一種聚酰胺復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于復合材料領域，尤其涉及一種聚酰胺復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 聚酰胺樹脂具有良好的力學性能、耐化學藥品性能、耐磨、耐熱等優良性能，目前 已廣泛應用于汽車、航空航天、化工、機械、電子電器、運動器材等領域。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 酰胺材料具有高強度、高剛性的特點。此外，聚酰胺還具有耐磨損、耐腐蝕等優點。
[0003] 然而，聚酰胺分子為線性不對稱結構，其分子鏈呈繞曲狀態，所以聚酰胺材料的結 晶度較低，一般只有25%_45%。且由于聚酰胺分子結構中含有大量的胺基和羰基，因此，其 容易與水分子形成氫鍵，導致使用該物質的材料在使用及存放時容易吸水，進而產生增塑 效應，最終導致材料體積膨脹、模量下降，在機械力作用下發生明顯蠕變。而材料如果抗蠕 變能力差，就會使得其機械性能降低、尺寸穩定性差，在很大程度上限制了材料的應用，特 別不適用于作為高溫高濕環境下、具有較高機械性能和尺寸穩定性要求的材料。同時，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、廚衛以及學校 醫院等方面的使用。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 合，由于長期受到外力作用，容易發生蠕變，從而縮短材料的使用壽命。
[0004] 目前，主要通過加入各種填料以及抗菌劑，來克服聚酰胺材料蠕變和不抗菌的不 足，同時提高聚酰胺材料物理性能。常用的填料多為無機粉體和各類纖維，其中，常用的滑 石粉、高嶺土等無機粉體對材料的韌性有較大的影響，同時對材料的強度提高也不理想;而 玻璃纖維有著較大的長徑比，雖然對材料的力學性能有較大提高，但是，玻璃纖維的添加對 材料的加工性能有一定的影響，特別是用于制件較大、結構較復雜的產品時容易產生應力 翹曲、發生變形以及降低產品表面光澤度。而目前所用抗菌劑成本較高，不利于復合材料成 本的控制。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供一種具有高機械強度、低蠕變、抗菌、耐磨損、耐熱、耐腐 蝕、尺寸穩定性好、減震、降噪等性能的聚酰胺復合材料，旨在解決現有聚酰胺材料抗蠕變 性能和抗菌性能差的問題。
[0006] 本發明的另一目的在于提供一種聚酰胺復合材料的制備方法。
[0007] 本發明是這樣實現的，一種聚酰胺復合材料，包括如下重量份數的下列組分： 聚酰胺 30-90份； 氧化鋅 5-50份； 偶聯劑 0.1-1.0份；
[0008]抗氧劑 0.1-1.0 份； 耐熱劑 0-1.0份; 潤滑劑 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，一種聚酰胺復合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0011] 按照所述聚酰胺復合材料的配方稱取各組分；
[0012] 將除氧化鋅和偶聯劑外的所有組分進行第一混合處理，得到第一混合物料;將氧 化鋅和偶聯劑進行第二混合處理，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的主喂料口進料、所述第二混合物料從側喂 料口加入，進行熔融擠出，造粒。
[0014] 本發明提供的聚酰胺復合材料，添加了四針狀氧化鋅組分，所述四針狀氧化鋅無 結構缺陷，其強度高，具有優異的補強增韌性能和抗菌性能，同時改善聚酰胺材料的強度、 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構， 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 體長度為3_200μπι，具有特殊的空間立體結構。所述四針狀氧化鋅組分因其獨特的立體四針 狀三維結構，容易實現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 時由于其四針狀結構，復合材料中的聚酰胺分子鏈能夠在其四個針上穩固纏繞，各相均一， 消除每個方向的分子鏈滑移，從而從本質上并且高效的解決尼龍的蠕變，使得聚酰胺復合 材料的抗蠕變性能明顯增強，即便是在高溫高濕環境下，也能具有優良的機械性能和尺寸 穩定性。同時，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、公共場合以及 家用電器如齒輪、閥門、門把手、運動器材、汽車部件等抗菌要求較高的產品，具有良好的發 展前景。
[0015] 本發明提供的聚酰胺復合材料，具有良好的抗蠕變性，在使用過程中長期受力而 不變形，同時還具有抗菌能力，能夠防止細菌、病毒的滋生和傳播，能夠用于廚衛（如洗衣 機、馬桶部件）、公共場合以及醫院公共設施和醫療設備（如齒輪、閥門、把手)等;本發明提 供的聚酰胺復合材料，同時具有良好的減震性、吸波性能、耐熱性、尺寸穩定性，能夠用于汽 車零部件(如發動機罩蓋、氣門室罩蓋、油門腳踏板等），同時還可應用于電動工具和運動器 材。此外，本發明提供的聚酰胺復合材料，還具有優良的機械強度、耐磨損、耐腐蝕、易加工 等性能，且成本低廉，具有廣闊的應用前景，可以多領域應用，尤其適用于家電和廚衛產品。
[0016] 本發明提供的聚酰胺復合材料的制備方法，將氧化鋅、偶聯劑充分混合后作為一 個整體，與其他成分形成的混合物從不同喂料口進行喂料，可以保證所述氧化鋅和偶聯劑 充分分散均勻，從而得到性能優良的復合產品。此外，本發明提供的聚酰胺復合材料的制備 方法，只需將各組分進行混合處理后進行熔融制粒，操作簡單可控，且熔融制粒工藝成熟， 易于實現產業化。
【具體實施方式】
[0017] 為了使本發明要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合 實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本發明，并不用于限定本發明。
[0018] 本發明實施例提供了一種聚酰胺復合材料，包括如下重量份數的下列組分： 聚酰胺 30-如份； 氧化鋅 5-50份； 偶聯劑 0.I-1.0份；
[0019]抗氧劑 0.1-1.0 份； 耐熱劑 0-1,0份 潤滑齊丨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明實施例聚酰胺復合材料的主體，賦予復合材料高 強度、高剛性、耐磨損、耐腐蝕的優點。本發明實施例中，所述聚酰胺為PA6、PA66的一種或是 兩種形成的混合物。作為優選實施例，為了獲得良好的流動性、高強度、耐磨損、耐高溫等良 好性能，所述聚酰胺選用相對密度為1.12-1.15、相對粘度為2.0-2.8的PA6、PA66。本發明實 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。
[0022] 本發明實施例中，所述氧化鋅四針狀氧化鋅晶須。所述氧化鋅晶須微觀結構為三 維四針狀立體結構，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，針狀體長度為 100-200μπι。作為優選實施例，所述四針狀氧化鋅晶須為位錯小、晶格缺陷少的單晶性氧化 鋅晶須。本發明實施例中，所述氧化鋅的雜質含量少，純度2 99.95%，從而保證了其功能的 充分發揮，如具有極高的力學強度和彈性模量，拉伸強度和彈性模量分別達到1.0 X l〇4MPa 和3.5X105MPa。同時由于所述氧化鋅晶須具有獨特的立體四針狀三維結構，使得所述氧化 鋅晶須在基體材料中能夠實現均勻分布，從而各相同性地改善材料的物理性能，賦予復合 材料各種獨特性能，如增強、耐磨、抗菌、減震、降噪、吸波、抗靜電等性能。另外，由于所述氧 化鋅獨特立體四針狀三維結構，所述聚酰胺分子能夠穩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定的固定下來，從而避免吸 水后、在水分子的潤滑作用下、所述聚酰胺分子鏈在外力作用下發生較大的滑移或分子鏈 松弛，導致材料發生蠕變，進而發生材料變形，影響其使用。
[0023]本發明實施例所述氧化鋅晶須還具有優良的抗菌性能，且所述氧化鋅晶須可以通 過光催化抗菌和接觸式殺菌兩種途徑達到高效抗菌性能。具體的：由于所述氧化鋅晶須具 有較強的光催化能力，經紫外照射后，所述氧化鋅價帶中的電子會激發到導帶，形成自由移 動的帶負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 產生氫氧根、氧負離子和過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 和水中的氧變為活性氧。活性氧具有極強的氧化活性，它們能與多種微生物中的有機物(例 如:羥基等)發生反應，能降解多種有機化合物，破壞細菌細胞的增殖能力，而抑制或殺滅細 菌，即光催化抗菌。接觸式殺菌是指氧化鋅在含水的介質中緩慢釋放鋅離子，鋅離子逐漸地 游離出來。由于鋅離子具有氧化還原性，與細菌細胞膜相結合時，鋅離子與其中的有機物發 生反應，能破壞膜蛋白的結構，使其失去活性，達到殺菌目的。此外，所述氧化鋅晶須表面的 空穴會產生電子，直接參與反應，空穴數量越多就會產生更多的電子，其殺菌能力就增加。 本發明實施例所述氧化鋅晶須同時能發揮抗菌和殺菌兩種性能，而且相互起協同作用，賦 予所述聚酰胺復合材料高抗菌性能，使得所述聚酰胺復合材料適用于廚衛、公共場合設備 以及家用電器等方面使用，保證設備在使用及存放時不產生細菌，有利于生活健康。
[0024]本發明實施例中，所述氧化鋅的含量對本發明的效果影響較大，當所述氧化鋅的 含量過少時，無法發揮抗蠕變和抗菌性能；當所述氧化鋅含量過多時，一方面，其發揮的抗 蠕變和抗菌性能飽和，難