一种耐热抗老化的高分子材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及车用高分子材料技术领域，尤其涉及一种耐热抗老化的高分子材料及其制备方法。


背景技术：

2.聚酰胺，是分子主链上含有重复酰胺基团—[nhco]—的热塑性树脂总称，包括脂肪族聚酰胺，脂肪—芳香族聚酰胺和芳香族聚酰胺。其中脂肪族聚酰胺品种多，产量大，应用广泛。随着汽车的发展，对车用材料提出了新的挑战，聚酰胺由于拥有优异的性能，已经成为新型汽车的备选材料。
[0003]
为了减少高压部件的重量和所需的安装空间，阻燃塑料是不可或缺的材料，因此具有耐老化、高阻燃性的特种聚酰胺材料可以明显的提高汽车的安全性，但是在保持汽车安全性能的基础上，实现汽车的轻量化生产是一个重要的方向。在汽车零部件中，有许多都是塑料材质，但是由于塑料相比对金属材料，其阻燃性和耐高温性较差，如何有效提升塑料的阻燃耐高温性非常关键，如聚酰胺泡沫具有轻质、降噪的特点，又因其泡孔呈圆形具有很高的刚性，因而是结构部件中铝、金属或用于绝缘体、导管、垫片或电动汽辆电池盒等其他轻量部件的材料的替代材料。
[0004]
申请号为“201610441678.2”的发明专利“一种汽车塑料用阻燃耐高温改性尼龙材料”采用添加无机填料a、无机填料b和聚氨酯
‑
石墨烯复合轻质泡沫填料，有效降低尼龙材料的密度，而且还具有出色的降噪、隔热效果，同时能够提高尼龙材料耐磨性和抗拉等物理性能，但是用于特殊部件的尼龙材料仅有上述物理性能仍显不足，如发动机舱内的尼龙材料还需要具有耐高温、耐老化的性能，且具有较高的高温稳定性，除此之外要需要保持较高的流动性，利于在较宽的加工范围内进行制备。


技术实现要素：

[0005]
有鉴于此，本发明的目的是提供一种耐热抗老化的高分子材料及其制备方法，高分子材料聚酰胺具有较高的流动性，能在较宽的加工范围内进行制备产品，同时制备的产品具有耐高温、耐老化的性能。
[0006]
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
[0007]
一种耐热抗老化的高分子材料，所述高分子材料包括以下原料：聚酰胺树脂、矿物填料、纤维、复合成核流动剂、过氧苯甲酸、费托蜡、抗氧化剂，所述复合成核流动剂由亚麻油酸和苯甲酸钠、羧甲基纤维素钠、滑石粉组成。
[0008]
所述聚酰胺树脂可以选自pa6、pa66、pa11中的一种或几种。
[0009]
进一步，所述矿物填料选自高岭土、云母、硅灰石、碳酸钙中的一种。
[0010]
进一步，所述纤维选自碳纤维、玻璃纤维中的一种。
[0011]
进一步，所述原料包括以下重量份：100
‑
200份聚酰胺树脂、4
‑
10份矿物填料、2
‑
6份纤维、0.5
‑
2份复合成核流动剂、5
‑
8份过氧苯甲酸、3
‑
5份费托蜡、0.2
‑
1份抗氧化剂。
[0012]
进一步，所述亚麻油酸和苯甲酸钠、羧甲基纤维素钠、滑石粉的质量比为0.8：1：1：0.1。
[0013]
进一步，所述矿物填料的粒径≤5微米，纯度≥95％，所述纤维的长度≤0.5厘米。
[0014]
本发明还公开了一种耐热抗老化的高分子材料的制备方法，所述制备方法如下：
[0015]
(1)将聚酰胺树脂、矿物填料、复合成核流动剂、过氧苯甲酸、费托蜡、抗氧化剂加入高速混合机中混合均匀，得到混合物；
[0016]
(2)将得到的混合物置于双螺杆机中，转速为200
‑
300rpm，加热至220
‑
230℃后，加入纤维，再次加热至260
‑
275℃，随后降温至220
‑
250℃挤出造粒得到高分子材料。
[0017]
进一步，所述高分子材料采用注射或注塑成型制备车用产品，使用时注塑温度为220
‑
260℃，注塑压力为80
‑
180mpa。
[0018]
进一步，所述复合成核流动剂的制备方法如下：
[0019]
(1)将滑石粉与水按照1：50的质量比混合，制成悬浮体系；
[0020]
(2)将苯甲酸钠和羧甲基纤维素钠按照1：1的质量比例加入悬浮体系，随后加热至60
‑
70℃，加入亚麻油酸，300
‑
400rpm搅拌3
‑
4h后超声分10min，得到复合成核流动剂。乳化后的复合成核流动剂与聚酰胺树脂在高速搅拌中更容易混合均匀，在高温的双螺杆机中更容易改性聚酰胺树脂。
[0021]
有益效果：
[0022]
本发明采用复合成核流动剂改性聚酰胺制备成高分子材料，具有耐热、抗老化、高强度的特点，可以作为发动机舱内或其他需要耐高温老化产品材料使用。同时该高分子材料具有高流动性，更容易的充满型腔，不易产生缺料或溶解痕等缺陷，成品率更高，且可以使高分子材料在220
‑
260℃，80
‑
180mpad更宽的加工范围内生产产品，同时本发明的制备方法过程简单，易于操作。
附图说明
[0023]
图1：实施例3制备的高分子材料注塑成型的产品。
具体实施方式
[0024]
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
[0025]
实施例1：
[0026]
按以下质量称取原料：100g聚酰胺树脂、4g份高岭土、2g份碳纤维、0.5g复合成核流动剂、5g过氧苯甲酸、3g费托蜡、0.2g抗氧化剂。其中制备复合成核流动剂包括亚麻油酸和苯甲酸钠、羧甲基纤维素钠、滑石粉，其质量比为0.8：1：1：0.1。矿物填料选用粒径≤5微米，纯度≥95％的粉末型高岭土，碳纤维的长度≤0.5cm。
[0027]
首先制备复合成核流动剂：
[0028]
(1)将滑石粉与水按照1：50的质量比混合，搅拌均匀后制成悬浮体系；
[0029]
(2)将苯甲酸钠和羧甲基纤维素钠按照1：1的质量比例加入悬浮体系中，搅拌至溶解，随后加热至65℃，再加入亚麻油酸，于350rpm的速率下搅拌3.5h，随后用25khz的超声波超声分散10min，得到复合成核流动剂。
[0030]
复合成核流动剂配置完成后立即使用，最好于避光、室内保存。长时间静置后，使
用前需再次分散。
[0031]
制备复合型的高分子材料：
[0032]
(1)将pa6聚酰胺树脂、高岭土、复合成核流动剂、过氧苯甲酸、费托蜡、抗氧化剂加入高速混合机中混合均匀，得到混合物；
[0033]
(2)将得到的混合物置于双螺杆机中，转速为250rpm，加热区加热至220
‑
230℃后停留5min，加入碳纤维，再次加热至260
‑
275℃停留5min，随后降温至220
‑
250℃挤出造粒得到高分子材料。
[0034]
实施例2：
[0035]
按以下质量称取原料：150g聚酰胺树脂、6g份高岭土、4g份玻璃纤维、1g复合成核流动剂、6g过氧苯甲酸、4g费托蜡、0.1g抗氧化剂。其中制备复合成核流动剂选用实施例1制备的。矿物填料选用粒径≤5微米，纯度≥95％的粉末型碳酸钙，玻璃纤维的长度≤0.5cm。
[0036]
制备复合型的高分子材料：
[0037]
(1)将pa66聚酰胺树脂、碳酸钙、复合成核流动剂、过氧苯甲酸、费托蜡、抗氧化剂加入高速混合机中混合均匀，得到混合物；
[0038]
(2)将得到的混合物置于双螺杆机中，转速为250rpm，加热区加热至220
‑
230℃后，加入玻璃纤维，再次加热至260
‑
275℃，随后降温至220
‑
250℃挤出造粒得到高分子材料。
[0039]
实施例3：
[0040]
按以下质量称取原料：200g聚酰胺树脂、10g份高岭土、6g份玻璃纤维、2g复合成核流动剂、8g过氧苯甲酸、5g费托蜡、1g抗氧化剂。其中制备复合成核流动剂选用实施例1制备的。矿物填料选用粒径≤5微米，纯度≥95％的粉末型硅灰石，玻璃纤维的长度≤0.5cm。
[0041]
制备复合型的高分子材料：
[0042]
(1)将pa66聚酰胺树脂、硅灰石、复合成核流动剂、过氧苯甲酸、费托蜡、抗氧化剂加入高速混合机中混合均匀，得到混合物；
[0043]
(2)将得到的混合物置于双螺杆机中，转速为250rpm，加热区加热至220
‑
230℃后，加入玻璃纤维，再次加热至260
‑
275℃，随后降温至220
‑
250℃挤出造粒得到高分子材料。
[0044]
本发明实施例1
‑
实施例3制备得到的高分子材料可以采用注射或注塑成型制备车用产品，其注射或注塑温度为220
‑
260℃，注塑压力为80
‑
180mpa。
[0045]
如注塑如图1所示的小产品，注塑温度为240℃，注塑压力为120mpa。
[0046]
对比例1：
[0047]
对比例1与实施例3形成的对比，与实施例3的区别仅在于原料的选取上，复合成核流动剂的添加量为零，制备方法与实施例3相同，得到对比材料1。
[0048]
对比例2：
[0049]
对比例2与实施例3形成的对比，与实施例3的区别仅在于原料的选取上，复合成核流动剂替换成聚酰胺常用的改善剂，次磷酸盐，添加量和制备方法与实施例3相同，得到对比材料2。
[0050]
对比例3：
[0051]
对比例3与实施例3形成的对比，与实施例3的区别仅在于复合成核流动剂的原料选取上，复合成核流动剂中的原料为：苯甲酸钠、羧甲基纤维素钠、滑石粉，质量比为1：1：0.1，复合成核流动剂的制备方法为：(1)将滑石粉与水按照1：50的质量比混合，搅拌均匀后
制成悬浮体系；(2)将苯甲酸钠和羧甲基纤维素钠按照1：1的质量比例加入悬浮体系中，搅拌至溶解，于350rpm的速率下搅拌3.5h，得到复合成核流动剂。
[0052]
高分子材料制备方法
‑
与实施例3相同，得到对比材料3。
[0053]
对比例4：
[0054]
对比例4与实施例3形成的对比，与实施例3的区别仅在于复合成核流动剂的原料选取上，复合成核流动剂中的原料为：亚麻油酸和滑石粉，质量比为0.8：0.1，复合成核流动剂的制备方法为：将滑石粉与水按照1：50的质量比混合，搅拌均匀加热至65℃，再加入亚麻油酸，于350rpm的速率下搅拌3.5h，随后用25khz的超声波超声分散10min，得到复合成核流动剂。
[0055]
高分子材料制备方法与实施例3相同，得到对比材料4。
[0056]
对比例5：
[0057]
对比例5与实施例3形成的对比，与实施例3的区别仅在于复合成核流动剂的原料比例不同，亚麻油酸和苯甲酸钠、羧甲基纤维素钠、滑石粉的质量比为0.2：1：1：0.1。高分子材料制备方法与实施例3相同，得到对比材料5。
[0058]
将上述制备的到的材料采用astmd1238测试熔融指数，以判断塑料的流动性，得到的数据如表1所示：
[0059][0060]
将上述制备得到的材料采用注塑成型的方式制备成车测试样件，测试拉伸强度(gb/t1040.2)、弯曲强度(gb/t9341)、筒支梁缺口冲击强度(gb/t1043.1)、低温(
‑
30℃)筒支梁缺口冲击强度(gb/t1043.1)、热变形温度(1.8mpa)(gb/t1634.2)、长期热老化(试验温度140
±
2℃，老化时间1000
±
5h)，得到的数据如表2所示：
[0061]
表2
[0062]
[0063][0064]
根据表1和表2的数据分析可知：
[0065]
1、实施例1
‑
3制备的高分子材料流动性高，熔融指数达到32g/10min以上，与pa66相比，提高约10倍以上。实施例3与对比例1、对比例2相比，流动性提高3倍左右，说明复合成核流动剂能明显的提高其流动性。且与对比例3和对比例4相比，也提高约15g/10min左右，说明亚麻油酸、苯甲酸钠等原料制备的复合成核流动剂对聚酰胺材料的影响较大。
[0066]
2、由表2可知，实施例1
‑
3制备的高分子材料其强度高，耐热性好，抗老化性好，尤其适合在发动机舱等类似的高温环境下使用。与对比例1、对比例2相比，实施例3添加有复合成核流动剂，各项性能明显提高，说明复合成核流动剂对提高高分子材料的性能具有促进作用。同时与对比例3、对比例4、对比例5相比，亚麻油酸、苯甲酸钠等原料制备的复合成核流动剂，或者复合成核流动的原料配比对聚酰胺材料性能影响较大。
[0067]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。