本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高強(qiáng)度、高模量及外觀優(yōu)異的高纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料。

背景技術(shù)：

尼龍為聚酰胺的俗稱，英文名稱為Polyamide(PA)，它是大分子主鏈重復(fù)單元中含有酰胺基團(tuán)的高聚物的總稱。酰胺鍵具有極性，可形成氫鍵，分子間作用力大，分子鏈排列整齊，具有較高的結(jié)晶性,使得尼龍具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和彈性模量,同時尼龍具有熔點(diǎn)高、耐磨耗、摩擦系數(shù)小、自潤滑性好、吸震消音、化學(xué)穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，使得尼龍樹脂成為工程塑料中用量最大的一種，普遍應(yīng)用在汽車、機(jī)械制造、軸承、電動工具、低壓電器等領(lǐng)域。但尼龍材料吸水性大，尺寸穩(wěn)定性差，限制了其在機(jī)械強(qiáng)度要求高、尺寸精密等領(lǐng)域的應(yīng)用，為了克服尼龍其缺點(diǎn)，擴(kuò)寬尼龍材料的應(yīng)用，行業(yè)中普遍采用對尼龍進(jìn)行玻纖增強(qiáng)改性，降低材料的吸水性，提高材料的尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能強(qiáng)度。

玻纖增強(qiáng)尼龍材料力學(xué)性能與玻纖含量，尼龍樹脂粘度、尼龍樹脂與玻纖的界面結(jié)合強(qiáng)度、玻纖在尼龍樹脂中的分散性等因素有關(guān)。一般而言，在相同玻纖含量下，尼龍基體樹脂的粘度越大，代表尼龍樹脂分子量越高，材料的力學(xué)性能越高。因此在力學(xué)性能要求高的領(lǐng)域，為了保證材料足夠的強(qiáng)度，一般會選用粘度值≥2.4dl/g的中高粘度的尼龍樹脂。

雖然玻纖增強(qiáng)材料在多個行業(yè)有普遍應(yīng)用，但對于力學(xué)強(qiáng)度和外觀要求很高的領(lǐng)域，玻纖增強(qiáng)尼龍材料還有很多不足。例如：對力學(xué)性能要求很高或以塑代鋼領(lǐng)域，玻纖增強(qiáng)尼龍材料為提升材料剛性，需要添加高含量玻纖，但玻纖含量提升，特別是含量達(dá)到40％或者更高時，材料浮纖問題嚴(yán)重，導(dǎo)致外觀表面差，同時玻纖含量超過40％時，玻纖在尼龍樹脂基體中分散不均勻，尼龍樹脂基體對玻纖的包覆不完全，界面結(jié)合力差，導(dǎo)致增強(qiáng)效果變的不明顯，力學(xué)強(qiáng)度提升不大，進(jìn)而達(dá)不到預(yù)期的高強(qiáng)度和優(yōu)異外觀的要求。

CN105623252A公開了一種高強(qiáng)度外觀件聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法，采用的是表面改性劑來改善浮纖提升外觀，雖然在一定程度上對于浮纖有幫助，但對于玻纖的均勻分散無幫助，玻纖在樹脂中不能均勻分散，尼龍樹脂基體對玻纖的包覆性差，導(dǎo)致強(qiáng)度和模量偏低，同時玻纖含量只能做到40％-50％，對于玻纖含量與性能要求更高的制件，此材料無法滿足應(yīng)用要求。CN104231611A公開了一種玻璃纖維增強(qiáng)尼龍材料，采用的是添加硅烷偶聯(lián)劑，增加樹脂與玻纖的界面結(jié)合，但還是不能完全包覆玻纖，在外觀要求很高的場所不能滿足要求。

目前解決高玻纖含量尼龍材料外觀差的問題主要還是靠添加相容劑、表面改性劑以及星狀等物質(zhì)來解決，但整體改善效果不佳，因此發(fā)明一種高玻纖增強(qiáng)尼龍材料，力學(xué)強(qiáng)度隨玻纖含量能持續(xù)提升，并且外觀優(yōu)異的材料就顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料，該復(fù)合材料通過玻纖在低粘度樹脂中良好的分散性，制得一種高強(qiáng)度和高模量，表面無浮纖，外觀優(yōu)異的高玻纖增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料，解決了現(xiàn)有技術(shù)中，高玻纖含量增強(qiáng)尼龍材料玻纖含量達(dá)到40％后，力學(xué)強(qiáng)度提升不明顯，外觀浮纖嚴(yán)重，表面變差的技術(shù)難題。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種高纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料，其特征在于：包括以下重量份的組分：

所述尼龍樹脂的粘度為1.6-2.1dl/g。

優(yōu)選的，所述高纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料由以下重量份的組分組成：

優(yōu)選粘度為1.8-2.0dl/g，提高了高含量玻纖在尼龍樹脂基體中分散均勻度，使玻纖能被樹脂基體包覆完全，樹脂基體與玻纖的界面結(jié)合更好，能夠方便的擠出獲得高玻璃纖維含量的表面光潔、無浮纖的玻纖增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述尼龍樹脂為尼龍6、尼龍66的一種或兩種的組合。

所述玻璃纖維為用硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑或鋁酸酯偶聯(lián)劑處理過的短玻璃纖維。優(yōu)選的,所述玻璃纖維為用硅烷偶聯(lián)劑處理過的短玻璃纖維。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述玻璃纖維單絲直徑為6-13μm，長為3-5mm。優(yōu)選的，所述玻璃纖維單絲直徑為7-10μm，選擇合適的玻纖單絲直徑，有利于最終產(chǎn)品的表觀改性。

所述潤滑劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、季戊四醇硬脂酸酯、乙撐雙硬酯酰胺、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、乙烯-丙烯酸共聚物、褐煤酸蠟中的一種或者幾種的組合。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述潤滑劑為乙撐雙硬酯酰胺或硬脂酸鈣中的一種。在實(shí)際應(yīng)用中，乙撐雙硬酯酰胺更加優(yōu)于硬脂酸鈣。

所述顏料助劑為有機(jī)顏料或無機(jī)顏料中的一種或兩種的組合。

本發(fā)明的另外一個目的是提供利用上述高纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料制備的模制品。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明通過選用粘度為1.6-2.1dl/g的尼龍樹脂基體，利用低粘度尼龍樹脂優(yōu)異的流動性，提高了玻纖在尼龍樹脂基體中分散均勻度，使玻纖能被樹脂基體包覆完全，樹脂基體與玻纖的界面結(jié)合更好，能夠方便的擠出獲得高玻璃纖維含量，尤其是玻纖含量達(dá)到70wt％時，其最終產(chǎn)品表面光潔、無浮纖，表觀性能非常優(yōu)異。

2、本發(fā)明制備的高纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料具有高強(qiáng)度和高模量，且隨著玻纖含量的增加，材料的力學(xué)性能明顯上升，尤其是玻纖含量達(dá)到70％時，玻纖增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度高達(dá)292MPa，彎曲強(qiáng)度高達(dá)387MPa，彎曲模量高達(dá)18592MPa，大大拓寬了玻纖增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域，特別適用于力學(xué)性能與外觀要求都高的領(lǐng)域，如汽車領(lǐng)域(變速箱啟動止環(huán)、高強(qiáng)度塑料鑰匙殼、汽車后視鏡底座等)、低壓電器領(lǐng)域(高強(qiáng)度高模量手柄等)以及以塑代金屬領(lǐng)域(如自行車和電動車的剎把支架、汽車減震器軸承端蓋等)。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明，以下實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受下述實(shí)施例的限制。

本發(fā)明的實(shí)施例采用以下原料：

尼龍樹脂：PA6樹脂、PA66樹脂

玻璃纖維：用硅烷偶聯(lián)劑處理過的單絲直徑為7-10μm，長為3-5mm的玻璃纖維。

潤滑劑：乙撐雙硬酯酰胺(EBS)、硬脂酸鈣。

顏料助劑：普通黑色母。

材料性能測試方法：

(1)拉伸強(qiáng)度，按照ISO 527-1/-2標(biāo)準(zhǔn)方法測試；

(2)彎曲強(qiáng)度，按照ISO 178標(biāo)準(zhǔn)方法測試；

(3)表面浮纖，采用目視評估。

【實(shí)施例1-實(shí)施例7】

按表1中的物料重量份配比將PA6樹脂、潤滑劑、顏料助劑加入混合機(jī)混合后，從主喂料口加入擠出機(jī)，玻璃纖維由側(cè)喂料口加入擠出機(jī)。熔融共混后，經(jīng)冷卻、風(fēng)干和造粒，性能測試如表1所示。

表1實(shí)施例1-7玻纖增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料組份配比及性能測試結(jié)果

【對比例1-對比例7】

改用中高粘度的PA6樹脂，其他成分不變，與實(shí)施例1-7同樣進(jìn)行，得到造粒粒子，性能測試如表2所示。

表2對比例1-7玻纖增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料組份配比及性能測試結(jié)果

【實(shí)施例8-實(shí)施例14】

按表3中的物料重量份配比將PA66樹脂、潤滑劑、顏料助劑加入混合機(jī)混合后，從主喂料口加入擠出機(jī)，玻璃纖維由側(cè)喂料口加入擠出機(jī)。熔融共混后，經(jīng)冷卻、風(fēng)干和造粒，性能測試如表3所示。

表3實(shí)施例8-14玻纖增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料組份配比及性能測試結(jié)果

【對比例8-對比例14】

改用中高粘度的PA66樹脂，其他成分不變，與實(shí)施例8-14同樣進(jìn)行，得到造粒粒子，性能測試如表4所示。

表4對比例8-14玻纖增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料組份配比及性能測試結(jié)果

從表1、表2、表3及表4明顯看出，本發(fā)明制備的高纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料，相比以往傳統(tǒng)的改性尼龍復(fù)合材料，強(qiáng)度和模量有明顯的提升，并且模制品表面外觀極佳，很好的解決了高玻纖增強(qiáng)材料因玻纖分散不均導(dǎo)致的強(qiáng)度低以及浮纖嚴(yán)重、外觀差的技術(shù)難題。

本發(fā)明采用低粘度樹脂，通過大量試驗(yàn)，創(chuàng)造性的解決了低粘度樹脂力學(xué)性能不高的技術(shù)難題，采用低粘度樹脂，玻纖含量高于40％GF時，低粘度樹脂優(yōu)異的流動性，可以使得玻纖很好地分散在尼龍樹脂中，材料打制的制件表面光潔，無浮纖，同時力學(xué)性能比中高粘度相同玻纖含量下力學(xué)性能還要高，繼續(xù)提升玻纖含量，力學(xué)性能持續(xù)提升。尤其是玻璃纖維達(dá)到70％時，材料拉伸強(qiáng)度高達(dá)292MPa，彎曲強(qiáng)度高達(dá)387MPa，彎曲模量高達(dá)18592MPa，表面質(zhì)量優(yōu)，無浮纖。