一种高强高韧塑胶材料及其制备方法及高强高韧塑胶制品与流程

本技术涉及高分子材料，更具体地说，它涉及一种高强高韧塑胶材料及其制备方法及高强高韧塑胶制品。

背景技术：

1、聚酰胺因其特殊的分子结构，具有优异的力学性能、自润滑性能及热稳定性，被作为工程塑料而广泛用于汽车、电子电器、机械及运动器材、日常塑料制品等领域。但聚酰胺存在成型收缩率高、吸水率高等缺点，使制备制件的尺寸稳定性差，限制了聚酰胺的使用。

2、为了增强pa的性能，扩大使用范围，一般采用玻璃纤维对pa材料进行改性增强。现有技术中，申请号为cn201310344778x的中国发明专利文件公开了一种高强度、高韧性玻纤增强pa/abs复合材料，包括由以下重量百分比含量的原料组分制备得到：聚酰胺10％～65％，abs10％～50％，相容剂5％～15％，玻璃纤维10％～40％，抗氧剂0.1％～1％，润滑分散剂0.1％～1％，所述的聚酰胺为聚酰胺6，其特性粘度为2.4dl/g，所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维，其表面经硅烷偶联剂处理过，所述的相容剂为马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯双官能团共接枝聚烯烃弹性体。

3、针对上述中的相关技术，发明人发现相容剂虽然能解决pa和abs的相容性，随着pa中添加的玻璃纤维的比例增加，对玻璃纤维与pa的粘合度和相容性都具有一定的影响，造成制得的塑料粒制品中部分玻璃纤维与pa树脂脱粘，从而大大降低了后续生产的塑料制品的力学性能。

技术实现思路

1、为了提高塑胶制品的强度和韧性等力学性能，本技术提供一种高强高韧塑胶材料及其制备方法及高强高韧塑胶制品。

2、第一方面，本技术提供一种高强高韧塑胶材料，采用如下的技术方案：

3、一种高强高韧塑胶材料，包括以下重量份的组分：聚酰胺20-80份、聚碳酸酯15-70份、抗氧剂0.1-1.1份、润滑剂0.1-1.5份、改性玻璃纤维10-40份、相容剂1.5-2.5份；

4、所述改性玻璃纤维制法包括以下步骤：将玻璃纤维在浸润剂中浸渍、抽滤、干燥后，浸渍在聚四氟乙烯的二氯甲烷溶液中，抽滤、干燥后，再在玻璃纤维表面沉积聚多巴胺，接着浸渍到二氧化硅分散液中，抽滤、干燥。

5、通过采用上述技术方案，利用聚碳酸酯和聚酰胺作为高强高韧塑胶材料的主要基料，聚碳酸酯具有突出的冲击韧性、良好的透明性和尺寸稳定性，利用相容剂改善聚碳酸酯和聚酰胺之间的界面粘接力，提高其共混体系的力学强度，聚碳酸酯提高了聚酰胺的抗冲强度，改善了其低温脆性，降低吸水率，提高抗蠕变性和尺寸稳定性；使用玻璃纤维以增强聚碳酸酯和聚酰胺共混物的强度和韧性，玻璃纤维经过改性后，与聚碳酸酯和聚酰胺的界面粘接力增大，相容性得到改善；改性玻璃纤维先用浸润剂润湿，浸润剂能有效保护玻璃纤维表面，并一定程度上提高玻璃纤维与聚四氟乙烯树脂的界面结合牢度，聚四氟乙烯经干燥后，在玻璃纤维上形成聚四氟乙烯膜，玻璃纤维分散在聚酰胺中，起到承载和传递应力的作用，聚四氟乙烯的包覆能改善玻璃纤维的力学强度，但因表面聚四氟乙烯的包覆，玻璃纤维与聚酰胺的相容性仍有待改善，因此利用多巴胺在聚四氟乙烯表面沉积，多巴胺在聚四氟乙烯上发生氧化g交联反应，生成可吸附于聚四氟乙烯膜的聚多巴胺复合层，改善聚四氟乙烯的亲水性，再利用聚多巴胺的黏附性，将二氧化硅黏附在聚四氟乙烯表面，增加聚四氟乙烯表面的粗糙度，有利于增强玻璃纤维的弯曲强度和拉伸强度，改善聚四氟乙烯与聚酰胺的相容性，而且聚多巴胺改善了聚四氟乙烯与二氧化硅的界面强度，使聚四氟乙烯表面黏附更多的二氧化硅颗粒，有助于二氧化硅的分散，更好的形成多级增强结构，改善力学强度。

6、可选的，所述浸润剂包括以下重量份的组分：

7、1.9-2份偶联剂kh550、2.4-3份偶联剂z6214和0.8-1.2份纳米氮化硼、1-2份改性玉米淀粉、10-12份乙醇。

8、通过采用上述技术方案，润湿剂中玉米淀粉作为成膜剂，能在玻璃纤维表面形成保护膜，以改善玻璃纤维与聚四氟乙烯之间的界面结合牢度，而偶联剂kh550中氨基表面电负性很小的氢原子容易与聚四氟乙烯中电负性强的氟原子形成氢键，使玻璃纤维与聚四氟乙烯的二氯甲烷容易分散均匀，提高二者的界面相容性，提高复合材料的界面结合强度，偶联剂z6214能促进浸润剂成膜的紧密性，且其中含有苯环结构，能便于与聚四氟乙烯长且扭曲的长分子链相互缠绕，聚四氟乙烯的长分子链可以穿过苯环使得二者连接更加紧密，有利于提高聚四氟乙烯与玻璃纤维得到连接稳定性，氮化硼能在玻璃纤维上形成均匀的一层点状颗粒物，表面凹凸不平，粗糙度增大，能改善玻璃纤维表面的粗糙度，又能改善玻璃纤维本身的表面能，从而使玻璃纤维与聚四氟乙烯的界面粘合性更好，从而使力学性能更优异。

9、可选的，所述浸润剂由以下方法制成：

10、将偶联剂kh550和偶联剂z6214、纳米氮化硼、改性玉米淀粉，混合均匀后，加入乙醇，超声分散，制得浸润剂。

11、通过采用上述技术方案，浸润剂的制备方法简单，将各物质混合后超声，便于各组分在乙醇中分散均匀，制成性质温定且均一的浸润剂。

12、可选的，所述二氧化硅分散液由质量比为1-1.5:0.1-0.3:10的纳米二氧化硅、pet和乙醇混合制成。

13、通过采用上述技术方案，二氧化硅分散液中不仅含有二氧化硅，还含有pet，在聚多巴胺的黏附作用下，pet和二氧化硅黏附在玻璃纤维表面的聚四氟乙烯膜上，增大了聚四氟乙烯表面的粗糙度，改善了聚四氟乙烯与聚酰胺的相容性，当制备塑胶材料时，因pet的热熔温度高于聚酰胺的热熔温度，因此在挤出造粒时不会使pet热熔，所以在玻璃纤维与聚酰胺热熔时，玻璃纤维上的pet也不会热熔，仍以固态颗粒的形式存在，从而改善玻璃纤维与聚酰胺的相容性，提高界面粘附力，改善塑胶材料的强度和韧性。

14、可选的，所述塑胶材料中还包括10-15重量份改性乙烯-醋酸乙烯共聚物，所述改性乙烯-醋酸乙烯共聚物由0.3-0.6重量份埃洛石纳米管、1-2份eva和0.5-1份聚乙烯醇、0.4-0.8重量份纳米纤维素纤丝混合、挤出造粒制成。

15、聚酰胺材料对水分子等极性小分子等物质的阻隔性较差，通过采用上述技术方案，加入由eva、埃洛石纳米管、聚乙烯醇和纳米纤维素纤丝混合挤出制成的改性eva，埃洛石纳米管是在天然条件下由高岭土的片层卷曲而成，其化学组成与高岭土相同，但其具有独特的纳米性质，具有较大的长径比和比表面积，但其由于氢键作用，与聚合物的相容性不好，易出现团聚现象，在将其与eva混合挤出时，添加聚乙烯醇，因聚乙烯醇与eva结构相似，两者具有一定的相容性，聚乙烯醇的加入破坏了埃洛石纳米管分子间的氢键作用，削弱了分子间的作用力，使以改善埃洛石纳米管与eva之间的界面结合力，埃洛石纳米管均匀分散在eva中，起到传递应力的作用，从而增强eva；纳米纤维素纤丝具有较高的结晶度和内聚能密度，是一种高效的氧气阻隔物质，能形成密集复杂的网络结构，能减少氧气的渗透性，且纳米纤维素纤丝上的羟基能与聚乙烯醇上的羟基形成较强的氢键作用，降低裸露羟基的数量，进而提升复合材料的水蒸气阻隔性；而且埃洛石纳米管和纳米纤维素纤丝在eva中起到异相成核作用，使改性eva的结晶度提高，从而提高阻隔性和拉伸强度。

16、可选的，所述相容剂包括质量比为2-3:5的苯乙烯-马来酸酐共聚物和甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

17、通过采用上述技术方案，使用苯乙烯-马来酸酐共聚物和甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物作为相容剂，能防止聚酰胺和聚碳酸酯在共混时发生氨基交换反应，从而避免由于基体分子量的降低导致混合材料的性能降低，且苯乙烯-马来酸酐共聚物中的酸酐基团能与聚碳酸酯中末端的羟基发生化学反应，以生成马来酸酐和聚碳酸酯的接枝物，甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的苯乙烯链段与聚碳酸酯具有较好的相容性，其中的环氧基团能与聚碳酸酯发生化学反应，因此，在两种相容剂的共同作用下，相容剂和基体在共混过程中发生了化学反应，从而显著降低了聚酰胺和聚碳酸酯的界面张力，使聚碳酸酯在熔融过程中逐步细化和分散，最终得到分散相粒子充分细化、粒径分布小和分散性良好的共混物。

18、可选的，所述抗氧剂选自抗氧剂168、抗氧剂1076和抗氧剂1010中的一种或几种；所述润滑剂为质量比为1:0.4-0.7的乙撑双硬脂酰胺和硅酮。

19、可选的，所述pa为pa66，pa66的相对粘度为1.5-3.5；

20、所述聚碳酸酯选自重均分子量为15000-45000g/mol的双酚a型聚碳酸酯。

21、通过采用上述技术方案，若聚酰胺的黏度过低，可能导致共混体系的流动性太好，不易拉条切粒；若黏度过高，则流动性太差，不利于与聚碳酸酯混合均匀；双酚a型聚碳酸酯具有良好的抗冲击性和耐蠕变性，还具有高透明度、良好的尺寸稳定性。

22、第二方面，本技术提供一种高强高韧塑胶材料的制备方法，采用如下的技术方案：一种高强高韧塑胶材料的制备方法，包括以下步骤：

23、将聚酰胺、聚碳酸酯和相容剂、抗氧剂、润滑剂混合，制得预混料；

24、将预混料挤出造粒，并在挤出过程中将改性玻璃纤维在侧向喂料口加入，挤出造粒，制得高强高韧塑胶材料。

25、通过采用上述技术方案，将改性玻璃纤维由侧向喂料口加入，便于提高改性玻璃纤维的分散均匀性。

26、第三方面，本技术提供一种高强高韧塑胶制品，采用如下的技术方案：

27、一种高强高韧塑胶制品，包括高强高韧塑料材料。

28、综上所述，本技术具有以下有益效果：

29、1、由于本技术采用聚碳酸酯作为聚酰胺的强度改性材料，并添加相容剂，改善二者的相容性，提高混合材料的力学强度，并以先浸润剂浸渍，再包覆聚四氟乙烯，再利用聚多巴胺在聚四氟乙烯上粘附二氧化硅的方法制备改性玻璃纤维，浸润剂改善了玻璃纤维与聚四氟乙烯的分散性和相容性，聚四氟乙烯的包覆提高了玻璃纤维的强度，聚多巴胺改善了聚四氟乙烯的亲水性，提高了聚四氟乙烯与二氧化硅的粘附力，而二氧化硅改善聚四氟乙烯的粗糙度，提升了玻璃纤维与聚酰胺的界面粘接性，从而使制成的塑胶材料力学性能更加优异。

30、2、本技术中优选采用偶联剂kh550、偶联剂z6214、氮化硼等作为浸润剂，两种偶联剂的加入能改善聚四氟乙烯与玻璃纤维的相容性，氮化硼能增大玻璃纤维表面的粗糙度，从而增加玻璃纤维与聚四氟乙烯的粘接力。

31、3、本技术中优选向塑胶材料中加入由埃洛石纳米管、聚乙烯醇、纤维素纳米纤丝和eva混合造粒的改性eva，埃洛石纳米管和纤维素纳米纤丝作为成核剂，能改善塑胶材料的阻隔性和力学强度，聚乙烯醇与纤维素纳米纤丝配合，还能进一步降低水蒸气的透过率，改善水蒸气阻隔性。