一种聚酰胺复合材料及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及激光焊接材料技术领域，特别是涉及一种聚酰胺复合材料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.玻纤因抗拉强度大的特征，能够用作强化塑料的补强材料；而尼龙材料具有良好的综合性能，具体包括良好的力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适于用玻纤填充增强改性。
3.现有的激光焊接材料常常采用尼龙和玻纤的混合体系，cn105199381a公开了一种高透光玻纤增强的聚酰胺材料，其不添加任何色粉的正常本色情况下，可以作为透光层材料使用。但添加常规色粉，尤其是深色色粉后，材料的透光性将大幅衰减，以至于无法进行正常焊接操作。且此类激光焊接材料对机械性能的要求高，但原料中添加的抗氧剂成分中含有可吸收红外光的离子，往往会导致透光率降低。
4.cn114987019a公开了一种颜色可选择、激光焊接用尼龙复合材料，其包括透光层粒料和吸光层粒料，透光层粒料包括热塑性聚酰胺树脂、增强材料、透明增韧剂和色粉；吸光层粒料热塑性聚酰胺树脂、增强材料、增韧剂、黑色母和有机黑色母，即该项专利申请中除了添加有机黑色母，还添加有炭黑(无机黑色母)，无机色粉容易吸收光波，影响激光透光率。
5.因此，现有技术中的激光焊接材料无法兼具高耐热和高激光透光率的特性，无法广泛应用于发动机及其周边零部件的焊接。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种聚酰胺复合材料及其制备方法与应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.本发明是通过以下技术方案实现的：
8.一种聚酰胺复合材料，包括如下重量份数的组分：
9.常规尼龙30～70份，所述常规尼龙选用pa66；
10.特种尼龙5～15份，所述特种尼龙为透明尼龙和/或长碳链尼龙，特种尼龙用于降低常规尼龙的结晶速度以及结晶度，使得红外光更容易穿透，同时，较低的结晶速度可以使得玻纤均匀分散，避免玻纤聚集降低透光率；
11.玻纤15～40份，所述玻纤为扁平玻纤与圆形玻纤复配，其中扁平玻纤与圆形玻纤的重量比为5～35：65～95，由于传统的圆形玻纤机械性能更优，而扁平玻纤的各向性能差异性小，采用上述配比的扁平玻纤和圆形玻纤，能够有效平衡材料机械性能及均匀度，避免玻纤聚集，避免影响材料透光率；
12.成核剂0.1～3份，成核剂用于细化尼龙的晶格，使得晶格尺寸小于红外光波长，最终获得较高的透光率；
13.抗氧助剂0.1～5份，所述抗氧助剂由用于满足材料机械性能的铜盐抗氧剂和用于改善材料透光率的复合抗氧剂构成，所述铜盐抗氧剂和复合抗氧剂在重量比为1：10～20，虽然铜盐抗氧剂会影响材料透光率，但上述配比能够在满足材料机械性能的同时稳定透光率；
14.润滑剂0.1～3份，所述润滑剂选自硅润滑剂和/或酰胺润滑剂；
15.增透剂0.1～3份，所述增透剂包括金属氯化物，金属离子与尼龙的酰胺键形成络合，能够有效防止分子链间形成极性氢键，避免结晶度增加，进而有效提高激光透光率；
16.有机色粉0.1～3份，用有机色粉替代无机色粉，能够避免炭黑等无机色粉吸收光波，进而改善材料的透光性能，便于后续焊接。
17.优选的，所述特种尼龙为长碳链生物基透明尼龙hinny tn955。
18.优选的，所述成核剂选自长链饱和线性羧酸盐、山梨糖醇类、壬醇类、木糖醇类、磷类、三氨基苯衍生物的至少一种。
19.优选的，所述复合抗氧剂选自受阻酚抗氧剂、受阻胺抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂、磷酸盐抗氧剂、环氧树脂的至少两种。
20.作为本发明的进一步方案，所述聚酰胺复合材料的组分还包括：0.1～0.3重量份的硅烷偶联剂改性透光材料，所述透光材料选自磷烯、硅烯、石墨烯、类石墨烯中的至少一种。
21.本发明还提供了一种上述聚酰胺复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
22.s1、按配方量将常规尼龙、特种尼龙加入混合机中，混合10～15min，得到预混料；
23.s2、按配方量将成核剂、抗氧助剂、润滑剂、增透剂、有机色粉加入混合机中，混合3～5min，得到添加剂预混料；
24.s3、将步骤s1得到的预混料、s2得到的添加剂预混料均匀加入双螺杆挤出机主喂料下料筒中，玻纤或玻纤与改性组分的混合物经侧向喂料下料筒投入双螺杆挤出机中，经加热、熔融、挤出、切粒，得到聚酰胺复合材料。
25.优选的，所述改性组分包括硅烷偶联剂改性透光材料，所述透光材料选自磷烯、硅烯、石墨烯、类石墨烯中的至少一种，类石墨烯具体为过渡金属碳化物。
26.作为本发明的进一步方案，所述改性组分涂覆在玻纤表面或与玻纤直接混合。
27.优选的，双螺杆挤出机的挤出温度为250～280℃，螺杆转速为280～350rmp。
28.本发明还提供了一种上述聚酰胺复合材料在激光焊接零件中的应用，激光焊接零件包括但不限于发动机及其零部件。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30.1.本发明采用特种尼龙与普通尼龙混合物为主要原料，利用铜盐抗氧剂和复合抗氧剂构成的抗氧助剂，在满足材料机械性能的同时提高透光率。
31.2.本发明采用扁平玻纤与圆形玻纤复配，能够有效平衡材料机械性能及均匀度，避免玻纤聚集，避免影响材料透光率。
32.3.本发明选用有机色粉替代无机色粉，能够避免无机色粉吸收光波，进而改善材料的透光性能，便于后续焊接。
具体实施方式
33.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
34.实施例1：
35.本实施例提供了一种聚酰胺复合材料，其包括以下重量份数的组分：30重量份尼龙pa66、15重量份透明尼龙、5重量份扁平玻纤、15重量份圆形玻纤、3重量份成核剂长链饱和线性羧酸盐、0.2重量份铜盐抗氧剂、2重量份受阻酚抗氧剂、2重量份环氧树脂、3重量份酰胺润滑剂、3重量份增透剂金属氯化物、1.8重量份有机色粉。
36.本实施例还提供了一种上述聚酰胺复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
37.s1、按上述配方量将常规尼龙、特种尼龙加入混合机中，混合10～15min，得到预混料；
38.s2、按上述配方量将成核剂、抗氧助剂、润滑剂、增透剂、有机色粉加入混合机中，混合3～5min，得到添加剂预混料；
39.s3、将步骤s1得到的预混料、s2得到的添加剂预混料均匀加入双螺杆挤出机主喂料下料筒中，玻纤经侧向喂料下料筒投入双螺杆挤出机中，经加热、熔融、挤出、切粒，得到聚酰胺复合材料，双螺杆挤出机的挤出温度为250～280℃，螺杆转速为280～350rmp。
40.实施例2：
41.本实施例提供了一种聚酰胺复合材料，其包括以下重量份数的组分：40重量份尼龙pa66、15重量份透明尼龙、5重量份扁平玻纤、15重量份圆形玻纤、2重量份山梨糖醇类成核剂、0.1重量份铜盐抗氧剂、0.5重量份受阻酚抗氧剂、0.5重量份受阻胺抗氧剂、2重量份酰胺润滑剂、3重量份增透剂金属氯化物、1.9重量份有机色粉。
42.本实施例提供的聚酰胺复合材料的制备方法步骤与实施例1一致。
43.实施例3：
44.本实施例提供了一种聚酰胺复合材料，其包括以下重量份数的组分：50重量份尼龙pa66、10重量份长碳链生物基透明尼龙hinny tn955、3重量份扁平玻纤、17重量份圆形玻纤、2重量份壬醇类成核剂、0.05重量份铜盐抗氧剂、0.35重量份受阻酚抗氧剂、0.5重量份受阻胺抗氧剂、2重量份酰胺润滑剂、3重量份增透剂金属氯化物、2重量份有机色粉、0.1重量份硅烷偶联剂改性硅烯。
45.本实施例提供的聚酰胺复合材料的制备方法步骤中，与实施例1的不同之处在于，步骤s3中，预混料、添加剂预混料均匀加入双螺杆挤出机主喂料下料筒，设定重量份的玻纤与硅烷偶联剂改性硅烯混料经侧向喂料下料筒投入双螺杆挤出机中，经加热、熔融、挤出、切粒，得到聚酰胺复合材料，其余均与实施例1一致。
46.实施例4：
47.本实施例提供了一种聚酰胺复合材料，其包括以下重量份数的组分：56重量份尼龙pa66、10重量份长碳链生物基透明尼龙hinny tn955、3重量份扁平玻纤、17重量份圆形玻纤、0.5重量份壬醇类成核剂、0.05重量份铜盐抗氧剂、0.25重量份受阻酚抗氧剂、0.5重量份受阻胺抗氧剂、0.5重量份酰胺润滑剂、1重量份增透剂金属氯化物、1重量份有机色粉、
0.2重量份硅烷偶联剂改性硅烯。
48.本实施例提供的聚酰胺复合材料的制备方法步骤与实施例3一致。
49.实施例5：
50.本实施例提供了一种聚酰胺复合材料，其包括以下重量份数的组分：70重量份尼龙pa66、5重量份长碳链生物基透明尼龙hinny tn955、3重量份扁平玻纤、17重量份圆形玻纤、2重量份壬醇类成核剂、0.05重量份铜盐抗氧剂、0.25重量份受阻酚抗氧剂、0.4重量份受阻胺抗氧剂、2重量份酰胺润滑剂、3重量份增透剂金属氯化物、2重量份有机色粉、0.3重量份硅烷偶联剂改性石墨烯。
51.本实施例提供的聚酰胺复合材料的制备方法步骤与实施例3一致。
52.本发明实施例1-5提供的聚酰胺复合材料均可用于激光焊接零件，激光焊接零件包括但不限于发动机及其零部件。
53.对比例1：
54.对比例1提供的聚酰胺复合材料与实施例3的不同之处在于，玻纤均采用圆形玻纤，抗氧助剂选用0.9重量份铜盐，色粉选用2.1重量份无机色粉黑炭，且原料中不含改性组分，其余组分及制备方法均与实施例3一致。
55.对比例2：
56.对比例2提供的聚酰胺复合材料与实施例4的不同之处在于，玻纤均采用扁平玻纤，抗氧助剂均选用不含铜盐的复合抗氧剂，具体为0.8重量份受阻酚抗氧剂，色粉选用1.2重量份无机色粉黑炭，且原料中不含改性组分，其余组分及制备方法均与实施例3一致。
57.本发明实施例、对比例提供的聚酰胺复合材料的组分如表1所示。
58.表1
[0059][0060]
[0061]
分别对实施例1-5、对比例1-2提供的聚酰胺复合材料进行激光透光率检测，检测结果如表2所示。
[0062]
表2
[0063][0064]
由表2可知，本发明实施例提供的聚酰胺复合材料较对比例具备更优的激光透光性能，其中，实施例4提供的聚酰胺复合材料激光透光率最高。因此，对实施例4提供的聚酰胺复合材料进行机械性能检测，检测结果如下：其拉伸强度为140mpa，150℃3000h拉伸保留率为103％，缺口冲击强度为9kj/m2，150℃3000h缺口冲击保留率为75％，280℃下螺旋流动长度为45cm，即实施例4提供的聚酰胺复合材料在提高激光透光率的同时保留了较好的机械性能，便于后续焊接。
[0065]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很说明书
[0066]
好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。