本發(fā)明涉及高分子材料，特別涉及一種卷尺尺帶包覆用改性尼龍復合材料及其制備方法和應用。
背景技術：
：鋼制卷尺是一種廣泛的測量工具，具有體積小、攜帶方便、測量范圍廣的特點，因此廣泛地應用在各個行業(yè)的測量上。卷尺包括尺盒和在尺盒中呈圓盤狀繞設的尺條。一般的尺條都是先將鋼材裁切成所需的寬度后形成鋼片尺條并將尺條經(jīng)過磷酸鹽表面處理；然后將尺條的上、下兩面涂覆底漆并烘干，再在烘干后的尺條上印刷刻度；最后將印完刻度的卷尺涂覆一層透明的面漆并烘干后，便制成了尺條。但是尺條在日常使用中經(jīng)常會受到摩擦，容易造成面漆磨損，失去面漆保護的尺條容易出現(xiàn)刻度不清晰的問題。為解決上述技術問題，授權公告號為cn1048443c的專利公開了一種卷尺包覆尼龍樹脂的成型方法，通過將尼龍樹脂包覆在卷尺上，提高了卷尺的耐磨性。但是常見的尼龍如尼龍66，其材質脆，韌性不好。且由于該方法需要對卷尺進行加熱，且預熱溫度在250～300℃之間，容易出現(xiàn)刻度熔化的問題，影響卷尺刻度讀數(shù)的清晰度和精準度。且由于尼龍材料的對水性丙烯酸涂料的附著力較差，容易導致尺帶上的尼龍涂層松弛，影響使用。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的第一個目的是提供一種卷尺尺帶包覆用改性尼龍復合材料，具有良好的韌性、剛性以及耐磨性好。本發(fā)明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現(xiàn)的：一種卷尺尺帶包覆用改性尼龍復合材料，其制備原料由以下組分組成，各組分及其質量份數(shù)如下：尼龍25～35份、聚苯乙烯45～55份、tpu2～5份、相容劑3～8份、聚四氟乙烯2～3份、硅酮母粒1～5份、抗氧劑0.5～1份。通過采用上述技術方案，尼龍作為工程塑料具有良好的綜合性能，包括力學性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學藥品性和自潤滑性，且摩擦系數(shù)低，有一定的阻燃性；聚苯乙烯具有高模量、耐熱、耐溶劑性的特點，與尼龍共混，能夠使改性尼龍具有較好的加工流動性、表面光澤度、耐低溫性抗沖擊韌性；tpu具有耐磨、耐油等特點，機械強度高、加工性能好，與尼龍共混，能夠提升尼龍的沖擊韌性、拉伸強度和彎曲模量，得到韌性好的尼龍；相容劑的添加能夠提升原料之間的交聯(lián)度，促使部分相容的尼龍、tpu和聚苯乙烯、四氟乙烯能夠結合在一起，使原料之間的粘接力增大，使連續(xù)相和分散相能夠均勻分布，形成穩(wěn)定的結構，降低界面張力，得到穩(wěn)定的共混物；聚四氟乙烯具有耐高溫、耐低溫、耐腐蝕、耐氣候、高潤滑的特點，添加在尼龍中，能夠降低尼龍的摩擦系數(shù)，從而減少尼龍的磨耗系數(shù)，且聚四氟乙烯還能夠提升尼龍的耐腐蝕性，應用在卷尺中，可以提升卷尺表面的抗污性和抗汗性；硅酮母粒可以降低橡膠材料的磨損，增加表面硬度，且能夠提升加工過程的流動性，降低加工溫度和加工壓力，還能夠賦予材料優(yōu)異的潤滑性，降低摩擦，使材料更易脫模；抗氧劑的添加可以延緩該材料在共混改性中出現(xiàn)氧化過程，從而阻止聚合物的老化并延長其使用壽命；該改性尼龍材料通過聚苯乙烯提升了材料的流動性，通過tpu結合提升了材料的韌性，通過聚四氟乙烯和硅酮母粒作為潤滑，減小了體系的摩擦系數(shù)，降低了尼龍材料的磨耗系數(shù)，提高了尼龍的耐磨性，并通過相容劑的添加，避免了共混不均的情況出現(xiàn)。作為優(yōu)選，所述尼龍為尼龍66，其分子量在15000～30000之間。通過采用上述技術方案，尼龍66具有優(yōu)良的耐磨性和自潤滑性，且機械強度較高，還具有耐油、耐酸、堿以及鹵代烷、烴類、酯類和酮類溶劑的特性，相比一般的尼龍材料，具有高強度、低熱脹系數(shù)、低收縮率、低吸水性低的特點，分子量在15000～30000之間的尼龍66成型加工性能較好，且尺寸穩(wěn)定性好，可模塑性佳。作為優(yōu)選，所述尼龍由相對粘度在2.4～2.5范圍內的低粘度尼龍和相對粘度在3.0以上的高粘度尼龍按質量比為1∶1混合使用。通過采用上述技術方案，相對粘度在2.4～2.5范圍內的尼龍屬于低粘度尼龍，低粘度尼龍的聚合度較低，粘度低，流動性較好，相對粘度在3.0以上的尼龍屬于高粘度尼龍，高粘度尼龍的聚合度較高，拉伸強度高、抗沖擊強度高，但是其流動性較差，將低粘度尼龍和高粘度尼龍共混，既能夠避免流動性過差，也能夠避免力學性能變差，適用于與tpu共混，提高韌性。作為優(yōu)選，所述相容劑由馬來酸酐接枝eva、馬來酸酐接枝hdpe、馬來酸酐接枝poe按照質量比為1∶1∶2混合而成。通過采用上述技術方案，馬來酸鈣接枝eva能夠提高tpu與尼龍的相容性，提高尼龍與tpu的交聯(lián)度，且馬來酸酐接枝eva和馬來酸酐接枝hdpe均能提升共混體系的拉伸強度、缺口沖擊強度和斷裂伸長率，馬來酸酐接枝poe則能夠提升共混體系的拉伸強度和彎曲模量，且馬來酸酐接枝hdpe和馬來酸酐接枝poe還能夠增加體系的韌性。作為優(yōu)選，所述硅酮母粒中硅氧烷：二氧化硅的質量比為3～4∶1。通過采用上述技術方案，二氧化硅以成核的結構包覆在硅氧烷里面，其分子間的作用力強于高分子和無機物，另一端是高分子與烷烴的結合，在界面層起承上啟下的作用，一邊拉住無機物，一邊融合高分子，改善界面極性強度較好；且硅氧烷含量比較高，較弱剪切不容易分散，因此先做成母粒，母粒的載體能夠作為分散劑和浸潤劑，改善加工性能，能夠提升原料體系的流動性，改善外觀光澤度，改善表面特性降低摩擦系列，且抗劃痕。作為優(yōu)選，所述抗氧劑為抗氧劑1098：抗氧劑1010：抗氧劑168按照質量比為1∶1∶2復配使用。通過采用上述技術方案，抗氧劑1098與尼龍的結構相似，相容性好，且抗氧劑1098耐熱效果好，用于尼龍材料，可有效地延緩該材料在共混改性中出現(xiàn)氧化過程，從而阻止聚合物的老化并延長其使用壽命，同時，抗氧劑1010是一種多元受阻酚型抗氧劑，與大多數(shù)聚合物具有很好的相容性，有良好的防止光和熱引起尼龍材料變色的作用，可以減少材料受熱老化的情況；在抗氧劑1010添加抗氧劑168有很好的協(xié)同效應，可有效地防止組分在基礎注塑中發(fā)生熱降解。本發(fā)明的第二個目的是提供一種卷尺尺帶包覆用改性尼龍復合材料的制備方法，通過工藝的改進，減少成型缺陷。本發(fā)明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現(xiàn)的：一種卷尺尺帶包覆用改性尼龍復合材料的制備方法，包括如下步驟：(1)將尼龍真空干燥至含水率小于0.10％；(2)將步驟(1)干燥后的尼龍、聚苯乙烯、tpu、相容劑、聚四氟乙烯、硅酮母粒、抗氧劑，加入高混機，在室溫下混合均勻；(3)將步驟(2)制得的原料從主進料口通入雙螺桿擠出機中，擠出造粒。通過采用上述技術方案，尼龍在真空干燥后，能夠避免尼龍在加工過程中吸水而導致成型后出現(xiàn)銀紋等成型缺陷，雙螺桿擠出機具有加料容易的特點，共混效果好。作為優(yōu)選，所述高混機轉速為800～1000rpm，混合溫度為50～60℃，混合時間為5～6分鐘，濕度≤15％。通過采用上述技術方案，控制高混機的濕度能夠進一步避免尼龍在加工過程中吸水，避免由于尼龍吸水而成型效果較差。作為優(yōu)選，所述擠出加工溫度為250℃～260℃，所述雙螺桿擠出機的主機轉速為320～420r/min。通過采用上述技術方案，擠出溫度過低或者過高，產品都容易出現(xiàn)如結合線、流紋、射紋、成品表面粗糙等不良現(xiàn)象，處于250℃～260℃的擠出加工溫度時，對材料的影響較少。本發(fā)明的第三個目的是提供一種卷尺尺帶包覆用改性尼龍復合材料的應用方法，避免加熱溫度過高導致刻度不清晰或者不精確，同時可以避免尼龍涂層在尺帶表面出現(xiàn)松弛。本發(fā)明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現(xiàn)的：(1)在印有水性丙烯酸油墨涂層刻度的尺帶表面涂覆一層tpu涂層，并烘干成膜；(2)將尺帶通過輪架導入模具型腔內，并將改性尼龍復合材料通過壓出機攝入模具型腔中，使尺帶表面附著一層尼龍覆膜；(3)將尺帶穿過壓輥壓印定型。通過采用上述技術方案，tpu涂層的設計可以使尼龍覆膜在tpu上而不是直接注射在丙烯酸涂料表面，由于tpu涂層的熔點低，以tpu作為粘接劑，在tpu熔化的溫度下，不會對丙烯酸造成影響，且改性尼龍材料中含有相容劑，能夠提升tpu涂層和改性尼龍復合材料之間的相容性，提高兩者的交聯(lián)度，同時，tpu具有較好的韌性，能夠使尺帶表面具有一定的回彈性，提升握持手感，避免尺帶割傷手，并且能夠進一步提升尺帶的耐磨性，對刻度起到雙重保護的效果。綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：1、該改性尼龍復合材料在保持了尼龍66的耐疲勞強度、剛性、耐磨性較高的特點的同時，通過聚苯乙烯的添加，進一步提升了材料的耐熱性和流動性，使材料易于成型加工，提升了尼龍材料的尺寸穩(wěn)定性，并通過tpu、相容劑的添加，進一步提升尼龍材料的韌性，避免了由于聚苯乙烯分子鏈的剛性造成應力開裂，通過聚四氟乙烯還能提升材料的耐堿性并進一步提升流動性，提高韌性；硅酮母粒的添加，穩(wěn)定體系，降低內摩擦，使制得的尼龍復合材料適用于卷尺上尼龍覆膜的涂覆，具有極高的耐磨性、韌性以及并避免了由于韌性的提升對尼龍剛性的降低；2、該將改性尼龍復合材料涂覆在尺帶上時，在水性丙烯酸涂料和尼龍覆膜之間增加一層tpu涂層，使尺帶表面與該改性尼龍復合材料的相容性提高，通過tpu涂層和尼龍復合材料的交聯(lián)度提高，從而提高尼龍材料在尺帶上的附著力，使其不易脫落，且無需在高溫條件下覆膜，減少了能源的消耗，且節(jié)省了尺帶涂覆尼龍覆膜所需的步驟。具體實施方式選取分子量在15000～30000之間且粘度范圍分別在2.4～2.5以及3.0以上的高粘度尼龍66和低粘度尼龍66按照質量比1∶1混合使用，作為改性尼龍復合材料原料之一。選取馬來酸酐接枝eva、馬來酸酐接枝hdpe、馬來酸酐接枝poe按照質量比為1∶1∶2混合作為相容劑使用。硅酮母粒選取建德市凱杰塑料增韌材料有限公司生產的kj-a型，根據(jù)該硅酮母粒所附質檢報告顯示該批次硅酮母粒的硅氧烷：二氧化硅的質量比為3～4∶1。將抗氧劑1098、抗氧劑1010、抗氧劑168按照質量比為1∶1∶2復配使用。實施例一(1)將低粘度尼龍和高粘度尼龍分別真空干燥至含水率小于0.10％；(2)按1質量份等同于100g的比例稱取步驟(1)干燥后的尼龍25份、聚苯乙烯45份、tpu2份、相容劑3份、聚四氟乙烯2份、硅酮母粒1份、抗氧劑0.5份，加入高混機，在室溫下混合均勻，高混機設定為轉速為1000rpm，混合溫度為60℃，混合時間為6分鐘，濕度≤15％；(3)將步驟(2)制得的原料從主進料口通入雙螺桿擠出機中，擠出造粒，制得改性尼龍復合材料，擠出機的加工溫度設定為擠出加工溫度為250℃～260℃，主機轉速設定為420r/min；(4)在印有水性丙烯酸油墨涂層刻度的尺帶表面涂覆一層tpu涂層，并烘干成膜；(5)將尺帶通過輪架導入模具型腔內，并將改性尼龍復合材料通過壓出機攝入模具型腔中，使尺帶表面附著一層尼龍覆膜；(6)將尺帶穿過壓輥壓印定型。實施例二(1)將低粘度尼龍和高粘度尼龍分別真空干燥至含水率小于0.10％；(2)按1質量份等同于100g的比例稱取步驟(1)干燥后的尼龍35份、聚苯乙烯55份、tpu5份、相容劑8份、聚四氟乙烯3份、硅酮母粒5份、抗氧劑1份，加入高混機，在室溫下混合均勻，高混機設定為轉速為1000rpm，混合溫度為50℃，混合時間為5分鐘，濕度≤15％；(3)將步驟(2)制得的原料從主進料口通入雙螺桿擠出機中，擠出造粒，制得改性尼龍復合材料，擠出機的加工溫度設定為擠出加工溫度為250℃～260℃，主機轉速設定為350r/min；(4)在印有水性丙烯酸油墨涂層刻度的尺帶表面涂覆一層tpu涂層，并烘干成膜；(5)將尺帶通過輪架導入模具型腔內，并將改性尼龍復合材料通過壓出機攝入模具型腔中，使尺帶表面附著一層尼龍覆膜；(6)將尺帶穿過壓輥壓印定型。實施例三(1)將低粘度尼龍和高粘度尼龍分別真空干燥至含水率小于0.10％；(2)按1質量份等同于100g的比例稱取步驟(1)干燥后的尼龍30份、聚苯乙烯40份、tpu3份、相容劑5份、聚四氟乙烯2.5份、硅酮母粒3份、抗氧劑0.8份，加入高混機，在室溫下混合均勻，高混機設定為轉速為1000rpm，混合溫度為55℃，混合時間為5分鐘，濕度≤15％；(3)將步驟(2)制得的原料從主進料口通入雙螺桿擠出機中，擠出造粒，制得改性尼龍復合材料，擠出機的加工溫度設定為擠出加工溫度為250℃～260℃，主機轉速設定為400r/min；(4)在印有水性丙烯酸油墨涂層刻度的尺帶表面涂覆一層tpu涂層，并烘干成膜；(5)將尺帶通過輪架導入模具型腔內，并將改性尼龍復合材料通過壓出機攝入模具型腔中，使尺帶表面附著一層尼龍覆膜；(6)將尺帶穿過壓輥壓印定型。實施例四(1)將低粘度尼龍和高粘度尼龍分別真空干燥至含水率小于0.10％；(2)按1質量份等同于100g的比例稱取步驟(1)干燥后的尼龍30份、聚苯乙烯50份、tpu4份、相容劑6份、聚四氟乙烯3份、硅酮母粒4份、抗氧劑0.6份，加入高混機，在室溫下混合均勻，高混機設定為轉速為1000rpm，混合溫度為55℃，混合時間為6分鐘，濕度≤15％；(3)將步驟(2)制得的原料從主進料口通入雙螺桿擠出機中，擠出造粒，制得改性尼龍復合材料，擠出機的加工溫度設定為擠出加工溫度為250℃～260℃，主機轉速設定為400r/min；(4)在印有水性丙烯酸油墨涂層刻度的尺帶表面涂覆一層tpu涂層，并烘干成膜；(5)將尺帶通過輪架導入模具型腔內，并將改性尼龍復合材料通過壓出機攝入模具型腔中，使尺帶表面附著一層尼龍覆膜；(6)將尺帶穿過壓輥壓印定型。實施例五(1)將低粘度尼龍和高粘度尼龍分別真空干燥至含水率小于0.10％；(2)按1質量份等同于100g的比例稱取步驟(1)干燥后的尼龍35份、聚苯乙烯45份、tpu2份、相容劑3份、聚四氟乙烯2份、硅酮母粒1份、抗氧劑0.5份，加入高混機，在室溫下混合均勻，高混機設定為轉速為1000rpm，混合溫度為50～60℃，混合時間為5～6分鐘，濕度≤15％；(3)將步驟(2)制得的原料從主進料口通入雙螺桿擠出機中，擠出造粒，制得改性尼龍復合材料，擠出機的加工溫度設定為擠出加工溫度為250℃～260℃，主機轉速設定為380r/min；(4)在印有水性丙烯酸油墨涂層刻度的尺帶表面涂覆一層tpu涂層，并烘干成膜；(5)將尺帶通過輪架導入模具型腔內，并將改性尼龍復合材料通過壓出機攝入模具型腔中，使尺帶表面附著一層尼龍覆膜；(6)將尺帶穿過壓輥壓印定型。實施例六(1)將低粘度尼龍和高粘度尼龍分別真空干燥至含水率小于0.10％；(2)按1質量份等同于100g的比例稱取步驟(1)干燥后的尼龍25份、聚苯乙烯55份、tpu5份、相容劑6份、聚四氟乙烯3份、硅酮母粒4份、抗氧劑1份，加入高混機，在室溫下混合均勻，高混機設定為轉速為1000rpm，混合溫度為55℃，混合時間為5分鐘，濕度≤15％；(3)將步驟(2)制得的原料從主進料口通入雙螺桿擠出機中，擠出造粒，制得改性尼龍復合材料，擠出機的加工溫度設定為擠出加工溫度為250℃～260℃，主機轉速設定為360r/min；(4)在印有水性丙烯酸油墨涂層刻度的尺帶表面涂覆一層tpu涂層，并烘干成膜；(5)將尺帶通過輪架導入模具型腔內，并將改性尼龍復合材料通過壓出機攝入模具型腔中，使尺帶表面附著一層尼龍覆膜；(6)將尺帶穿過壓輥壓印定型。尼龍聚苯乙烯tpu相容劑聚四氟乙烯硅酮母?？寡鮿嵤├?54523210.5實施例二355558351實施例三3040352.530.8實施例四305046340.6實施例五354523210.5實施例六255556341單位：份對上述實施例所制得的改性尼龍復合材料進行性能測試，測試條件如下：拉伸強度/mpa：利用電子萬能試驗機，按照gb/t1040-92標準，進行測定；斷裂伸長率％：利用電子萬能試驗機，按照gb/t1040-92標準，進行測定；彎曲強度/mpa：利用電子萬能試驗機測試，按照gb/t9341-2000標準，進行測定；彎曲模量/gpa：利用電子萬能試驗機測試，按照gb/t9341-2000標準，進行測定。測試結果見下表：拉伸強度斷裂伸長率彎曲強度彎曲模量實施例一68284561.57實施例二72288591.58實施例三71296531.51實施例四66311551.53實施例五74277571.56實施例六73281551.54對上述實施例所制得的尺帶進行性能測試，測試條件如下：附著力測試：step1.用美工刀將涂覆區(qū)域分割成3x3mm的小格子；step2.將3m800測試膠帶緊粘在測試部分，蓋住整個測試區(qū)域；step3.等待5min后，與塑料板呈45°角撕下膠帶，重復3次；step4.檢查測試膠帶上是否有剝離的尼龍覆膜。耐酒精測試：step1.以質量濃度98％工業(yè)乙醇浸潤白色棉布，將白色棉布包住500g荷重的砝碼；step2.將尺帶涂覆有尼龍覆膜的一面朝向上固定在耐磨測試機上；step3.將砝碼抵在尺帶上表面來回擦拭1000次；step4.觀察尼龍覆膜是否出現(xiàn)剝離現(xiàn)象。耐磨測試：step1.將2h中華鉛筆的筆尖磨平，與塑料板呈45°斜角，500g荷重砝碼于反復推劃1000次；step2.用橡皮擦去鉛筆痕跡后，觀察表面是否有劃痕。耐堿性測試：step1.配制質量濃度為5％的氫氧化鈉，以5s/滴的速率在尼龍覆膜上點滴8h；step2.沖洗后，放置于23℃，50％rh下自然冷卻；step3.以未經(jīng)過耐堿性測試的尺帶作為對照組，觀察尺帶刻度是否清晰。測試結果見下表：附著力測試耐酒精測試耐磨測試耐堿性測試實施例一無剝離無剝離無劃痕清晰實施例二無剝離無剝離無劃痕清晰實施例三無剝離無剝離無劃痕清晰實施例四無剝離無剝離無劃痕清晰實施例五無剝離無剝離無劃痕清晰實施例六無剝離無剝離無劃痕清晰綜上，選取實施例四作為最優(yōu)實施例。對比例一對比例一為購買市售尼龍66，包覆在尺帶上，制成帶尼龍覆膜的尺帶。對比例二對比例二為不添加tpu制得的改性尼龍復合材料，包覆在尺帶上，制成帶尼龍覆膜的尺帶。對比例三對比例三為不添加相容劑制得的改性尼龍復合材料，包覆在尺帶上，制成帶尼龍覆膜的尺帶。對比例四對比例四為未包覆尼龍覆膜的尺帶。對比例五對比例五為在水性丙烯酸涂料和尼龍覆膜之間不添加tpu涂層的尺帶。對尺帶進行性能測試：附著力測試耐酒精測試耐磨測試耐堿性測試實施例四無剝離無剝離無劃痕清晰對比例一部分剝離部分剝離有劃痕清晰對比例二無剝離完全剝離有劃痕清晰對比例三完全剝離完全剝離有劃痕刻度模糊對比例四/刻度模糊刻度模糊刻度模糊對比例五完全剝離完全剝離無劃痕刻度模糊綜上，該改性尼龍復合材料相較于市售材料，耐磨性能具有較大的提升，且該尼龍材料與尺帶表面的tpu的交聯(lián)度好，韌性強，不易脫落，無需在高溫條件下覆膜，減少了能源的消耗，且節(jié)省了尺帶涂覆尼龍覆膜所需的步驟。本具體實施例僅僅是對本發(fā)明的解釋，其并不是對本發(fā)明的限制，本領域技術人員在閱讀完本說明書后可以根據(jù)需要對本實施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻的修改，但只要在本發(fā)明的權利要求范圍內都受到專利法的保護。當前第1頁12