本發明屬于汽車底盤和發動機周邊材料領域，尤其涉及一種變速箱支撐用聚酰胺組合物及其制備方法。

背景技術：

隨著國內外汽車工業的快速發展，截止2016年3月，中國的機動車保有量已經達到了2.83億輛，其中汽車的超過了1.79億輛，全世界汽車保有量將超過10億輛，汽車工業發展面臨著能源和環保等方面的巨大壓力。按平均每臺汽車耗油兩噸計算，每年汽車耗油將達到20億噸。目前中國石油的對外依存度已經超過了55％，而國內汽車用油占比已經超過5％，汽車能耗對整個國民經濟的發展，國家的能源安全產生了重大的影響。為了實現可持續發展戰略，除了采用電力等新能源汽車外，進行輕量化設計，降低汽車能耗也是實現節能減排的一個重要途徑。輕量化技術的應用在提升車輛超控性和動力性的同時，還可大大節約汽車油耗，根據相關研究表明，當汽車重量降低10％，汽車的燃油效率可以提高6％～8％。同時汽車輕量化對汽車的安全性也有一定的提升，因為汽車越輕，自身攜帶的動能就越少，在發生碰撞時，汽車緩沖所需吸收的能量就越少，從而車內人員的也就更安全。

隨著塑料改性技術的不斷發展，塑料材料在汽車行業得到越來越廣泛的應用，汽車輕量化需求與汽車部件的“以塑代鋼”發展密不可分，目前世界上不少轎車的塑料用量已經超過了120kg/輛，部分車型甚至超過了150kg/輛，而國內汽車是塑料用量不到90kg/輛。可以預見隨著汽車輕量化進程的加速，塑料在汽車中的應用將更加廣泛。汽車材料應用塑料的最大優勢是減輕車體的重量，一般塑料比重在0.9～1.5左右，玻纖增強復合材料的比重也不會超過2.0，而金屬材料的比重，鋼為7.6，黃銅為804，鋁為2.7，因此塑料材料成為汽車輕量化的首選用材。

目前絕大部分車型的變速箱支撐仍為金屬材料，而隨著汽車輕量化技術和使用要求的不斷提高，越來越多的汽車零部件中的金屬被塑料所取代，聚酰胺作為一種性能優異的工程塑料越來越多的應用于各個汽車功能性部件，如發動機進氣歧管，發動機罩蓋等，但現有聚酰胺材料的強度、耐老化、耐疲勞性和耐腐蝕性尚無法滿足變速箱支撐的要求。因此，開發出一種能用于變速箱支撐材料的塑料材料是本領域技術人員所正在努力研究的方向。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種變速箱支撐用聚酰胺組合物。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種變速箱支撐用聚酰胺組合物，由以下質量百分比的原料組成：

所述增強纖維為玻璃纖維和/或碳纖維。

上述的變速箱支撐用聚酰胺組合物，優選的，所述聚酰胺基體樹脂包括聚酰胺66、聚酰胺6、長碳鏈聚酰胺和芳香族聚酰胺中的一種或多種。其具有低結晶的特性，低結晶的目的是控制材料性能的均勻性，延緩或避免材料在長期使用過程中，性能發生太大的變化。聚酰胺66具體可以為巴斯夫a3k，聚酰胺6具體可以為巴陵石化yh-800、株洲時代新材料科技股份有限公司的特種尼龍xc028、xc030、xc032和xc035等，長碳鏈聚酰胺具體可以為法國阿托p40、瑞士emstr90和杜邦151，芳香族聚酰胺具體可以為美國蘇威mxd6和日本可樂麗尼龍9t。還可以為多種聚酰胺單體共聚樹脂的共混，這樣可實現不同聚酰胺分子鏈間的纏結，降低材料的結晶度，或避免形成大的結晶區，減少產品內部缺陷；同時盡量減少結晶區和非結晶區的界限，減緩疲勞作用時分子鏈的內耗作用。

優選的，所述玻璃纖維為高強玻璃纖維，且玻璃纖維的含量在30％～50％。

優選的，所述增強纖維單纖維的抗拉強度大于2800mpa，采用的單絲直徑為3～30μm；在所述變速箱支撐用聚酰胺組合物中增強纖維的長度分布在100～600μm。為了增加聚酰胺基體樹脂與增強纖維的結合力，單絲可以為實心或空心，單絲橫截面可以為圓形、橢圓形或扁形，具體可以為重慶國際復合材料有限公司的5301、歐文斯科寧cs995-13p、泰山玻璃纖維有限公司的t435n或巨石集團的568h等。

優選的，所述無機礦物包括蒙脫土、玻璃微珠、陶瓷微珠和云母粉中的一種或幾種；所述無機礦物的粒徑不超過100μm(粒徑過大影響材料性能)；所述相容劑包括聚烯烴共聚物和/或聚烯烴接枝物；所述加工助劑包括抗氧化劑、潤滑劑、成核劑、抗老化劑、耐水解劑、流動改性劑和界面改性劑中的一種或多種混合物。無機礦物具體可以為桂花牌2000目滑石粉、中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司2000目玻璃微珠或杜邦公司鈦白粉等。無機礦物主要是用于增強聚酰胺復合材料的補強，同時解決產品加工性、表面效果以及產品尺寸穩定性等問題。潤滑劑包括乙撐雙硬脂酰胺(ebs)、改性乙撐雙脂肪酸酰胺(taf)、德國洛伊納114n、霍尼韋爾a-c540、芥酸酰胺、四川晨光硅酮粉、贏創e525中的至少一種。

優選的，所述抗氧化劑包含無機亞金屬鹽的高效熱穩定劑、酚類、硫類以及亞磷酸鹽類抗氧化劑中的一種或多種混合物，所述抗氧化劑優選包括巴斯夫1098、巴斯夫168、美國dover9228以及德國布呂格曼h3336中的至少一種。所述抗氧化劑為一種復配的高效抗氧化熱穩定體系，其避免和減緩組合物在加工過程和長期使用過程中因剪切和熱壓力所造成的降解和老化，與普通的抗氧劑相比，其突出了在加工過程中由于剪切和熱壓力造成的聚合物降解，保護在擠出和注塑過程中聚酰胺分子鏈的降解，通過對熔融狀態下聚合物的保護，保持分子鏈的完整，延長聚合物的使用壽命。

優選的，所述相容劑包括聚烯烴共聚物和/或聚烯烴接枝物；所述聚烯烴接枝物為聚烯烴樹脂與不飽和酸和/或不飽和酸酐的反應產物，所述不飽和酸酐包括馬來酸酐或丙烯酸縮水甘油脂。

優選的，所述聚烯烴共聚物為埃克森美孚5061、陶氏3720p、akema4210、akema28-25、akema8900或杜邦1125ac；所述聚烯烴接枝物為杜邦353d或杜邦493d。這些優選的相容劑還包括小分子有機物以及大分子聚合物(極性物接枝物)，相容劑的加入主要是為了提高聚酰胺基體樹脂、增強纖維、無機礦物等不同組分間的相容性，同時調節基體樹脂的吸濕性，耐寒性以及產品加工和尺寸穩定性，還可以提升產品的強度和疲勞性能。

優選的，所述加工助劑至少包括界面改性劑，所述界面改性劑為一種金屬離子絡合的甲基丙烯酸甲酯與硅烷偶聯劑的復配物，和/或官能團接枝改性后的乙撐雙硬脂酰胺。為了提高增強與聚酰胺樹脂的結合能力，更優選的，所用的界面改性劑為銅離子絡合的甲基丙烯酸甲酯與3-(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基類硅烷偶聯劑的復配物。為了提高聚酰胺組合物的抗疲勞性，其不僅能稀釋，使得偶聯劑能更好分散，同時也可以對偶聯劑起到一種穩定和保護作用，避免在偶聯劑與玻璃纖維等增強纖維反應前與水反應，失去界面改善的效果，通過對增強纖維表面相容性的改善，提高增強纖維與聚酰胺樹脂的界面結合，從而提升產品的耐疲勞性能。加工助劑的添加主要是為了解決普通聚酰胺在高溫和潮濕條件下的性能衰減問題，以及酰胺不耐酸堿、抗凍液以及化雪劑等問題，以進一步解決汽車底盤部件在行駛過程面臨的腐蝕問題。

本發明的變速箱支撐用聚酰胺組合物，具有強度高、耐老化、疲勞性好和耐腐蝕的特點，能夠替代金屬應用于變速箱支撐等方面，滿足汽車在不同地域和環境中的使用。

基于一個總的技術構思，本發明還提供一種變速箱支撐用聚酰胺組合物的制備方法，包括如下步驟：將聚酰胺基體樹脂、無機礦物、相容劑和加工助劑加入雙螺桿擠出機中或者預混合后加入雙螺桿擠出機中，然后再加入增強纖維，得到的物料經雙螺桿擠出機剪切、共混后擠出，經拉條、風冷、切粒和干燥，即制得所述變速箱支撐用聚酰胺組合物；所述雙螺桿擠出機的溫度控制為150～400℃，雙螺桿擠出機的雙螺桿主機轉速為5～45hz，喂料頻率為5～45hz。

本發明的制備方法，通過對設備和制備工藝的改進，以及擠出工藝的優化，在解決了增強纖維與聚酰胺基體樹脂界面結合問題的同時，解決了增強纖維的長度和分散性問題，制備得到的組合物具備優異的耐疲勞性能。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

1、本發明的變速箱支撐用聚酰胺組合物，具有強度高、耐老化、疲勞性好和耐腐蝕的特點：

1)強度高，材料性能得到了明顯提升，相比普通聚酰胺改性材料性能高出20％以上，解決了其它塑料材料性能偏低無法替代金屬使用的問題；

2)耐老化，能夠承受-60℃～150℃條件下的工況環境，解決了不同地域和氣候條件下材料性能波動大的問題，普通聚酰胺材料在長期使用后性能會出現一定程度的老化，在使用周期內無法滿足變速箱承重要求；

3)耐疲勞性好，能夠長期承受汽車行駛過程中的變速箱震動、沖擊和壓力，解決了材料疲勞性不好問題，普通聚酰胺材料在長期承受變速箱震動和壓力下會出現明顯變形甚至破損情況，無法滿足變速箱支撐要求；

4)耐腐蝕性好，能夠承受變速箱油、抗凍液、化雪劑以及酸雨等溶劑的腐蝕，滿足汽車在不同地域行駛過程中可能出現的部件腐蝕問題，普通聚酰胺材料在抗凍液和融雪劑等腐蝕下性能將出現明顯的下降，無法支撐變速箱而導致產品出現故障，造成行駛安全問題；

總的來說，本發明的變速箱支撐用聚酰胺組合物能夠替代金屬應用于變速箱支撐等方面，滿足汽車在不同地域和環境中的使用。

2、本發明的制備方法，通過對設備和制備工藝的改進，以及擠出工藝的調整，在解決了增強纖維與聚酰胺基體樹脂的界面結合問題的同時，保證了增強纖維的長度和分散均勻性，所制備的增強聚酰胺組合物具備優異的耐疲勞性能。

具體實施方式

為了便于理解本發明，下文將結合較佳的實施例對本發明做更全面、細致地描述，但本發明的保護范圍并不限于以下具體實施例。

除非另有定義，下文中所使用的所有專業術語與本領域技術人員通常理解含義相同。本文中所使用的專業術語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發明的保護范圍。

除非另有特別說明，本發明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設備等均可通過市場購買得到或者可通過現有方法制備得到。

實施例：

一種本發明的變速箱支撐用聚酰胺組合物，實施例1～8分別包括以下質量百分比的原料，如表1所示；實施例9～16分別包括以下質量百分比的原料，如表2所示。

表1：實施例1～8的變速箱支撐用的增強聚酰胺組合物的原料及含量(％)

表2：實施例9～16的變速箱支撐用的增強聚酰胺組合物的原料及含量(％)

上述實施例1～9中采用的玻璃纖維原材料長度為3～5mm，采用的單絲直徑為10～20μm；上述實施例10～16中玻璃纖維和碳纖維的單纖維抗拉強度均大于2800mpa，玻璃纖維和碳纖維采用的單絲直徑為8～30μm，玻璃微珠和陶瓷微珠的粒徑均不超過100μm。

上述的變速箱支撐用聚酰胺組合物，其制備方法包括如下步驟：將聚酰胺基體樹脂、無機礦物、相容劑和加工助劑按上述配方及含量在混料機中預混合，然后將混合后的物料由喂料器送入雙螺桿擠出機中，增強纖維由側喂料加入，雙螺桿擠出機溫度設定在150～400℃之間，喂料頻率5～45hz，雙螺桿主機轉速5～45hz，得到的物料經雙螺桿擠出機剪切、共混后擠出，經拉條、風冷、切粒、干燥、均混和計量，即制得所述變速箱支撐用聚酰胺組合物；

在制備過程中，以實施例10為典型樣本，對混合設備、雙螺桿擠出機螺紋元件組合及制備工藝進行了改進，主要設備和工藝參數如表3所示。由于實施例組分和設備型號的差別，其具體參數需要相應的調整，但其設計原理和設計思路不變：

表3：實施例10制備主要設備和工藝參數

采用本工藝生產的組合物，在提高了增強纖維與聚酰胺基體樹脂的混合分散效果的同時，解決了增強纖維的均勻剪切問題；增強纖維均勻分散于所述變速箱支撐用聚酰胺組合物中，同時在所述組合物中增強纖維的長度分布在100～600μm范圍內，長度分布范圍窄，經統計，80％以上的纖維長度分布在200μm～400μm范圍內。

將上述實施例1～16變速箱支撐用增強聚酰胺組合物樣品，同時與外購典型樣品17(pa66-gf30)和樣品18(pa66-gf50)制成測試樣條和制品，進行平行對比測試，其性能和測試結果如表4所示。

表4：樣品1～18增強聚酰胺組合物主要性能測試結果

注：1.樣品性能均為調節后測試結果，樣條在溫度(23±2)℃、濕度(50±10)％的環境中調節24h后進行測試；2.樣品的熱老化是在鼓風式熱老化箱中進行，熱老化條件為：溫度(100±2)℃，老化時間1500h；3、樣品耐腐蝕是通過耐融雪劑進行腐蝕測試；4、樣品耐疲勞是通過300萬次疲勞性測試。

從上述性能測試結果中，樣品10、樣品15分別與樣品17和樣品18對比可知，本發明的變速箱支撐用聚酰胺組合物在熱老化處理前后，對比外購聚酰胺樣品，其拉伸強度性能老化前超出20％以上，老化后超出30％以上。由此可見，采用本發明制備的變速箱支撐用聚酰胺組合物，具有強度高、耐老化、疲勞性好和耐腐蝕的特點，能長期承受變速箱的沖擊和震動，產品長期熱老化后性能衰減小，化學穩定性好，能耐融雪劑等化學藥品的腐蝕，可以適用于不同的惡劣使用環境，應用于汽車底盤和發動機周邊系統。