专利名称：一种汽车进气歧管专用尼龙料及其加工方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车进气歧管专用尼龙料，具体涉及一种含短纤维和热 致液晶聚酰胺的尼龙复合材料及其制备方法。
技术背景世界各国政府都把节约能源放在国家发展战略的重要位置，以保持经济 的可持续发展。汽车是能源消耗和环境污染的主要途径，汽车轻量化和节能 已成为当今汽车工业的重要议题。选用轻质的工程塑料用于汽车结构体及部件上是实现汽车轻量化、降低 能耗、减少环境污染的有效途径，也直接反映了一个国家汽车工业的发展水 平。进气歧管是汽车发动机周边重要部件之一，位于汽车发动机室内中央， 是一种形状复杂的中空部件。过去进气歧管一般用铝或铸铁制造(铝制进气歧管质量为4. 5 ~ 7. 3kg )，近20年来，随着聚酰胺工程塑料在汽车发动机周 边部件的应用研究日趋活跃，进气歧管的塑料化程度不断加快，具有以下优 点l)与铝制歧管相比较，聚酰胺进气歧管质量减少40~60%，可以更加节 省能量；2)聚酰胺进气歧管制造主要采用熔芯法和振动焊接法，具有成型工 序少、加工不减少、安装成本低、生产效率高的特点，生产成本降低了 40 ~ 50%; 3)聚酰胺进气歧管内表面光滑，对气流阻力小，可提高燃油效率，油 耗可降低6°/。~8% ,同时C02的排放量大大减少；4)聚酰胺本身具有减震消 声和耐磨耗的性能，因此进气歧管可以防噪声、防振动；5)进气歧管可采用 熔芯法制备，设计自由度大。目前，聚酰胺进气歧管普遍采用的材料为尼龙PA6或PA66加25% ~ 35% 玻璃纤维(GF )的增强塑料。虽然含量在25% ~ 35%的GF增强尼龙体系能够满足进气歧管的力学性能要求，但玻纤会提高配料粘度和对设备的摩擦力，使 得复合体系的加工流动性差、制品的注塑成型难度很大，从而造成进气歧管 制品的加工尺寸精度差、表面和内壁粗糙，进而阻碍汽车发动机中气体的流 动性和燃油的充分燃烧。因此，改善现有玻璃纤维增强尼龙树脂体系的加工 流动性、进一步提高复合体系的力学性能是目前汽车进气歧管专用料需要解 决的主要问题。 发明内容面光滑、热稳定性好、机械性能高、震动噪声小的进气歧管专用尼龙料及其 加工方法。本发明以"热致液晶聚酰胺(TLCP)/玻璃纤维/尼龙(PA)"三元复合材料 替代"玻璃纤维/尼龙"二元复合体系，利用液晶聚合物切力变稀的流变特性， 将其引入现有歧管用材一玻纤增强尼龙复合体系中，能够在降低复合材料熔 体粘度、减少物料对挤出机和注塑机磨损、改善加工流动性的同时，降低短 纤维在加工过程中的折断率、有利于物料的再生利用和制件力学性能的提高。本发明所提供的一种汽车进气歧管专用尼龙料是一种含短纤维和热致液 晶聚酰胺的尼龙复合材料，其中，各种组分及其重量百分比如下尼龙 30~70%短纤维 5 ~ 35%热致液晶聚酰胺 5~35°/。加工助剂 0. 1 ~ 5%其中，所述的尼龙为脂肪族聚酰胺，优选聚酰胺6、 66、 1010、 11、 12。 所述的短纤维为玻璃纤维GF或碳纤维CF。所述的热致液晶聚酰胺为主链型芳香族液晶共聚酰胺，可由聚乙二醇双4-羧苯醚(PEGn和/或PEGJ、邻联曱苯胺(0T)和4，4-二羧基-a，co-二苯氧基 步克烃三类单体经;容'液缩聚法制备(Bonahoe H B， Benjamin L E, Fennoy L V， andGreiffD, J. Org. Chem. ， 1961 ， 26， 474; Fukuj i Higashi， Kohji Nakajima Mamoru Watabiki, and Wen Xiong Zhang, Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, 1993， 31: 2929-2933 )，熔融范围为180~ 300°C。 当以不同的聚乙二醇双4-羧苯醚(PE化和PEGm)和邻联曱苯胺(OT)为 反应单体时，制备出的热致液晶聚酰胺分子结构通式如下CH340C hQk04CH2CH2C%^—COyNH^^"^^HjytoC h^"0柳2CH20)^^-COh(I )其中x、 y、 z分别是PEG。、 0T、 PEGj姿照归一化处理的摩尔比，且x+z=y; 重复单元数n和m的范围为2-4。当以聚乙二醇双4-羧苯醚(PEGn )、邻联曱苯胺(OT )和4，4-二羧基-01,0)-二苯氧基烷烃为反应单体时，制备出的热致液晶聚酰胺分子结构通式如下CH340C ^^~O4CH2CH2O)j^~C0yNHH^^Q~NH^OC HQKMCH2CH2)jp~(^~C(%(II )其中x、 y、 z分别是PEGn、 0T、 4，4-二羧基-a,a)-二苯氧基烷烃按照归一 化处理的摩尔比，且x+z-y;重复单元数n的范围为2~4，重复单元数k的 范围为1~6。所述的加工助剂为润滑剂、热稳定剂、成核剂、抗氧剂或着色剂中的一 种或多种的混合。本发明所提供的 一种汽车进气歧管专用尼龙料的加工方法，包括如下1) 将尼龙、短纤维、热致液晶聚酰胺和加工助剂按重量百分比 30 - 70%、 5~35%、 5~35%， 0. 1 ~ 5%充分混合均匀后，得到原料混合物；2) 将步骤l)制得的原料混合物通过双螺杆挤出机在高于热致液晶聚酰 胺熔点的温度范围挤出造粒。与现有技术相比较，本发明具有如下优点1 )本发明的含短纤维和热致液晶聚酰胺的尼龙料在熔融加工时，尼龙树 脂基体与热致液晶聚酰胺均为熔体，由于热致液晶聚合物具有^f艮强的剪切变 稀的流变性能，从而降低了三元杂化体系的熔体粘度，改善了尼龙料的加工 性能。2) 而且短纤维可以和TLCP产生流变学上的混杂效应，使PA/短纤维/热 致液晶聚酰胺三元复合材料的熔体粘度低于PA/短纤维二元复合材料的熔体 粘度，同时该三元复合材料具有优异的力学性能。3) 本发明的尼龙料可用于加工制得表面光滑、热稳定性好、机械性能高、 震动噪声小的汽车进气歧管。4) 本发明所采用的热致液晶聚酰胺具有较低的熔点、较宽的液晶相转变 温区，与目前商品化脂肪族聚酰胺和半芳香族聚酰胺的加工温度相匹配，因 此适用于目前商品化的聚酰胺及其改性树脂，在进一步提高产品性能的同时， 进一步扩宽了聚酰胺树脂的应用范围。同时，本发明的加工方法简单易行， 有利于进行大规4莫的生产，易实现产业化。具体实施例以下结合实施例对本发明的技术方案及效果作进一步的描述。 实施例11 )分别取经严格干燥的聚二乙二醇双4-羧苯醚(PEG2 ) 242. 2g,聚三乙 三醇双4-羧苯醚(PEG3) ll化，邻联曱苯胺(0T) 2Ug，无水氯化锂(LiCl)200g，精提纯的亚磷酸三苯酯(TPP) 620. 6g,吡啶(PY) 1000ml, N-曱基吡 咯烷酮(画P) 4000ml,其中PEG2、 PEG3、 0T三种单体的物质的量之比为 0.7/0.3/1，在fM呆护下于110。C反应4小时，随后在曱醇中沉淀、过滤并真 空干燥24小时，得到熔点为260。C的热致液晶聚酰胺(a),其结构式如下CH32) 用尼龙66、玻璃纤维、热致液晶聚酰胺(a)与加工助剂以重量百分 比60/30/8/2混合均匀，其中，加工助剂的各组分在尼龙料中所占的重量百 分比如下抗老化剂和染色剂炭黑，0.5%; 热稳定剂碱金属卣化物，0.4%;抗氧化剂受阻酚抗氧剂A, 0.3%;亚磷酸酯抗氧剂B， 0.3%; 成核剂纳米滑石4^分，0.5%;3) 将上述混合物在双螺杆挤出机上熔融共混，从加料口到口模各段的温 度分别设定为270 ~ 290°C,挤出物经冷却后造粒、80。C真空干燥12小时，然 后用注塑成型机在280 °C加工制成测试样条No. 1,测定性能见表1。实施例21)分别取经严格干燥的聚二乙二醇双4-羧苯醚(PEG2) 173g, 4，4-二羧 基-a,co-二苯氧基己烷221g,邻联曱苯胺(0T)212g，无水氯化锂(LiCl ) 200g， 精提纯的亚磷酸三苯酯(TPP) 620. 6g,吡咬(PY) 1000ml, N-曱基p比咯烷酮 (NMP) 4000ml，其中PEG2、 4,4-二羧基-a,o)-二苯氧基己烷、0T三种单体的 物质的量之比为0.5/0,5/1，在IM呆护下于110。C反应4小时，随后在甲醇中 沉淀、过滤并真空干燥M小时，得到熔点为270。C的热致液晶聚酰胺(b), 其结构式如下<formula>formula see original document page 9</formula>2) 用尼龙6、玻璃纤维、热致液晶聚酰胺(b)与加工助剂以重量百分比 53. 5/30/15/1.5混合均匀，其中，加工助剂的各组分在尼龙料中所占的重量 百分比如下抗老化剂和染色剂炭黑，0.4%; 热稳定剂碱金属卣化物，0.3%;抗氧化剂受阻酚抗氧剂A, 0.2%;亚磷酸酯抗氧剂B， 0.3%; 成核剂纳米滑石粉，0. 3%3) 加工条件同实施例1步骤3)，加工制成测试样条No. 2,测定性能见表l。1)分别取经严格干燥的聚三乙二醇双4-羧苯醚(PEG3) 195g， 4，4-二羧 基-a,co-二苯氧基辛烷235g,邻联曱苯胺(0T)212g,无水氯化锂(LiCl ) 200g, 精提纯的亚磷酸三苯酯(TPP) 620. 6g，吡啶(PY) 1000ml， N-曱基吡咯烷酮 (丽P) 4000ml,其中PEG2、 4，4-二羧基-a,①-二苯氧基辛烷、0T三种单体的 物质的量之比为0.5/0.5/1,在IM呆护下于ll(TC反应4小时，随后在曱醇中 沉淀、过滤并真空干燥24小时，得到熔点为224。C的热致液晶聚酰胺(c), 其结构式如下<formula>formula see original document page 9</formula>2)用尼龙ll、 3皮璃纤维、热致液晶聚酰胺(c)与加工助剂以重量百分 比61.4/30/7/1.6混合均匀,其中，加工助剂的各组分在尼龙料中所占的重 量百分比如下实施例3抗老化剂和染色剂炭黑，0.3%; 热稳定剂碱金属卣化物，0.3%;抗氧化剂受阻酚抗氧剂A， 0.3%;亚磷酸酯抗氧剂B, 0.3%; 成核剂纳米滑石粉，0.4%;3)将上述混合物在双螺杆挤出机上熔融共混，从加料口到口模各段的温 度分别设定为240 ~ 270°C，挤出物经冷却后造粒、80。C真空干燥12小时，然 后用注塑成型机在260 °C加工制成测试样条No. 3,测定性能见表1。实施例41) 分别取经严格干燥的聚二乙二醇双4-羧苯醚(PEG2) 103. 8g，聚三乙 二醇双4-羧苯醚(PEG3 ) 273g,邻联甲苯胺(0T) 212g，无水氯化锂(LiCl) 200g,精提纯的亚磷酸三苯酯(TPP) 620. 6g,吡啶(PY) 1000ml, N-曱基吡 咯烷酮(丽P) 4000ml，其中PEG2、 PEG3、 0T三种单体的物质的量之比为 0.3/0.7/1，在&保护下于ll(TC反应4小时，随后在甲醇中沉淀、过滤并真 空干燥24小时，得到熔点为254。C的热致液晶聚酰胺(d)，其结构式如下CH32) 用尼龙12、玻璃纤维、热致液晶聚酰胺(d)与加工助剂以重量百分 比58. 2/28/12/1. 8混合均匀，其中，加工助剂的各组分在尼龙料中所占的重 量百分比如下抗老化剂和染色剂炭黑，0.4%; 热稳定剂碱金属卣化物,0.2%;抗氧化剂受阻酚抗氧剂A, 0.4%;亚磷酸酯抗氧剂B, 0.4%; 成核剂纳米滑石粉，0.4%;3) 将上述混合物在双螺杆挤出机上熔融共混，从加料口到口模各段的温度分别设定为250 ~ 280°C，挤出物经冷却后造粒、8(TC真空干燥12小时，然 后用注塑成型机在270 °C加工制成测试样条No. 4,测定性能见表1。 实施例51)将用尼龙6、玻璃纤维、实施例1步骤1 )中制备的热致液晶聚酰胺 (a)与加工助剂以百分比65/25/8/2混合均匀，加工助剂的各组分在尼龙料 中所占的重量百分比如下抗老化剂和染色剂炭黑，0.4%; 热稳定剂碱金属卤化物，0.3%;抗氧化剂受阻酚抗氧剂A， 0.2%;亚磷酸酯抗氧剂B， 0.3%; 成核剂纳米滑石粉，0. 3%2 )加工条件同实施例1步骤3 )，加工制成测试样条No. 5，测定性能见表l。实施例61) 将用尼龙6、玻璃纤维、实施例1步骤1 )中制备的热致液晶聚酰胺 (a)与加工助剂以重量百分比50/25/23/2混合均匀，加工助剂的各组分及其在尼龙料中所占的重量百分比同实施例5;2) 加工条件同实施例1步骤3)，加工制成测试样条No. 6，测定性能见表l。实施例71) 将用尼龙6、玻璃纤维、实施例1步骤1 )中制备的热致液晶聚酰胺 (a)与加工助剂以重量百分比40/30/28/2混合均勻，加工助剂的各组分及其在尼龙料中所占的重量百分比同实施例5;2) 加工条件同实施例1步骤3)，加工制成测试样条No. 7,测定性能见实施例81 )用尼龙6、碳纤维、实施例2步骤1 )中制备的热致液晶聚酰胺(b ) 与加工助剂以重量百分比40/30/28. 5/1. 5混合均匀，加工助剂的各组分在尼 龙料中所占的重量百分比如下抗老化剂和染色剂炭黑，0.4%; 热稳定剂碱金属卣化物，0.3%;抗氧化剂受阻酚抗氧剂A， 0.2%;亚磷酸酯抗氧剂B, 0.3%; 成核剂纳米滑石粉，0.3%2)加工条件同实施例1步骤3)，加工制成测试样条No. 8，测定性能见表l。实施例91) 用尼龙6、碳纤维、实施例2步骤1)中制备的热致液晶聚酰胺(b) 与加工助剂以重量百分比53. 5/30/15/1. 5混合均匀，加工助剂的各组分及其在尼龙料中所占的重量百分比同实施例8;2) 加工条件同实施例1步骤3)，加工制成测试样条No. 9，测定性能见表l。实施例101)用尼龙6、碳纤维、实施例2步骤1)中制备的热致液晶聚酰胺(b) 与加工助剂以重量百分比60/30/8.5/1.5混合均匀，加工助剂的各组分及其在尼龙料中所占的重量百分比同实施例8;2 )加工条件同实施例1步骤3 )，加工制成测试样条No. 10,测定性能见表l。实施例111)用尼龙11、碳纤维、实施例3步骤1)中制备的热致液晶聚酰胺(c )与加工助剂以重量百分比61.4/30/7/1.6混合均匀，加工助剂的各组分在尼 龙料中所占的重量百分比如下抗老化剂和染色剂炭黑，0.3%;热稳定剂i威金属卣化物，0.3%;抗氧化剂受阻酚抗氧剂A， 0.3%;亚磷酸酯抗氧剂B， 0.3%; 成核剂纳米滑石粉，0.4%;2 )加工条件同实施例3步骤3 ),加工制成测试样条No. 11，测定性能见表l。实施例121)用尼龙11、碳纤维、实施例3步骤1)中制备的热致液晶聚酰胺(c ) 与加工助剂以重量百分比55/30/13. 4/1. 6混合均匀，加工助剂的各组分及其 在尼龙料中所占的重量百分比同实施例11;2 )加工条件同实施例3步骤3 )，加工制成测试样条No. 12,测定性能见表l。实施例131)用尼龙ll、碳纤维、实施例3步骤1)中制备的热致液晶聚酰胺(c) 与加工助剂以重量百分比45/30/23. 4/1. 6混合均匀，加工助剂的各组分及其 在尼龙料中所占的重量百分比同实施例11;2 )加工条件同实施例3步骤3 ),加工制成测试样条No. 13,测定性能见配方编号拉伸强度断裂伸长率 弯曲模量 缺口冲击 振动焊接 注射流动(MPa) (°/ ) (GPa) 强度(J/m) 强度(MPa) 长度(隱)No. 11854.18. 714260105No. 21803.88. 513665110No. 31655.69. 616770119No. 41606.510. 217372124No. 51834.18. 513872108No. 61923.69. 214377115No. 72043.29. 815685121No. 83152.115. 9236109129No. 92702.612. 7190104119No. 102173.710. 517696109No. 112034.29. 616981125No. 122083.710. 517488119No. 132153.211. 217892107表1.实施例1 ~ 13制备的汽车进气歧管专用尼龙料的性能最后应说明的是以匕实施例仅用以说明太为'即 述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详 细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行 修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其 均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1、一种汽车进气歧管专用尼龙料，其特征在于，所述的尼龙料中各种组分及其重量百分比如下尼龙30～70％短纤维 5～35％热致液晶聚酰胺 5～35％加工助剂0.1～5％
2、 根据权利要求1所述的尼龙料，其特征在于，所述的尼龙为脂肪族聚 酰胺。
3、 根据权利要求2所述的尼龙料，其特征在于，所述的尼龙为聚酰胺6、 聚酰胺66、聚酰胺101Q、聚酰胺11或聚酰胺12。
4、 根据权利要求1所述的尼龙料，其特征在于，所述的短纤维为玻璃纤 维GF或碳纤维CF。
5、 根据权利要求1所述的尼龙料，其特征在于，所述的热致液晶聚酰胺 是以两种聚乙二醇双4-羧苯醚PEGn和/或PEGm,邻联曱苯胺0T和4，4-二羧基 -a,co-二苯氧基烷烃为反应单体，经溶液缩聚方法制得的两类主链型芳香族液 晶共聚酰胺，熔融范围为180~ 300nC,其分子结构通式分别如(I )和(II ) 所示<formula>formula see original document page 2</formula> (I )式中，x、 y、 z分别是PEGn、 0T、 PE"按照归一化处理的摩尔比，且x+z"， 重复单元数n和m的范围为2 ~ 4;<formula>formula see original document page 2</formula>其中x、 y、 z分别是PEG。、 0T、 4，4-二羧基-a，co-二苯氧基烷烃按照归一 化处理的摩尔比，且x+z，，重复单元数n的范围为2-4，重复单元数k的 范围为1~6。
6、 根据权利要求1所述的尼龙料，其特征在于，所述的加工助剂为润滑 剂、热稳定剂、成核剂、抗氧剂或着色剂中的一种或多种的混合。
7、 根据权利要求1~6所述的汽车进气歧管专用尼龙料的加工方法，其 特征在于，包括如下步骤1) 将尼龙、短纤维、热致液晶聚酰胺和加工助剂按重量百分比 30 ~ 70%、 5 ~ 35%、 5 ~ 35%， G. 1 ~ 5%充分混合均匀后，得到原料混合物；2) 将步骤l)制得的原料混合物通过双螺杆挤出机挤出后造粒，烘干后 制得汽车进气歧管专用尼龙料。
全文摘要
一种汽车进气歧管专用尼龙料及其加工方法涉及一种汽车进气歧管专用尼龙料。现有二元体系尼龙料加工流动性差，表面和内壁粗糙。本发明的尼龙料由尼龙30～70wt％、短纤维5～35wt％、热致液晶聚酰胺5～35wt％和加工助剂0.1～5wt％组成。其中，尼龙为脂肪族聚酰胺；短纤维为玻璃纤维GF或碳纤维CF；热致液晶聚酰胺为熔融范围在180～300℃的主链型芳香聚酰胺；加工助剂为润滑剂、热稳定剂、成核剂、抗氧剂或着色剂中的一种或多种。本发明将尼龙料的各组分充分混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出后造粒，烘干得到汽车进气歧管专用尼龙料。本发明具有表面光滑、加工流动性和热稳定性好、机械性能高、震动噪声小等优点。
文档编号B29B9/12GK101260233SQ20081010425
公开日2008年9月10日 申请日期2008年4月18日 优先权日2008年4月18日
发明者彬 周, 周美玲, 腾 张, 朝 王, 程艳玲, 索红莉 申请人:北京工业大学