專利名稱：一種抗靜電尼龍6復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種強度較好的抗靜電尼龍6復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
尼龍具有優(yōu)良的力學(xué)性能和熱性能，優(yōu)異的耐磨性能和自潤滑性能，優(yōu)良的耐溶劑性和耐油性，目前已在機械制造、電氣工業(yè)、汽車工業(yè)、航空工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其消費量居世界五大工程塑料之首，其中尼龍6是尼龍塑料中應(yīng)用較廣的品種之一。但尼龍屬于絕緣體，體積電阻率達1014-1015Ω · cm，抗靜電性能較差，在應(yīng)用過程中容易積累電荷產(chǎn)生靜電，嚴重時會造成重大事故和損失，這極大的限制了尼龍在某些領(lǐng)域尤其是煤炭工業(yè)中的應(yīng)用，通常采用加入導(dǎo)電填料的方式改善尼龍材料的抗靜電性能。碳系填料填充是目前生產(chǎn)導(dǎo)電塑料的主要改性方法，其中炭黑由于價格低廉、性能穩(wěn)定而成為用途最廣、用量最大的一種碳系填料。炭黑填料通過控制添加量可以達到不同的導(dǎo)電要求，塑料制品的電阻率可在10-108Ω · cm范圍內(nèi)調(diào)整，可以消除或防止塑料使用過程中產(chǎn)生的靜電。另外炭黑填料的導(dǎo)電性能持久穩(wěn)定，且易加工，因此是一種理想的抗靜電填料。但是塑料材料中炭黑填料的加入顯著降低了材料的力學(xué)性能，是一個急需解決的問題。近十年來納米材料和納米技術(shù)的發(fā)展日趨成熟，而納米材料可以有效改善材料的力學(xué)性能，能否采用納米技術(shù)與炭黑共同協(xié)同作用改善材料的力學(xué)性能成為研究的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗靜電尼龍6復(fù)合材料的制備方法，獲得的尼龍6復(fù)合材料有較好的力學(xué)性能。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種抗靜電尼龍6復(fù)合材料的制備方法，將己內(nèi)酰胺與水、添加劑加熱熔融的反應(yīng)體系升溫至180-220°C進行反應(yīng)，然后加入納米SiO2進行反應(yīng)，再將反應(yīng)體系升溫至
230-280°C反應(yīng)，最后減壓聚合；其中在加入納米SiO2之前或者減壓聚合之前加入導(dǎo)電炭
m
O投料時按照質(zhì)量份數(shù)計己內(nèi)酰胺80-100份，水1-5份,添加劑O. 2-5份，納米 SiO2加入的質(zhì)量為己內(nèi)酰胺質(zhì)量的O. 1-5%。導(dǎo)電炭黑加入的質(zhì)量為己內(nèi)酰胺質(zhì)量的O. 1_5%。所述的添加劑為氨基己酸、己二酸、氨基乙酸、異辛酸中的一種或幾種的混合物。所述的納米SiO2為可反應(yīng)性納米SiO2，顆粒尺寸為5-100nm。所述的納米SiO2為經(jīng)過碳鏈化合物表面改性的SiO2,碳鏈化合物上帶有活性官能團。所述活性官能團為氨基、羧基、環(huán)氧基或雙鍵。進一步，將己內(nèi)酰胺與水、添加劑混合均勻后加熱熔融，攪拌下將反應(yīng)體系升溫至180-220°C反應(yīng)l_5h ;然后加入納米SiO2攪拌均勻，之后升溫至230-280°C反應(yīng)l_5h ;然后在260-300°C進行減壓聚合，反應(yīng)結(jié)束后干燥、切粒即得所述尼龍6復(fù)合材料；其中在加入納米SiO2或者進行減壓聚合之前加入導(dǎo)電炭黑，加入后混合均勻，反應(yīng)O. 5-lh。加入納米SiO2后反應(yīng)時間控制在O. 5h左右為宜。總反應(yīng)時間控制為5_9h。減壓聚合時調(diào)節(jié)壓力由-O. OlMPa降至-O. 06MPa，控制餾出份溫度不超過110°C， 除去反應(yīng)體系中的水分后，再調(diào)節(jié)壓力至-O. 09MPa，減壓反應(yīng)時間控制為O. 5-2h。本發(fā)明采用原位聚合方法制備尼龍6納米復(fù)合材料，在己內(nèi)酰胺原位聚合過程中引入導(dǎo)電炭黑和納米SiO2，可均勻的分散于尼龍6基體中，納米SiOdP炭黑具有良好的協(xié)同作用，有效改善填料的分散性和填料與尼龍6基體的相容性，不僅保持了材料良好的抗靜電性能，又有效改善了尼龍6的沖擊韌性，且基本保持了尼龍6的拉伸強度。在尼龍6原位聚合過程中，納米SiO2表面的可反應(yīng)性有機官能團參與到尼龍6的聚合反應(yīng)中，改變了納米材料與聚合物的結(jié)合方式，形成具有不同新結(jié)構(gòu)的雜化材料。所選用的導(dǎo)電炭黑和納米 SiO2均可從市場購得，如納米SiO2可從河南省納米材料工程技術(shù)研究中心(河南大學(xué))或河南王屋納米科技有限責(zé)任公司購得。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，有以下優(yōu)點
本發(fā)明填料添加量小，工藝簡單有效，易于控制，適合規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，制得的尼龍6 復(fù)合材料具有優(yōu)良的抗靜電性能，并且保持了尼龍6良好的力學(xué)性能。
具體實施例方式以下以具體實施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護范圍不限于此 以下所用納米SiO2可從河南省納米材料工程技術(shù)研究中心(河南大學(xué))或河南王屋納
米科技有限責(zé)任公司購得。其中，RNS-A型納米SiO2鍵合有帶氨基的有機碳鏈化合物，RNS-E 型納米SiO2鍵合有帶環(huán)氧基的有機碳鏈化合物。實施例I
在250ml的三口燒瓶中加入IOOg己內(nèi)酰胺、1.8ml水、I. Og己二酸，在120°C下加熱熔融，待反應(yīng)物完全熔融后開啟攪拌，然后升溫至210°C反應(yīng)3h ;加入O. 5g RNS-A型納米 SiO2，待攪拌均勻后調(diào)節(jié)反應(yīng)體系溫度至265°C，繼續(xù)反應(yīng)I. 5h后，加入O. 5g導(dǎo)電炭黑，攪拌均勻并繼續(xù)反應(yīng)O. 5h，得到尼龍6復(fù)合材料預(yù)聚物；將預(yù)聚物在265°C下減壓聚合，控制餾出份溫度不超過110°C，緩慢調(diào)節(jié)壓力由-O. OlMPa至-O. 06MPa,除去反應(yīng)體系中的水分， 再緩慢調(diào)節(jié)壓力至-O. 09MPa，反應(yīng)lh，除去反應(yīng)體系中的小分子物質(zhì)，減壓過程持續(xù)I. 5h 即得尼龍6/炭黑/納米SiO2復(fù)合材料。將復(fù)合材料干燥后切粒，注塑樣條。實施例2
在500ml的三口燒瓶中加入200g己內(nèi)酰胺、4. Oml水、2. Og己二酸，在120°C下加熱熔融，待反應(yīng)物完全熔融后開啟攪拌，然后升溫至200°C反應(yīng)3h ;加入2. Og導(dǎo)電炭黑，攪拌均勻并繼續(xù)反應(yīng)O. 5h，再加入I. Og RNS-A型納米SiO2，攪拌均勻繼續(xù)反應(yīng)O. 5h，然后調(diào)節(jié)反應(yīng)體系溫度至260°C，繼續(xù)反應(yīng)I. 5h后，得到尼龍6復(fù)合材料預(yù)聚物；將預(yù)聚物在270°C下減壓聚合，控制餾出份溫度不超過110°C，緩慢調(diào)節(jié)壓力由-O. OlMPa至-O. 06MPa,除去反應(yīng)體系中的水分，再緩慢調(diào)節(jié)壓力至-O. 09MPa,反應(yīng)lh，除去反應(yīng)體系中的小分子物質(zhì)，減壓過程持續(xù)I. 5h即得尼龍6/炭黑/納米SiO2復(fù)合材料。將復(fù)合材料干燥后切粒，注塑樣條。實施例3
在250ml的三口燒瓶中加入IOOg己內(nèi)酰胺、2. 2ml水、O. 3g異辛酸和O. 7g己二酸，在 120°C下加熱熔融，待反應(yīng)物完全熔融后開啟攪拌，然后升溫至210°C反應(yīng)3h ;加入I. Og導(dǎo)電炭黑，攪拌均勻并繼續(xù)反應(yīng)O. 5h，再加入I. Og RNS-E型納米SiO2，待攪拌均勻后調(diào)節(jié)反應(yīng)體系溫度至260°C，繼續(xù)反應(yīng)I. 5h后，得到尼龍6復(fù)合材料預(yù)聚物；將預(yù)聚物在275°C下減壓聚合，控制餾出份溫度不超過110°C，緩慢調(diào)節(jié)壓力由-O. OlMPa至-O. 06MPa,除去反應(yīng)體系中的水分，再緩慢調(diào)節(jié)壓力至-O. 09MPa，反應(yīng)lh，除去反應(yīng)體系中的小分子物質(zhì)，減壓過程持續(xù)I. 5h即得尼龍6/炭黑/納米SiO2復(fù)合材料。將復(fù)合材料干燥后切粒，注塑樣條。實施例4
在500ml的三口燒瓶中加入200g己內(nèi)酰胺、4. 5ml水、2. 5g 6-氨基己酸，在120°C下加熱溶融，待反應(yīng)物完全溶融后開啟攬祥，然后升溫至200 C反應(yīng)3h ;加入2. Og導(dǎo)電炭黑， 攪拌均勻并繼續(xù)反應(yīng)O. 5h，再加入I. Og RNS-A型納米SiO2,待攪拌均勻后調(diào)節(jié)反應(yīng)體系溫度至260°C，繼續(xù)反應(yīng)I. 5h后，得到尼龍6復(fù)合材料預(yù)聚物；將預(yù)聚物在270°C下減壓聚合， 控制餾出份溫度不超過110°C，緩慢調(diào)節(jié)壓力由-O. OlMPa至-O. 06MPa,除去反應(yīng)體系中的水分，再緩慢調(diào)節(jié)壓力至-O. 09MPa，反應(yīng)lh，除去反應(yīng)體系中的小分子物質(zhì)，減壓過程持續(xù)
I.5h即得尼龍6/炭黑/納米SiO2復(fù)合材料。將復(fù)合材料干燥后切粒，注塑樣條。對比例I
在250ml的三口燒瓶中加入IOOg己內(nèi)酰胺、I. 8ml水、I. Og己二酸，在120°C下加熱熔融，待反應(yīng)物完全熔融后開啟攪拌，然后升溫至210°C反應(yīng)3h;之后再調(diào)節(jié)反應(yīng)體系溫度至 265°C，繼續(xù)反應(yīng)2 h后，得到尼龍6復(fù)合材料預(yù)聚物；將預(yù)聚物在265°C下減壓聚合，控制餾出份溫度不超過110°C，緩慢調(diào)節(jié)壓力由-O. OlMPa至-O. 06MPa,除去反應(yīng)體系中的水分，再緩慢調(diào)節(jié)壓力至-O. 09MPa，反應(yīng)lh，除去反應(yīng)體系中的小分子物質(zhì)，減壓過程持續(xù)I. 5h即得尼龍6材料。將尼龍6材料干燥后切粒，注塑樣條。對比例2
在250ml的三口燒瓶中加入IOOg己內(nèi)酰胺、I. 8ml水、I. Og己二酸，在120°C下加熱熔融，待反應(yīng)物完全熔融后開啟攪拌，然后升溫至210°C反應(yīng)3h;然后再調(diào)節(jié)反應(yīng)體系溫度至 265°C，繼續(xù)反應(yīng)I. 5h后，加入O. 5g導(dǎo)電炭黑，攪拌均勻并繼續(xù)反應(yīng)O. 5h，得到尼龍6復(fù)合材料預(yù)聚物；將預(yù)聚物在265°C下減壓聚合，控制餾出份溫度不超過110°C，緩慢調(diào)節(jié)壓力由-O. OlMPa至-O. 06MPa，除去反應(yīng)體系中的水分，再緩慢調(diào)節(jié)壓力至-O. 09MPa，反應(yīng)lh，除去反應(yīng)體系中的小分子物質(zhì)，減壓過程持續(xù)I. 5h即得尼龍6/炭黑復(fù)合材料。將復(fù)合材料干燥后切粒，注塑樣條。將實施例I、實施例2、以及對比例1、2所得樣條進行力學(xué)性能測試，結(jié)果如下表
對比例I對比例2實施例I實施例2拉伸強度(MPa)53. 04946.50351. 19050. 523缺口沖擊強度(kj/m2)8. 5917. 16411. 97010. 260
拉伸強度測試方法按照GB/T1040-92進行，缺口沖擊強度測試方法按照GB/T1043-93 進行。 上述實施例為本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明所作的改變均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保
5護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種抗靜電尼龍6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，將己內(nèi)酰胺與水、添加劑加熱熔融的反應(yīng)體系升溫至180-220°C進行反應(yīng)，然后加入納米SiO2進行反應(yīng)，再將反應(yīng)體系升溫至23(T280°C反應(yīng)，最后減壓聚合；其中在加入納米SiO2之前或者減壓聚合之前加入導(dǎo)電炭黑。
2.如權(quán)利要求I所述的抗靜電尼龍6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，導(dǎo)電炭黑加入的質(zhì)量為己內(nèi)酰胺質(zhì)量的O. 1-5%。
3.如權(quán)利要求2所述的抗靜電尼龍6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，投料時按照質(zhì)量份數(shù)計己內(nèi)酰胺80-100份，水1-5份，添加劑O. 2-5份，納米SiO2加入的質(zhì)量為己內(nèi)酰胺質(zhì)量的O. 1-5%。
4.如權(quán)利要求3所述的抗靜電尼龍6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的添加劑為氨基己酸、己二酸、氨基乙酸、異辛酸中的一種或幾種的混合物。
5.如權(quán)利要求3所述的抗靜電尼龍6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的納米 SiO2為可反應(yīng)性納米SiO2，顆粒尺寸為5-100nm。
6.如權(quán)利要求5所述的抗靜電尼龍6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的納米 SiO2為經(jīng)過碳鏈化合物表面改性的SiO2，碳鏈化合物上帶有活性官能團。
7.如權(quán)利要求6所述的抗靜電尼龍6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述活性官能團為氨基、羧基、環(huán)氧基或雙鍵。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的抗靜電尼龍6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，將己內(nèi)酰胺與水、添加劑混合均勻后加熱熔融，攪拌下將反應(yīng)體系升溫至180-220°C反應(yīng)l_5h ;然后加入納米3丨02攪拌均勻，之后升溫至230-280°C反應(yīng)l_5h ;然后在260-300°C進行減壓聚合，反應(yīng)結(jié)束后干燥、切粒即得所述尼龍6復(fù)合材料；其中在加入納米SiO2或者進行減壓聚合之前加入導(dǎo)電炭黑后，混合均勻，反應(yīng)O. 5-lh。
9.如權(quán)利要求8所述的抗靜電尼龍6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，總反應(yīng)時間為 5-9h。
10.如權(quán)利要求9所述的抗靜電尼龍6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，減壓聚合時調(diào)節(jié)壓力由-O. OlMPa降至-O. 06MPa，控制餾出份溫度不超過110°C，除去反應(yīng)體系中的水分后，再調(diào)節(jié)壓力至-O. 09MPa，減壓反應(yīng)時間控制為O. 5-2h。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種強度較好的抗靜電尼龍6復(fù)合材料的制備方法。將己內(nèi)酰胺與水、添加劑加熱熔融的反應(yīng)體系升溫至180-220℃進行反應(yīng)，然后加入納米SiO2進行反應(yīng)，再將反應(yīng)體系升溫至230~280℃反應(yīng)，最后減壓聚合；其中在加入納米SiO2之前或者減壓聚合之前加入導(dǎo)電炭黑。本發(fā)明填料添加量小，工藝簡單有效，易于控制，適合規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)，制得的尼龍6復(fù)合材料具有優(yōu)良的抗靜電性能，并且保持了純尼龍6良好的力學(xué)性能。
文檔編號C08K3/04GK102604078SQ20121006627
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者何健, 張治軍, 徐啟杰, 李小紅 申請人:河南大學(xué)