專利名稱：一種晶須增強尼龍復合材料的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增強聚合物基復合材料的制備方法，尤其涉及一種晶須增強尼龍6復合材料的制備工藝。
背景技術(shù)：
尼龍6具有力學性能優(yōu)、耐磨、自潤滑、耐油及耐弱酸弱堿等良好性能。但因其極性強、吸水性大、尺寸穩(wěn)定性差和抗蠕變性差，不宜在高于80℃、潮濕及高負荷下長期使用。為提高尼龍6的綜合性能，可采用共聚、共混、填充、增強及分子復合等改性方法，其中共混改性是近十多年來發(fā)展最為迅速的方法之一，并以其投資小、見效快、生產(chǎn)周期短等特點得到廣泛應用。尼龍6可以與通用塑料、工程塑料、彈性體、液晶高分子等高分子材料共混改性制成聚合物基復合材料。聚合物基的尼龍6復合材料具有比強度大、比模量高、耐疲勞性能好、減震性好、耐燒蝕性好、過載時安全性好和加工工藝性好等優(yōu)異性能，首先在航空航天工業(yè)中得到廣泛的應用。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，此類材料在國民經(jīng)濟的其他領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應用。
玻璃纖維是纖維增強塑料中最有代表性且應用最為廣泛的增強材料，可以在很大的程度上提高塑料的力學性能。為了增強尼龍6復合材料的強度，目前普遍采用的是玻璃纖維增強。然而，玻璃纖維質(zhì)脆而易碎，在加工過程中易被損壞。其復合材料的表面光滑性差，且由于玻璃纖維的硬度大，加工過程中對設備和模具的磨損大。另外，由于玻璃纖維的加入，樹脂粘度上升，從而使加工性能變差，導致薄壁部件和小型化精密部件不能成型。同時，材料的力學性能和成型收縮率及熱膨脹系數(shù)容易出現(xiàn)各向異性，高溫時，其復合材料易翹曲。以上這些缺點在不同程度上限制了玻璃纖維增強尼龍6復合材料的應用。
晶須是在人為控制情況下以單晶形式生長成的一種纖維，其直徑只有幾個微米，斷面呈多角形，長度一般為幾十個微米。由于晶須的長徑比比較大，容納不下能使晶體削弱的空隙、位錯和不完整等缺陷，因而，這種高度有序的原子排列結(jié)構(gòu)使其強度接近于材料原子間價鍵的理論值。作為新一代的復合材料增強體，兼有玻璃纖維和碳纖維的優(yōu)良性能。如最具有代表性的硼酸鎂晶須是一種白色針狀單晶纖維，其形貌似白色粉末，電鏡照片為針狀單晶體，尺寸十分細小，結(jié)晶十分完整。其綜合物理性能如表1所示。
表1


由表1可以看出，硼酸鎂晶須具有十分優(yōu)良的物理機械性能和高溫物理性能，良好的化學穩(wěn)定性和工藝性能和較高的性能價格比。同時由于其膨脹系數(shù)與高分子材料相當，與其相容性好，因此兩者的復合材料可以表現(xiàn)出良好的顯微填充能力和增強能力。目前，將硼酸鎂晶須用于增強尼龍6中還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決尼龍6復合材料存在的性能缺陷問題，本發(fā)明提供一種具有顯微增強和填充能力、抗拉強度、彈性模量和沖擊強度高，易加工的晶須增強尼龍6復合材料的制備工藝。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)晶須的表面處理將晶須加入高速混合機中，先在1250r/min攪拌以打開團聚體，再邊攪拌邊加入偶聯(lián)劑，偶聯(lián)劑的用量為晶須重量的0.05％～1.0％，偶聯(lián)劑預先用溶劑溶解，待偶聯(lián)劑加完后，在1250r/min～2500r/min下攪拌1～10min，然后在60℃～120℃下，干燥1hr～8hr；2)擠出工藝在進料段加入100份的尼龍6和尼龍6重量的0.2％的潤滑劑和尼龍6重量的0.2％的抗氧化劑，在進料段或塑化段加入10～45份的晶須，擠出溫度為215～245℃，主機轉(zhuǎn)數(shù)為200～400r/min。
其中，所述的晶須是硼酸鎂晶須或鈦酸鉀晶須。
所述的偶聯(lián)劑是硅烷類偶聯(lián)劑或鈦酸酯類偶聯(lián)劑。
所述的硅烷類偶聯(lián)劑優(yōu)選γ-氯丙基三乙氧基硅烷(Gamma-Chloropropyltriethoxysilane，即KH550)或(Y-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅(Gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilane，即KH560)。
所述的鈦酸酯類偶聯(lián)劑優(yōu)選鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ201。
所述的用于溶解偶聯(lián)劑的溶劑是醇類溶劑，優(yōu)選甲醇或乙醇。
所述的潤滑劑是乙烯醋酸乙烯共聚物(即EVA蠟540A)?？寡鮿┦荹β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(即抗氧劑1010)。
在晶須增強尼龍6復合材料的制備過程中，其關(guān)鍵技術(shù)是盡可能保持晶須的長徑比。通過實驗制定出晶須增強尼龍6復合材料的最佳工藝條件為對晶須采用偶聯(lián)劑處理技術(shù)進行表面處理，表面處理在高速混合機中進行，先在1250r/min攪拌以打開團聚體，然后根據(jù)晶須的量選用不同的低速攪拌時間，邊攪拌邊加入偶聯(lián)劑；擠出工藝為在進料段加入尼龍6和潤滑劑及抗氧劑，在塑化段或熔化段加入經(jīng)過表面處理的晶須，擠出溫度為215-245℃，主機轉(zhuǎn)數(shù)為200-400r/min。
本發(fā)明的有益效果是晶須是一種粉質(zhì)材料，在加工工藝中，不會對設備和模具造成磨損，其復合材料的表面光滑性好，耐高溫。晶須用偶聯(lián)劑預先進行表面處理，改變了晶須的表面性質(zhì)，提高了晶須與尼龍6的粘結(jié)性能。晶須填充到尼龍6基體中，可以有效提高尼龍6復合材料的拉伸強度、彈性模量和沖擊強度等性能，從而獲得耐沖擊、高拉伸強度和高彈性模量的晶須增強尼龍6復合材料。
具體實施例方式實施例1對比試驗在雙螺桿擠出機的進料段加入5.0kg尼龍6和10g潤滑劑EVA蠟540A和10g抗氧劑1010，擠出溫度為215-245℃，主機轉(zhuǎn)數(shù)為200r/min，擠出造粒后，在90℃下進行真空干燥24hr，即得無晶須增強尼龍6的粒狀產(chǎn)品。該產(chǎn)品直接或經(jīng)注射機注射成型，制得樣品進行測試。結(jié)果見表2表2

實施例21)硼酸鎂晶須的表面處理稱取7.0kg硼酸鎂晶須加入高速混合機中，在1250r/min轉(zhuǎn)速下混合1min以打開團聚體，然后在同一轉(zhuǎn)速下邊攪拌邊將偶聯(lián)劑KH550乙醇溶液(7gKH550偶聯(lián)劑溶解于70ml無水乙醇)緩緩滴入混合機中(約1min內(nèi)滴完)，此時開始計時。1250r/min攪拌3min后，取出放入烘箱內(nèi)，80℃干燥6hr，備用。
2)擠出工藝按表3配方，在雙螺桿擠出機的進料段加入尼龍6和潤滑劑EVA蠟540A和抗氧劑1010，在雙螺桿擠出機的第一排氣口加入經(jīng)過上述表面處理的硼酸鎂晶須，擠出溫度為215-245℃，主機轉(zhuǎn)數(shù)為300r/min，共混、擠出并造粒后，在90℃下進行真空干燥24hr，即得硼酸鎂晶須增強尼龍6復合材料的粒狀產(chǎn)品。該產(chǎn)物直接或經(jīng)注射機注射成型，制得樣品進行各種性能測試，結(jié)果見表3。
表3

實施例3稱取2.0kg硼酸鎂晶須直接放入烘箱內(nèi)，80℃干燥6hr，備用。
在雙螺桿擠出機的進料段加入5.0kg尼龍6和10g潤滑劑EVA蠟540A和10g抗氧劑1010，在雙螺桿擠出機的第一排氣口加入經(jīng)過干燥處理的0.5kg或1.5kg硼酸鎂晶須，擠出溫度為215-245℃，主機轉(zhuǎn)數(shù)為300r/min，共混、擠出并造粒后，在90℃下進行真空干燥24hr，即得硼酸鎂晶須增強尼龍6復合材料的粒狀產(chǎn)品。該產(chǎn)品直接或經(jīng)注射機注射成型，制得樣品進行各種性能測試，結(jié)果見表4。
表4

實施例41)硼酸鎂晶須的表面處理分別稱取0.5kg硼酸鎂晶須加入高速混合機中，在1250r/min轉(zhuǎn)速下混合1min以打開團聚體，然后在同一轉(zhuǎn)速下邊攪拌邊將偶聯(lián)劑KH550乙醇溶液(0.5gKH550偶聯(lián)劑溶解于5ml無水乙醇)緩緩滴入混合機中(約1min內(nèi)滴完)，此時開始計時。1250r/min速度下分別攪拌1min、3min、5min、7min，或2500r/min速度下分別攪拌1min、2min、3min后，取出放入烘箱內(nèi)，80℃干燥6h，備用。
2)擠出工藝在雙螺桿擠出機的進料段加入5.0kg尼龍6和10g潤滑劑EVA蠟540A和10g抗氧劑1010，，在雙螺桿擠出機的第一排氣口加入經(jīng)過表面處理的0.5kg硼酸鎂晶須，擠出溫度為215-245℃，主機轉(zhuǎn)數(shù)為300r/min，共混、擠出并造粒后，在90℃下進行真空干燥24hr，即得硼酸鎂晶須增強尼龍6復合材料的粒狀產(chǎn)品。該產(chǎn)品直接或經(jīng)注射機注射成型，制得樣品進行各種性能測試，結(jié)果見表5。
表5

實施例51)硼酸鎂晶須的表面處理稱取0.5kg硼酸鎂晶須加入高速混合機中，在1250r/min轉(zhuǎn)速下混合1min以打開團聚體，然后在同一轉(zhuǎn)速下邊攪拌邊將KH560偶聯(lián)劑甲醇溶液(0.25gKH560偶聯(lián)劑溶解于1ml無水甲醇)緩緩滴入混合機中(約1min內(nèi)滴完)，此時開始計時。1250r/min混合3min后，取出放入烘箱內(nèi)，60℃干燥8hr，備用。
2)擠出工藝在雙螺桿擠出機的進料段加入5.0kg尼龍6和10g潤滑劑EVA蠟540A和10g抗氧劑1010，，在雙螺桿擠出機的第一排氣口加入經(jīng)偶聯(lián)劑KH560表面處理的0.5kg硼酸鎂晶須，擠出溫度為215-245℃，主機轉(zhuǎn)數(shù)為200r/min，共混、擠出并造粒后，在90℃下進行真空干燥24hr，即得硼酸鎂晶須增強尼龍6復合材料的粒狀產(chǎn)品。該產(chǎn)品直接或經(jīng)注射機注射成型，制得樣品進行各種性能測試，結(jié)果見表6。
實施例61)硼酸鎂晶須的表面處理稱取0.5kg硼酸鎂晶須加入高速混合機中，在1250r/min轉(zhuǎn)速下混合1min以打開團聚體，然后在同一轉(zhuǎn)速下邊攪拌邊將偶聯(lián)劑NDZ-201甲醇溶液(5g NDZ-201偶聯(lián)劑溶解于5ml無水甲醇)緩緩滴入混合機中(約1min內(nèi)滴完)，此時開始計算處理時間。1250r/min混合3min后，取出放入烘箱內(nèi)，120℃干燥1hr，備用。
2)擠出工藝在雙螺桿擠出機的進料段加入5.0kg尼龍6和10g潤滑劑EVA蠟540A和10g抗氧劑1010，，在雙螺桿擠出機的第一排氣口加入經(jīng)過表面處理的0.5kg硼酸鎂晶須，擠出溫度為215-245℃，主機轉(zhuǎn)數(shù)為400r/min，共混、擠出并造粒后，在90℃下進行真空干燥24hr，即得硼酸鎂晶須增強尼龍6復合材料的粒狀產(chǎn)品。該產(chǎn)品直接或經(jīng)注射機注射成型，制得樣品進行各種性能測試，結(jié)果見表6。
實施例71)鈦酸鉀晶須的表面處理稱取1.25kg鈦酸鉀晶須加入高速混合機中，在1250r/min轉(zhuǎn)速下混合1min以打開團聚體，然后在同一轉(zhuǎn)速下邊攪拌邊將偶聯(lián)劑KH550乙醇溶液(1.25g KH550偶聯(lián)劑溶解于12.5ml無水乙醇)緩緩滴入混合機中(約1min內(nèi)滴完)，此時開始計算處理時間。1250r/min混合3min后，取出放入烘箱內(nèi)，80℃干燥6hr，備用。
2)擠出工藝在雙螺桿擠出機的進料段加入5.0kg尼龍6和10g潤滑劑EVA蠟540A和10g抗氧化劑1010，在雙螺桿擠出機的第一排氣口加入經(jīng)表偶聯(lián)劑KH550表面處理的1.25kg鈦酸鉀晶，擠出溫度為215-245℃，主機轉(zhuǎn)數(shù)為300r/min，共混、擠出并造粒后，在90℃下進行真空干燥24hr，即得鈦酸鉀晶增強尼龍6復合材料的粒狀產(chǎn)品。該產(chǎn)品直接或經(jīng)注射機注射成型，制得樣品進行各種性能測試，結(jié)果見表6。
表6

權(quán)利要求
1.一種晶須增強尼龍6復合材料的制備工藝，其特征在于包括以下步驟1)晶須的表面處理將晶須加入高速混合機中，先在1250r/min攪拌以打開團聚體，再邊攪拌邊加入偶聯(lián)劑，偶聯(lián)劑的用量為晶須重量的0.05％～1.0％，偶聯(lián)劑預先用溶劑溶解，待偶聯(lián)劑加完后，在1250r/min～2500r/min下攪拌1～10min，然后在60℃～120℃下，干燥1hr～8hr；2)擠出工藝在進料段加入100份的尼龍6和尼龍6重量的0.2％的潤滑劑和尼龍6重量的0.2％的抗氧劑，在進料段或塑化段加入10～45份的晶須，擠出溫度為215-245℃，主機轉(zhuǎn)數(shù)為200r/min～400r/min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶須增強尼龍6復合材料的制備工藝，其特征在于所述的晶須是硼酸鎂晶須或鈦酸鉀晶須。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶須增強尼龍6復合材料的制備工藝，其特征在于所述的偶聯(lián)劑是硅烷類偶聯(lián)劑或鈦酸酯類偶聯(lián)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶須增強尼龍6復合材料的制備工藝，其特征在于所述的硅烷類偶聯(lián)劑是γ-氯丙基三乙氧基硅烷或Y-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶須增強尼龍6復合材料的制備工藝，其特征在于所述的鈦酸酯類偶聯(lián)劑是鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-201。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶須增強尼龍6復合材料的制備工藝，其特征在于所述的溶解偶聯(lián)劑的溶劑是醇類溶劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶須增強尼龍6復合材料的制備工藝，其特征在于所述的潤滑劑是乙烯醋酸乙烯共聚物，抗氧劑是[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
全文摘要
本發(fā)明涉及晶須增強尼龍6復合材料的制備工藝。采用的技術(shù)方案是晶須的表面處理將晶須加入高速混合機中，攪拌打開團聚體，再加入偶聯(lián)劑，偶聯(lián)劑用量為晶須重量的0.05％～1.0％，在1250r/min～2500r/min下攪拌1～15min，60℃～120℃下，干燥1hr～8hr；擠出工藝在進料段加入100份尼龍6和尼龍6重量0.2％的潤滑劑和抗氧化劑，在進料段或塑化段加入10～45份晶須，擠出溫度為215－245℃，主機轉(zhuǎn)數(shù)為200r/min～400r/min。本發(fā)明使用的增強材料易加工，在加工過程中，不會對設備和模具造成磨損，其復合材料的表面光滑性好，耐高溫，抗拉強度、彈性模量和沖擊強度高。
文檔編號C08K7/08GK101045816SQ200710010689
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月22日
發(fā)明者張向東, 呂通建, 趙立群, 葛春華 申請人:遼寧大學