一種聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其涉及一種聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚酰胺樹脂具有良好的力學(xué)性能、耐化學(xué)藥品性能、耐磨、耐熱等優(yōu)良性能，目前 已廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、化工、機(jī)械、電子電器、運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域。由于聚酰胺分子中 存在大量氫、氧以及氮原子，因而分子間容易形成氫鍵，提高了分子間作用力，這就使得聚 酰胺材料具有高強(qiáng)度、高剛性的特點(diǎn)。此外，聚酰胺還具有耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 然而，聚酰胺分子為線性不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其分子鏈呈繞曲狀態(tài)，所以聚酰胺材料的結(jié) 晶度較低，一般只有25%_45%。且由于聚酰胺分子結(jié)構(gòu)中含有大量的胺基和羰基，因此，其 容易與水分子形成氫鍵，導(dǎo)致使用該物質(zhì)的材料在使用及存放時(shí)容易吸水，進(jìn)而產(chǎn)生增塑 效應(yīng)，最終導(dǎo)致材料體積膨脹、模量下降，在機(jī)械力作用下發(fā)生明顯蠕變。而材料如果抗蠕 變能力差，就會(huì)使得其機(jī)械性能降低、尺寸穩(wěn)定性差，在很大程度上限制了材料的應(yīng)用，特 別不適用于作為高溫高濕環(huán)境下、具有較高機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性要求的材料。同時(shí)，由于 聚酰胺材料本身沒有抗菌性能，很大程度上限制了聚酰胺材料在家用電器、廚衛(wèi)以及學(xué)校 醫(yī)院等方面的使用。如CN 203729669 U涉及的一種抗菌尼龍門把手，在使用頻繁的公共場(chǎng) 合，由于長(zhǎng)期受到外力作用，容易發(fā)生蠕變，從而縮短材料的使用壽命。
[0004] 目前，主要通過(guò)加入各種填料以及抗菌劑，來(lái)克服聚酰胺材料蠕變和不抗菌的不 足，同時(shí)提高聚酰胺材料物理性能。常用的填料多為無(wú)機(jī)粉體和各類纖維，其中，常用的滑 石粉、高嶺土等無(wú)機(jī)粉體對(duì)材料的韌性有較大的影響，同時(shí)對(duì)材料的強(qiáng)度提高也不理想;而 玻璃纖維有著較大的長(zhǎng)徑比，雖然對(duì)材料的力學(xué)性能有較大提高，但是，玻璃纖維的添加對(duì) 材料的加工性能有一定的影響，特別是用于制件較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的產(chǎn)品時(shí)容易產(chǎn)生應(yīng)力 翹曲、發(fā)生變形以及降低產(chǎn)品表面光澤度。而目前所用抗菌劑成本較高，不利于復(fù)合材料成 本的控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種具有高機(jī)械強(qiáng)度、低蠕變、抗菌、耐磨損、耐熱、耐腐 蝕、尺寸穩(wěn)定性好、減震、降噪等性能的聚酰胺復(fù)合材料，旨在解決現(xiàn)有聚酰胺材料抗蠕變 性能和抗菌性能差的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種聚酰胺復(fù)合材料的制備方法。
[0007] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種聚酰胺復(fù)合材料，包括如下重量份數(shù)的下列組分： 聚酰胺 30-90份； 氧化鋅 5-50份； 偶聯(lián)劑 0.1-1.0份；
[0008]抗氧劑 0.1-1.0 份； 耐熱劑 0-1.0份; 潤(rùn)滑劑 0.1-2.0份; 分散劑 0.1-2.0份，
[0009] 其中，所述氧化鋅為四針狀氧化鋅晶須。
[0010] 以及，一種聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0011] 按照所述聚酰胺復(fù)合材料的配方稱取各組分；
[0012] 將除氧化鋅和偶聯(lián)劑外的所有組分進(jìn)行第一混合處理，得到第一混合物料;將氧 化鋅和偶聯(lián)劑進(jìn)行第二混合處理，得到第二混合物料；
[0013] 將所述第一混合物料從雙螺桿擠出機(jī)的主喂料口進(jìn)料、所述第二混合物料從側(cè)喂 料口加入，進(jìn)行熔融擠出，造粒。
[0014] 本發(fā)明提供的聚酰胺復(fù)合材料，添加了四針狀氧化鋅組分，所述四針狀氧化鋅無(wú) 結(jié)構(gòu)缺陷，其強(qiáng)度高，具有優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)增韌性能和抗菌性能，同時(shí)改善聚酰胺材料的強(qiáng)度、 抗蠕變性能和抗菌性能。具體的，由于所述四針狀氧化鋅晶須微觀為三維四針狀立體結(jié)構(gòu)， 即晶須有一核心，從核心徑向方向伸展出四根針狀晶體，每根針狀體均為單晶體微纖維，任 兩根針狀體的夾角為109°，晶須的中心體直徑0.7-1.4μπι，針狀體根部直徑0.5-14μπι，針狀 體長(zhǎng)度為3_200μπι，具有特殊的空間立體結(jié)構(gòu)。所述四針狀氧化鋅組分因其獨(dú)特的立體四針 狀三維結(jié)構(gòu)，容易實(shí)現(xiàn)在基體材料中的均勻分布，從而各向同性地改善材料的物理性能；同 時(shí)由于其四針狀結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料中的聚酰胺分子鏈能夠在其四個(gè)針上穩(wěn)固纏繞，各相均一， 消除每個(gè)方向的分子鏈滑移，從而從本質(zhì)上并且高效的解決尼龍的蠕變，使得聚酰胺復(fù)合 材料的抗蠕變性能明顯增強(qiáng)，即便是在高溫高濕環(huán)境下，也能具有優(yōu)良的機(jī)械性能和尺寸 穩(wěn)定性。同時(shí)，所述四針狀氧化鋅晶須具有較好的抗菌作用，能夠用于廚衛(wèi)、公共場(chǎng)合以及 家用電器如齒輪、閥門、門把手、運(yùn)動(dòng)器材、汽車部件等抗菌要求較高的產(chǎn)品，具有良好的發(fā) 展前景。
[0015] 本發(fā)明提供的聚酰胺復(fù)合材料，具有良好的抗蠕變性，在使用過(guò)程中長(zhǎng)期受力而 不變形，同時(shí)還具有抗菌能力，能夠防止細(xì)菌、病毒的滋生和傳播，能夠用于廚衛(wèi)（如洗衣 機(jī)、馬桶部件）、公共場(chǎng)合以及醫(yī)院公共設(shè)施和醫(yī)療設(shè)備（如齒輪、閥門、把手)等;本發(fā)明提 供的聚酰胺復(fù)合材料，同時(shí)具有良好的減震性、吸波性能、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性，能夠用于汽 車零部件(如發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋、氣門室罩蓋、油門腳踏板等），同時(shí)還可應(yīng)用于電動(dòng)工具和運(yùn)動(dòng)器 材。此外，本發(fā)明提供的聚酰胺復(fù)合材料，還具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨損、耐腐蝕、易加工 等性能，且成本低廉，具有廣闊的應(yīng)用前景，可以多領(lǐng)域應(yīng)用，尤其適用于家電和廚衛(wèi)產(chǎn)品。
[0016] 本發(fā)明提供的聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，將氧化鋅、偶聯(lián)劑充分混合后作為一 個(gè)整體，與其他成分形成的混合物從不同喂料口進(jìn)行喂料，可以保證所述氧化鋅和偶聯(lián)劑 充分分散均勻，從而得到性能優(yōu)良的復(fù)合產(chǎn)品。此外，本發(fā)明提供的聚酰胺復(fù)合材料的制備 方法，只需將各組分進(jìn)行混合處理后進(jìn)行熔融制粒，操作簡(jiǎn)單可控，且熔融制粒工藝成熟， 易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合 實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋 本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種聚酰胺復(fù)合材料，包括如下重量份數(shù)的下列組分： 聚酰胺 30-如份； 氧化鋅 5-50份； 偶聯(lián)劑 0.I-1.0份；
[0019]抗氧劑 0.1-1.0 份； 耐熱劑 0-1,0份 潤(rùn)滑齊丨J 0.1-2.0份; 分散劑 0.1-2.0份，
[0020] 其中，所述氧化鋅為四針狀氧化鋅晶須。
[0021] 具體的，所述聚酰胺作為本發(fā)明實(shí)施例聚酰胺復(fù)合材料的主體，賦予復(fù)合材料高 強(qiáng)度、高剛性、耐磨損、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明實(shí)施例中，所述聚酰胺為PA6、PA66的一種或是 兩種形成的混合物。作為優(yōu)選實(shí)施例，為了獲得良好的流動(dòng)性、高強(qiáng)度、耐磨損、耐高溫等良 好性能，所述聚酰胺選用相對(duì)密度為1.12-1.15、相對(duì)粘度為2.0-2.8的PA6、PA66。本發(fā)明實(shí) 施例中，所述聚酰胺的含量為30-90份，可為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份等具體份數(shù)。
[0022] 本發(fā)明實(shí)施例中，所述氧化鋅四針狀氧化鋅晶須。所述氧化鋅晶須微觀結(jié)構(gòu)為三 維四針狀立體結(jié)構(gòu)，即晶須有一核心，從核心徑向方向伸展出四根針狀晶體，任兩根針狀體 的夾角為109°，晶須的中心體直徑0.7-1.4μπι，針狀體根部直徑0.5-14μπι，針狀體長(zhǎng)度為 100-200μπι。作為優(yōu)選實(shí)施例，所述四針狀氧化鋅晶須為位錯(cuò)小、晶格缺陷少的單晶性氧化 鋅晶須。本發(fā)明實(shí)施例中，所述氧化鋅的雜質(zhì)含量少，純度2 99.95%，從而保證了其功能的 充分發(fā)揮，如具有極高的力學(xué)強(qiáng)度和彈性模量，拉伸強(qiáng)度和彈性模量分別達(dá)到1.0 X l〇4MPa 和3.5X105MPa。同時(shí)由于所述氧化鋅晶須具有獨(dú)特的立體四針狀三維結(jié)構(gòu)，使得所述氧化 鋅晶須在基體材料中能夠?qū)崿F(xiàn)均勻分布，從而各相同性地改善材料的物理性能，賦予復(fù)合 材料各種獨(dú)特性能，如增強(qiáng)、耐磨、抗菌、減震、降噪、吸波、抗靜電等性能。另外，由于所述氧 化鋅獨(dú)特立體四針狀三維結(jié)構(gòu)，所述聚酰胺分子能夠穩(wěn)定的纏繞在其不同方向的針上，由 于每根針之間的夾角固定為109°，所以聚酰胺分子能被比較穩(wěn)定的固定下來(lái)，從而避免吸 水后、在水分子的潤(rùn)滑作用下、所述聚酰胺分子鏈在外力作用下發(fā)生較大的滑移或分子鏈 松弛，導(dǎo)致材料發(fā)生蠕變，進(jìn)而發(fā)生材料變形，影響其使用。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例所述氧化鋅晶須還具有優(yōu)良的抗菌性能，且所述氧化鋅晶須可以通 過(guò)光催化抗菌和接觸式殺菌兩種途徑達(dá)到高效抗菌性能。具體的：由于所述氧化鋅晶須具 有較強(qiáng)的光催化能力，經(jīng)紫外照射后，所述氧化鋅價(jià)帶中的電子會(huì)激發(fā)到導(dǎo)帶，形成自由移 動(dòng)的帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴，這種空穴與吸附在材料表面的氧氣、羥基和水等反應(yīng) 產(chǎn)生氫氧根、氧負(fù)離子和過(guò)氧化氫等具有還原作用的羥基自由基及活性氧離子，使得空氣 和水中的氧變?yōu)榛钚匝??；钚匝蹙哂袠O強(qiáng)的氧化活性，它們能與多種微生物中的有機(jī)物(例 如:羥基等)發(fā)生反應(yīng)，能降解多種有機(jī)化合物，破壞細(xì)菌細(xì)胞的增殖能力，而抑制或殺滅細(xì) 菌，即光催化抗菌。接觸式殺菌是指氧化鋅在含水的介質(zhì)中緩慢釋放鋅離子，鋅離子逐漸地 游離出來(lái)。由于鋅離子具有氧化還原性，與細(xì)菌細(xì)胞膜相結(jié)合時(shí)，鋅離子與其中的有機(jī)物發(fā) 生反應(yīng)，能破壞膜蛋白的結(jié)構(gòu)，使其失去活性，達(dá)到殺菌目的。此外，所述氧化鋅晶須表面的 空穴會(huì)產(chǎn)生電子，直接參與反應(yīng)，空穴數(shù)量越多就會(huì)產(chǎn)生更多的電子，其殺菌能力就增加。 本發(fā)明實(shí)施例所述氧化鋅晶須同時(shí)能發(fā)揮抗菌和殺菌兩種性能，而且相互起協(xié)同作用，賦 予所述聚酰胺復(fù)合材料高抗菌性能，使得所述聚酰胺復(fù)合材料適用于廚衛(wèi)、公共場(chǎng)合設(shè)備 以及家用電器等方面使用，保證設(shè)備在使用及存放時(shí)不產(chǎn)生細(xì)菌，有利于生活健康。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例中，所述氧化鋅的含量對(duì)本發(fā)明的效果影響較大，當(dāng)所述氧化鋅的 含量過(guò)少時(shí)，無(wú)法發(fā)揮抗蠕變和抗菌性能；當(dāng)所述氧化鋅含量過(guò)多時(shí)，一方面，其發(fā)揮的抗 蠕變和抗菌性能飽和，難