；吸水率低，仅为0.4％，吸水后尺寸变化小；高阻隔性，阻隔性不受温度及湿度的影响；熔点235℃，热变形温度高，可在120～160℃范围内长期使用，尤其适合于高温和潮湿场合。但pamxd6增强体系，刚性有余，韧性略显不足。
其中，所述长碳链尼龙为pa12、pa11、pa1010中的中的一种或两种以上以任意比例的混合物。本发明的pa12采用瑞士ems的tr90，pa11采用法国阿科玛besnp40w5tl，pa1010采用美国杜邦的zytelrslc1600nc010。长碳链尼龙吸水率低，仅为0.1～0.4％，且耐油性好、耐磨、耐低温、尺寸稳定性好、耐电弧性及电解腐蚀性好等优点。玻纤增强pamxd6结晶较快，靠近模具面熔体温度低流速低，此处玻纤会滞后堆积导致一定程度的浮纤。相对pamxd6而言，长碳链尼龙结晶速度略慢，且比重较轻，易浮于熔体表面，减缓靠近模具面熔体的冷却速度，减弱玻璃纤维的流速滞后问题，大幅度解决制品外观浮纤，提升制品表面光泽。且长碳链尼龙分子具有可自由伸展和旋转的次甲基长链，因此其韧性和柔软性好，回弹率高，即使在很低的温度下也具有较高的冲击韧性和柔软性，解决了玻纤增强pamxd6韧性不足、耐寒不够的问题。
其中，所述耐水解短切纤维为巨石集团568h或泰山玻纤t435tm或重庆国际复合材料301hp中的一种或两种以上以任意比例的混合物。耐水解短切纤维直径/μm：10～13，短切长度/mm：3或4.5。前述三种耐水解短切纤维经过kh550等硅烷偶联剂浸润处理，这个过程去除了耐水解短切纤维表面的水分，对耐水解短切纤维实施了表面包覆，阻隔了空气中水分与耐水解短切纤维的直接接触，避免了耐水解短切纤维表面水分对尼龙的水解，增强了耐水解短切纤维与尼龙树脂的相容。
其中，所述偶联剂为kh550或kh792中的一种或两种以任意比例的混合物。kh-550的化学名称：γ-氨基丙基三乙氧基硅烷，分子式：nh2(ch2)3si(och2ch5)3，物化性质：无色透明液体，闪点96℃，密度(25℃)：0.946，折光率(25℃)：1.420，分子量：221.4，能和乙醇、乙醚、甲苯、二甲苯等有机溶剂混溶、与ccl4反应，遇水水解成硅醇，ph：9-10。kh792的分子式：nh2(ch2)2nh(ch2)3si(och3)3，物化性质：无色至淡黄色透明液体，密度(25℃)：1.030，折光率(25℃)：1.427，沸点(760mmhg)：259℃，闪点：88℃，分子量：222.4，其溶于苯、乙醚等有机溶剂，与丙酮、四氯化钛、水反应，是一种双官能团硅烷。
其中，所述抗氧化剂为巴斯夫有限公司生产的抗氧化剂1098或抗氧化剂168以1:1的重量比混合的混合物。
其中，所述润滑剂为中蓝晨光硅酮粉或龙沙pets中的一种或者两种以任意比例的混合物。润滑剂可有效提高产品的流动性和脱模性，从而提高产量，降低能耗，使制品表面具有很高的光洁性、平滑性。
其中，所述抗浮纤剂为赢创德固赛特种化学有限公司生产的tegomerh-si6440p或tegomerp121中的一种或者两种以任意比例的混合物。其中，所述抗浮纤剂为赢创德固赛特种化学有限公司生产的tegomerh-si6440p或tegomerp121中的一种或者两种以任意比例的混合物。tegomer121是一种双亲性共聚高分子，外观：白色粉末，滴点：115℃，熔体粘度(150℃)<1000mpas。tegomerh-si6440p是一种含极性基团有机硅添加剂，其外观颗粒为颗粒状，熔点约为54℃，官能团主要是氢氧基团，官能度为2，水含量<0.1％，溶解性：溶于二甲苯、丙酮等；由于其颗粒形态，在多种材料的生产过程中，易于添加，其可提高材质的均一性。
上述二者均有提高塑料加工的流动性、降低扭矩、充模能力；改善表面光泽度，消除因加填料(如玻纤等)而引起的表面缺陷，降低不良率；提高了塑料粒子的喂料速度、生产速度，解决模头材料的积累，生产过程中无需人工介入；提高热塑性塑料注射成型中的脱模性，提高注射成型产品的外观光洁，表面手感；提高树脂在高温复杂的模胚中脱模，在螺杆中不打滑，不影响产品的后加工如喷涂或粘接，可印刷性优异。
一种高强度耐水解尼龙合金增强材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将pamxd6树脂、长碳链尼龙、偶联剂在高速混合机上搅拌均匀，继续加入抗氧剂、抗浮纤剂、润滑剂组分，搅拌均匀，得到的搅拌混合物投入双螺杆挤出机的主喂料斗；
(2)将耐水解短切纤维投入到挤出机侧喂料斗中；
(3)设置双螺杆挤出机各区温度在235～250℃，主机转速为300～600rpm，调节主喂料转速以控制混合物的喂入流量，调节侧喂料转速以控制耐水解短切纤维的喂入流量，以达到控制玻纤含量与产量；
(4)经挤出机挤出后过水冷却、风冷吹干，切粒机造粒，震动筛分选出粒子，制得高强度耐水解尼龙合金增强材料成品。
其中，所述高速混合机的转速为550-650rpm/min，搅拌时间为2-5分钟。
本发明的有益效果为：本发明的高强度耐水解尼龙合金增强材料，在保持玻纤增强尼龙材料的高强度、高韧性、优良表面的同时，也保证了材料的低吸水率和耐水解性能，确保了零部件吸水调节后的尺寸稳定性和强度保持，符合rohs环保标准。本发明成品配合制品模具，经注塑机加工成各种制品，应用于齿轮、轴承、汽车雨刮、开关水阀、螺丝螺母、涉水涡轮、洗衣机洗碗机的排水泵等方面。
本发明的成品为本色材料，可添加色母注塑制成各颜色制品。
本发明的高强度耐水解尼龙合金增强材料的制备方法，工艺简单，生产效率高，可规模化生产。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
本发明实施例1-5及对比例1-6各组分的原料组成具体如表1。
表1本发明实施例1-5及对比例1-6各组分的原料组成
实施例1
一种高强度耐水解尼龙合金增强材料，它由以下重量份的原料组成：
一种高强度耐水解尼龙合金增强材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将pamxd6树脂、长碳链尼龙、偶联剂在高速混合机上搅拌均匀，继续加入抗氧剂、抗浮纤剂、润滑剂组分，搅拌均匀，得到的搅拌混合物投入双螺杆挤出机的主喂料斗；所述高速混合机的转速为550rpm/min，搅拌时间为3分钟；
(2)将耐水解短切纤维投入到挤出机侧喂料斗中；
(3)设置双螺杆挤出机各区温度在235℃，主机转速为300rpm，调节主喂料转速以控制混合物的喂入流量，调节侧喂料转速以控制耐水解短切纤维的喂入流量，以达到控制玻纤含量与产量；
(4)经挤出机挤出后过水冷却、风冷吹干，切粒机造粒，震动筛分选出粒子，制得高强度耐水解尼龙合金增强材料成品。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例的一种高强度耐水解尼龙合金增强材料，它由以下重量份的原料组成：
本实施例的高强度耐水解尼龙合金增强材料的制备方法与实施例1的不同之处在于：所述步骤(1)中，高速混合机的转速为580rpm/min，搅拌时间为4分钟；所述步骤(3)中，设置双螺杆挤出机各区温度在240℃，主机转速为350rpm。
本实施例其它地方与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例3
一种高强度耐水解尼龙合金增强材料，它由以下重量份的原料组成：
本实施例的高强度耐水解尼龙合金增强材料的制备方法与实施例1的不同之处在于：所述步骤(1)中，高速混合机的转速为600rpm/min，搅拌时间为2分钟；所述步骤(3)中，设置双螺杆挤出机各区温度在245℃，主机转速为400rpm。
本实施例其它地方与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例4
一种高强度耐水解尼龙合金增强材料，它由以下重量份的原料组成：
本实施例的高强度耐水解尼龙合金增强材料的制备方法与实施例1的不同之处在于：所述步骤(1)中，高速混合机的转速为620rpm/min，搅拌时间为3分钟；所述步骤(3)中，设置双螺杆挤出机各区温度在245℃，主机转速为450rpm。
本实施例其它地方与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例5
一种高强度耐水解尼龙合金增强材料，它由以下重量份的原料组成：
本实施例的高强度耐水解尼龙合金增强材料的制备方法与实施例1的不同之处在于：所述步骤(1)中，高速混合机的转速为650rpm/min，搅拌时间为2分钟；所述步骤(3)中，设置双螺杆挤出机各区温度在250℃，主机转速为600rpm。
本实施例其它地方与实施例1相同，在此不再赘述。
对实施例1-5制得的高强度耐水解尼龙合金增强材料进行测试，拉伸强度依照astmd638，弯曲模量依照astmd790，缺口冲击强度依照astmd256等相关标准实验测得(干态为测试样条注塑成型后在23℃、湿度为50％rh恒温恒湿环境下放置24h后的状态，湿态为干态测试样条在85℃水浴环境下放置24h后的状态)。外观光洁度方面，依照注塑温度300℃，模具温度120℃，注塑压力85mpa，注塑速度65％等工艺条件下制得色板，目视表面是否浮纤，并依照astmd2457标准使用光泽度测试仪测得其表面光泽度。
实施例1～5相关测试数据如表1所示。
表1
采用5个对比例进行对照，如下：
对比例1
本对比例与实施例5比较，不同之处在于：未添加长碳链尼龙，它由以下重量份的原料组成：
本对比例其它地方与实施例5相同，在此不再赘述。
对比例2
本对比例与实施例5比较，不同之处在于：未添加pamxd6树脂，它由以下重量份的原料组成：
本对比例其它地方与实施例5相同，在此不再赘述。
对比例3
本对比例与实施例5比较，不同之处在于：玻纤更换为普通无碱短纤ecs10-3.0-t435n，它由以下重量份的原料组成：
本对比例其它地方与实施例5相同，在此不再赘述。
对比例4
本对比例与实施例5比较，不同之处在于：未添加抗浮纤剂，它由以下重量份的原料组成：
本对比例其它地方与实施例5相同，在此不再赘述。
对比例5
本对比例与实施例5比较，不同之处在于：耐水解短切纤维的含量为70份，它由以下重量份的原料组成：
本对比例其它地方与实施例5相同，在此不再赘述。
对比例6
本对比例与实施例5比较，不同之处在于：将pamxd6树脂与长碳链尼龙均更换为神马股份的pa66epr27，它由以下重量份的原料组成：
本对比例其它地方与实施例5相同，在此不再赘述。
对比例1-6的制品进行测试，相关测试标准与条件与表1测试相同。对比例1～6相关测试数据如表2所示。
表2
通过以上5个实施例可以看出，pamxd6树脂配合长碳链尼龙为基材的配方体系材料拉伸强度与弯曲模量经过水煮后的性能衰减幅度均不到15％。而通过比对例6可以发现，以pa66树脂为基材的配方体系材料经过水煮后的拉伸强度衰减幅度达34.1％、弯曲模量衰减幅度达42.5％。
通过对比例3与实施例5可以看出，加了耐水解短切纤维的配方体系材料经水煮后的弯曲模量衰减仅为15％，而使用普通无碱玻纤的配方体系材料经水煮后的弯曲模量衰减达52％，由此可以看出耐水解短纤对此材料的性能有较大的维稳功效。
通过对比例1可以看出pamxd6树脂刚性很强，韧性略显不足。通过对比例2可以看出长碳链尼龙韧性理想，刚性略显不足。通过对比例4可以看出抗浮纤剂对材料表面外观起到重要的作用。通过对比例5可以看出过高的玻纤含量会恶化材料的表面效果。
综合以上几点，结合pamxd6树脂、长碳链尼龙、耐水解短纤、抗浮纤剂等重要成分的优点，且各比列协调搭配，可制得高强度耐水解尼龙合金增强材料。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的同时任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。