一种具有星型支化结构的尼龙材料及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及汽车进气歧管专用尼龙材料，具体地，涉及一种具有星型支化结构的尼龙复合材料及其制备方法，该材料适用于汽车发动机进气歧管。
背景技术
近几年来，随着人们对汽车轻量化和节能要求的提高，用轻质的工程塑料替代金属材料用于汽车结构体和零部件已成为汽车工业的主题之一。
尼龙进气歧管的应用是近几年来汽车行业应用工程塑料替代金属材料来实现上述目标的最典型的事例之一。汽车发动机进气歧管是汽车动力系统的主要零部件之一，位于发动机室的中央，燃气通过进气歧管的分配进入到各汽缸内，使燃气得以充分燃烧。由于进气歧管特殊的用途和工作条件，要求用30-35％的玻璃纤维对普通尼龙基础树脂进行改性，使其机械性能达到进气歧管工作条件的要求，从而使用该材料制成的进气歧管成型后能够承受一定的爆破压力，如本田车进气歧管需要承受0.75MPa以上的爆破压力；同时在注塑加工过程中还要补充相应的助剂，使尼龙材料的流动性，加工性能和热稳定性能得到改善，从而使制品有较佳的表面光洁度，表现在汽车进气歧管中，是进气歧管内壁的光滑度。
目前，国内在制备汽车进气歧管用尼龙材料方面，也有一些研究成果。如申请号为200410081160.X的专利提供了一种聚酰胺复合材料，适用于制造汽车进气歧管，该材料为线型结构，其力学性能较差，拉伸强度仅165-170Mpa，并且材料塑化时线型分子链段会互相缠绕，从而导致制品流动性及表面光洁度差。申请号为200810104253.8的专利提供了一种含短纤维和热致液晶聚酰胺的汽车进气歧管专用尼龙材料，其采用30-70％尼龙、5-35％短纤维、5-35％热致液晶聚酰胺和0.1-5％加工助剂，通过双螺杆挤出机挤出后造粒，烘干制得。该材料中含有的热致液晶聚酰胺目前还没有实现工业化生产，因而增加了材料的成本，大大影响该材料的经济实用性和批量供应推广，为产生带来不稳定因素，违背了汽车零部件高质量高稳定性的要求。
【发明内容】
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种具有星型支化结构的尼龙复合材料，该材料适用于汽车发动机进气歧管，该材料通过应用适量的星型支化剂，配以适当种类和用量的聚酰胺、短玻璃纤维、弹性体和助剂制备而成，具备超高强爆破强度，加工流动性优异，表面光洁度高等优势，完全能达到汽车尼龙进气歧管生产及应用的要求，其材料来源稳定，生产加工简单，适于推广应用。
本发明也提供了所述具有星型支化结构的尼龙复合材料的制备方法。
本发明的技术方案如下：一种具有星型支化结构的尼龙复合材料，适用于汽车进气歧管，所述尼龙复合材料中各组分及其质量含量如下：
尼龙： 40％～68％，
POE弹性体： 0％～10％，
短玻璃纤维： 30％～35％，
星型支化剂： 0.05％～5％，
助剂： 1.5％～12％；
其中，所述短玻璃纤维为经硅烷偶联剂处理的无碱短玻璃纤维；
所述星型支化剂的分子式为：
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R为芳香族链段、脂肪族链段或环氧链段，R’为能与尼龙端基发生反应的氨基、羧基或羟基官能团，R’官能团数量≥3。
优选地，所述星型支化剂为三羧基苯磺酸、三氨基三苯甲烷或三羟基环氧丙烷。
所述尼龙选自：PA6、PA66、PA612、PA11、PA12、PA1010、PPA、PA46、PA6T、PA9T和PA6/66聚合物中的一种或数种的组合物。
所述助剂含有占尼龙复合材料总质量0.3～6％的防玻纤外露调节助剂、0.1～0.5％的热稳定剂、0.1～2.0％的成核剂和1.0～3.0％的着色剂。
所述防玻纤外露调节助剂选自硬脂酸钙、乙撑双硬脂酰胺、硅酮粉和其任意组合物。
所述热稳定剂为碱金属卤化物。
所述成核剂为滑石粉。
所述着色剂为黑色母。
所述的具有星型支化结构的尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，其具体步骤为：
1)将尼龙、POE弹性体、星型支化剂和助剂加入高速混料机，滴入分散油后，混合5～10分钟；
2)将短玻璃纤维用硅烷偶联剂处理后，加入高速混料机，混合5～10分钟，得共混物料；
3)将步骤2)所得共混物料加入双螺杆挤出机，混匀后，熔融挤出，温度为200℃～320℃，转速为300～400r/min；
4)冷却后切粒筛分；
5)包装。
本发明所述尼龙复合材料中，主料聚酰胺材料来源广泛，价格低廉。
本发明所述尼龙复合材料中，短玻璃纤维选择经硅烷偶联剂处理的无碱短玻璃纤维，在保证产品尺寸稳定性和机械强度的同时，使尼龙与玻璃纤维充分包覆融合，从而使用该材料制备的产品较常规材料制成的产品具有更优异的表面光洁度，而优异的表面光洁度可以降低燃气流动阻力，提高燃油利用率。
本发明所述尼龙复合材料是尼龙和短玻璃纤维，经过星型支化剂处理而成，使材料分子链间呈现网状结构，提高了材料的物理性能，使其具备超高强爆破强度。另外，由于星型支化剂的加入，又使材料塑化的同时分子呈滚动式运动，提高了材料的注塑加工流动性。
另外，本发明所述尼龙复合材料中也可根据材料的应用需求，加入适量的POE弹性体，POE弹性体可大大提升材料的延展性和抗冲击性能，对提高进气歧管抗爆破压力性能有明显的帮助。
本发明所述尼龙复合材料中还选用了适当的防玻纤外露调节助剂、热稳定剂、成核剂和着色剂等助剂，以增强材料的流动性能，表面光洁度，稳定性和物理性能。
本发明的优势在于：(1)经检测，本发明所述的具有星型支化结构的尼龙复合材料的各项物理性能指标全部达到或超过世界跨国公司同类产品的技术水平。(2)经检测，本发明所述的具有星型支化结构的尼龙复合材料抵抗燃气气流爆破压力的性能接近该部件世界最高技术标准10巴。(3)经检测，本发明所述的具有星型支化结构的尼龙复合材料注塑加工流动性好，好于跨国公司同类产品约30％。(4)本发明所述的具有星型支化结构的尼龙复合材料制成的产品具有优异的表面光洁度和热老化稳定性。(5)本发明所述的具有星型支化结构的尼龙复合材料，其原材料均为普通材料，价格低廉，适合推广和应用。
具体实施例
以下将结合具体实施例，对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
表1为实施例1～9具有星型支化结构的尼龙复合材料的各组分及各组分的质量含量。其中，所述尼龙选自：PA6、PA66、PA612、PA11、PA12、PA1010、PPA、PA46、PA6T、PA9T和PA6/66聚合物中的一种或数种的组合物；所述短玻璃纤维为经硅烷偶联剂处理的无碱短玻璃纤维；所述星型支化剂的分子式为：
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R为芳香族链段、脂肪族链段或环氧链段，R’为能与尼龙端基发生反应的氨基、羧基或羟基官能团，R’官能团数量≥3。
优选地，所述星型支化剂为三羧基苯磺酸、三氨基三苯甲烷或三羟基环氧丙烷。
所述助剂含有占尼龙复合材料总质量0.3～6％的防玻纤外露调节助剂、0.1～0.5％的热稳定剂、0.1～2.0％的成核剂和1.0～3.0％的着色剂。所述防玻纤外露调节助剂选自硬脂酸钙、乙撑双硬脂酰胺、硅酮粉和其任意组合物。所述热稳定剂为碱金属卤化物，其选自碘化亚铜、氧化亚铜、碘化钾、溴化钾或其混合物。所述成核剂为滑石粉。所述着色剂为黑色母。
表1实施例1～9所述具有星型支化结构的尼龙复合材料各组分
及各组分的质量含量
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表1中，实施例1～3所用的星型支化剂为三羧基苯磺酸。实施例4～6所用的星型支化剂为三氨基三苯甲烷。实施例7～9所用的星型支化剂为三羟基环氧丙烷。另外，用PA612、PA11、PA46、PA6T和PA9T中的任一种替换PA12、PA1010和PPA中的任一种，均可以达到相同的效果。
实施例1～9所述具有星型支化结构的尼龙复合材料的制备方法为：1)将尼龙、POE弹性体、星型支化剂和助剂加入高速混料机，滴入分散油后，混合5～10分钟；2)将短玻璃纤维用硅烷偶联剂处理后，加入高速混料机，混合5～10分钟，得共混物料；3)将步骤2)所得共混物料加入双螺杆挤出机，混匀后，熔融挤出，温度为200℃～320℃，转速为300～400r/min；4)冷却后切粒筛分；5)包装。
为了进一步说明本发明所述具有星型支化结构的尼龙复合材料的性能，将依据实施例1～9所述配方制备的尼龙复合材料进行了性能检测，其检测参数如表2所述。
表2、依据实施例1～9所述配方制备的尼龙复合材料性能参数
性能测试检测标准实例1实例2实例3实例4实例5实例6实例7实例8实例9
拉伸强度(MPa)ISO527-2190195195205195200185170195
弯曲强度(MPa)ISO178275280280290280280260230285
弯曲模量(MPa)ISO17888009200900010000950010500850080009000
无缺口冲击强度(kj/m2)ISO179/1eU888583858080909590
缺口冲击强度(kj/m2)ISO179/1eA202218201617222520
应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，应理解，在阅读本发明内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价变化同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。