一种聚酰胺复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种聚酰胺复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚酰胺树脂具有良好的力学性能、耐化学药品性能、耐磨、耐热等优良性能，目前 已广泛应用于汽车、航空航天、化工、机械、电子电器、运动器材等领域。由于聚酰胺分子中 存在大量氢、氧以及氮原子，因而分子间容易形成氢键，提高了分子间作用力，这就使得聚 酰胺材料具有高强度、高刚性的特点。此外，聚酰胺还具有耐磨损、耐腐蚀等优点。
[0003] 然而，聚酰胺分子为线性不对称结构，其分子链呈绕曲状态，所以聚酰胺材料的结 晶度较低，一般只有25%_45%。且由于聚酰胺分子结构中含有大量的胺基和羰基，因此，其 容易与水分子形成氢键，导致使用该物质的材料在使用及存放时容易吸水，进而产生增塑 效应，最终导致材料体积膨胀、模量下降，在机械力作用下发生明显蠕变。而材料如果抗蠕 变能力差，就会使得其机械性能降低、尺寸稳定性差，在很大程度上限制了材料的应用，特 别不适用于作为高温高湿环境下、具有较高机械性能和尺寸稳定性要求的材料。同时，由于 聚酰胺材料本身没有抗菌性能，很大程度上限制了聚酰胺材料在家用电器、厨卫以及学校 医院等方面的使用。如CN 203729669 U涉及的一种抗菌尼龙门把手，在使用频繁的公共场 合，由于长期受到外力作用，容易发生蠕变，从而缩短材料的使用寿命。
[0004] 目前，主要通过加入各种填料以及抗菌剂，来克服聚酰胺材料蠕变和不抗菌的不 足，同时提高聚酰胺材料物理性能。常用的填料多为无机粉体和各类纤维，其中，常用的滑 石粉、高岭土等无机粉体对材料的韧性有较大的影响，同时对材料的强度提高也不理想;而 玻璃纤维有着较大的长径比，虽然对材料的力学性能有较大提高，但是，玻璃纤维的添加对 材料的加工性能有一定的影响，特别是用于制件较大、结构较复杂的产品时容易产生应力 翘曲、发生变形以及降低产品表面光泽度。而目前所用抗菌剂成本较高，不利于复合材料成 本的控制。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种具有高机械强度、低蠕变、抗菌、耐磨损、耐热、耐腐 蚀、尺寸稳定性好、减震、降噪等性能的聚酰胺复合材料，旨在解决现有聚酰胺材料抗蠕变 性能和抗菌性能差的问题。
[0006] 本发明的另一目的在于提供一种聚酰胺复合材料的制备方法。
[0007] 本发明是这样实现的，一种聚酰胺复合材料，包括如下重量份数的下列组分： 聚酰胺 30-90份； 氧化锌 5-50份； 偶联剂 0.1-1.0份；
[0008]抗氧剂 0.1-1.0 份； 耐热剂 0-1.0份; 润滑剂 0.1-2.0份; 分散剂 0.1-2.0份，
[0009] 其中，所述氧化锌为四针状氧化锌晶须。
[0010] 以及，一种聚酰胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011] 按照所述聚酰胺复合材料的配方称取各组分；
[0012] 将除氧化锌和偶联剂外的所有组分进行第一混合处理，得到第一混合物料;将氧 化锌和偶联剂进行第二混合处理，得到第二混合物料；
[0013] 将所述第一混合物料从双螺杆挤出机的主喂料口进料、所述第二混合物料从侧喂 料口加入，进行熔融挤出，造粒。
[0014] 本发明提供的聚酰胺复合材料，添加了四针状氧化锌组分，所述四针状氧化锌无 结构缺陷，其强度高，具有优异的补强增韧性能和抗菌性能，同时改善聚酰胺材料的强度、 抗蠕变性能和抗菌性能。具体的，由于所述四针状氧化锌晶须微观为三维四针状立体结构， 即晶须有一核心，从核心径向方向伸展出四根针状晶体，每根针状体均为单晶体微纤维，任 两根针状体的夹角为109°，晶须的中心体直径0.7-1.4μπι，针状体根部直径0.5-14μπι，针状 体长度为3_200μπι，具有特殊的空间立体结构。所述四针状氧化锌组分因其独特的立体四针 状三维结构，容易实现在基体材料中的均匀分布，从而各向同性地改善材料的物理性能；同 时由于其四针状结构，复合材料中的聚酰胺分子链能够在其四个针上稳固缠绕，各相均一， 消除每个方向的分子链滑移，从而从本质上并且高效的解决尼龙的蠕变，使得聚酰胺复合 材料的抗蠕变性能明显增强，即便是在高温高湿环境下，也能具有优良的机械性能和尺寸 稳定性。同时，所述四针状氧化锌晶须具有较好的抗菌作用，能够用于厨卫、公共场合以及 家用电器如齿轮、阀门、门把手、运动器材、汽车部件等抗菌要求较高的产品，具有良好的发 展前景。
[0015] 本发明提供的聚酰胺复合材料，具有良好的抗蠕变性，在使用过程中长期受力而 不变形，同时还具有抗菌能力，能够防止细菌、病毒的滋生和传播，能够用于厨卫（如洗衣 机、马桶部件）、公共场合以及医院公共设施和医疗设备（如齿轮、阀门、把手)等;本发明提 供的聚酰胺复合材料，同时具有良好的减震性、吸波性能、耐热性、尺寸稳定性，能够用于汽 车零部件(如发动机罩盖、气门室罩盖、油门脚踏板等），同时还可应用于电动工具和运动器 材。此外，本发明提供的聚酰胺复合材料，还具有优良的机械强度、耐磨损、耐腐蚀、易加工 等性能，且成本低廉，具有广阔的应用前景，可以多领域应用，尤其适用于家电和厨卫产品。
[0016] 本发明提供的聚酰胺复合材料的制备方法，将氧化锌、偶联剂充分混合后作为一 个整体，与其他成分形成的混合物从不同喂料口进行喂料，可以保证所述氧化锌和偶联剂 充分分散均匀，从而得到性能优良的复合产品。此外，本发明提供的聚酰胺复合材料的制备 方法，只需将各组分进行混合处理后进行熔融制粒，操作简单可控，且熔融制粒工艺成熟， 易于实现产业化。
【具体实施方式】
[0017] 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明白，以下结合 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仅用以解释 本发明，并不用于限定本发明。
[0018] 本发明实施例提供了一种聚酰胺复合材料，包括如下重量份数的下列组分： 聚酰胺 30-如份； 氧化锌 5-50份； 偶联剂 0.I-1.0份；
[0019]抗氧剂 0.1-1.0 份； 耐热剂 0-1,0份 润滑齐丨J 0.1-2.0份; 分散剂 0.1-2.0份，
[0020] 其中，所述氧化锌为四针状氧化锌晶须。
[0021] 具体的，所述聚酰胺作为本发明实施例聚酰胺复合材料的主体，赋予复合材料高 强度、高刚性、耐磨损、耐腐蚀的优点。本发明实施例中，所述聚酰胺为PA6、PA66的一种或是 两种形成的混合物。作为优选实施例，为了获得良好的流动性、高强度、耐磨损、耐高温等良 好性能，所述聚酰胺选用相对密度为1.12-1.15、相对粘度为2.0-2.8的PA6、PA66。本发明实 施例中，所述聚酰胺的含量为30-90份，可为30份、35份、40份、45份、50份、55份、60份、65份、 70份、75份、80份、85份、90份等具体份数。
[0022] 本发明实施例中，所述氧化锌四针状氧化锌晶须。所述氧化锌晶须微观结构为三 维四针状立体结构，即晶须有一核心，从核心径向方向伸展出四根针状晶体，任两根针状体 的夹角为109°，晶须的中心体直径0.7-1.4μπι，针状体根部直径0.5-14μπι，针状体长度为 100-200μπι。作为优选实施例，所述四针状氧化锌晶须为位错小、晶格缺陷少的单晶性氧化 锌晶须。本发明实施例中，所述氧化锌的杂质含量少，纯度2 99.95%，从而保证了其功能的 充分发挥，如具有极高的力学强度和弹性模量，拉伸强度和弹性模量分别达到1.0 X l〇4MPa 和3.5X105MPa。同时由于所述氧化锌晶须具有独特的立体四针状三维结构，使得所述氧化 锌晶须在基体材料中能够实现均匀分布，从而各相同性地改善材料的物理性能，赋予复合 材料各种独特性能，如增强、耐磨、抗菌、减震、降噪、吸波、抗静电等性能。另外，由于所述氧 化锌独特立体四针状三维结构，所述聚酰胺分子能够稳定的缠绕在其不同方向的针上，由 于每根针之间的夹角固定为109°，所以聚酰胺分子能被比较稳定的固定下来，从而避免吸 水后、在水分子的润滑作用下、所述聚酰胺分子链在外力作用下发生较大的滑移或分子链 松弛，导致材料发生蠕变，进而发生材料变形，影响其使用。
[0023]本发明实施例所述氧化锌晶须还具有优良的抗菌性能，且所述氧化锌晶须可以通 过光催化抗菌和接触式杀菌两种途径达到高效抗菌性能。具体的：由于所述氧化锌晶须具 有较强的光催化能力，经紫外照射后，所述氧化锌价带中的电子会激发到导带，形成自由移 动的带负电的电子和带正电的空穴，这种空穴与吸附在材料表面的氧气、羟基和水等反应 产生氢氧根、氧负离子和过氧化氢等具有还原作用的羟基自由基及活性氧离子，使得空气 和水中的氧变为活性氧。活性氧具有极强的氧化活性，它们能与多种微生物中的有机物(例 如:羟基等)发生反应，能降解多种有机化合物，破坏细菌细胞的增殖能力，而抑制或杀灭细 菌，即光催化抗菌。接触式杀菌是指氧化锌在含水的介质中缓慢释放锌离子，锌离子逐渐地 游离出来。由于锌离子具有氧化还原性，与细菌细胞膜相结合时，锌离子与其中的有机物发 生反应，能破坏膜蛋白的结构，使其失去活性，达到杀菌目的。此外，所述氧化锌晶须表面的 空穴会产生电子，直接参与反应，空穴数量越多就会产生更多的电子，其杀菌能力就增加。 本发明实施例所述氧化锌晶须同时能发挥抗菌和杀菌两种性能，而且相互起协同作用，赋 予所述聚酰胺复合材料高抗菌性能，使得所述聚酰胺复合材料适用于厨卫、公共场合设备 以及家用电器等方面使用，保证设备在使用及存放时不产生细菌，有利于生活健康。
[0024]本发明实施例中，所述氧化锌的含量对本发明的效果影响较大，当所述氧化锌的 含量过少时，无法发挥抗蠕变和抗菌性能；当所述氧化锌含量过多时，一方面，其发挥的抗 蠕变和抗菌性能饱和，难