專利名稱：一種纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維復(fù)合材料，具體講，涉及一種纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料及制備方法。
背景技術(shù)：
尼龍，即聚酰胺，是一種以酰胺基團(tuán)為重復(fù)鏈結(jié)構(gòu)的半晶型聚合物。一般而言具有較好的綜合性能，同時(shí)價(jià)格也相對(duì)低廉。尼龍6和尼龍66是尼 龍產(chǎn)品的主要類型，但尼龍本身多樣化的配方，使尼龍材料具備了滿足各種特殊要求的能力。隨著酰胺基團(tuán)密度的下降，尼龍熔點(diǎn)逐漸降低，分子鏈由親水轉(zhuǎn)變?yōu)樵魉?，?dāng)酰胺鍵氮間的碳原子數(shù)大于十，即可稱為長(zhǎng)碳鏈尼龍。目前長(zhǎng)碳鏈尼龍產(chǎn)品主要應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)性管材，但由于其超越其他尼龍品種的低吸濕性和尺寸穩(wěn)定性，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域便顯得尤為有價(jià)值。使用原位復(fù)合方法對(duì)長(zhǎng)碳鏈尼龍進(jìn)行高性能化改性是一種可行且重要的方法。尼龍復(fù)合材料的通常制備方法為熔融共混擠出、澆鑄或采用預(yù)浸料技術(shù)，關(guān)于此類方法的研究和實(shí)施已較為普遍。如，國際專利W02009/050269(中國同類CN101874046)、中國申請(qǐng)CN101875779，分別使用玻璃纖維和膨脹石墨/碳纖維作為填充物，經(jīng)擠出或注塑方法得到最終產(chǎn)物。美國專利US005837181A公開了一種以尼龍12為基體的可塑性復(fù)合材料。該復(fù)合材料以氨基月桂酸活化十二內(nèi)酰胺和15%重量分?jǐn)?shù)十二內(nèi)酰胺混合單體與連續(xù)纖維帶/片形成預(yù)浸料后熱壓成型得到。相較于上述兩種方法，原位復(fù)合方法能夠?qū)崿F(xiàn)極佳的分散性，相界面也較模糊。更重要的是，原位復(fù)合方法能夠利用現(xiàn)有鑄造和加工工藝，實(shí)現(xiàn)制品的單件定制及特殊結(jié)構(gòu)要求和連續(xù)化規(guī)?；a(chǎn)。由二元胺和二元酸縮聚得到的尼龍，為保證縮合聚合的當(dāng)量比，通常先制備尼龍鹽，長(zhǎng)碳鏈尼龍亦然。目前，對(duì)長(zhǎng)碳鏈尼龍/纖維原位復(fù)合材料的研究尚未見報(bào)道，本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單的方法，通過對(duì)長(zhǎng)碳鏈尼龍和高性能纖維進(jìn)行原位復(fù)合來提高長(zhǎng)碳鏈尼龍的韌性和強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的在于提供一種纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料。本發(fā)明的第二發(fā)明目的在于提供該復(fù)合材料的制備方法。為了完成本發(fā)明的目的，采用的技術(shù)方案為本發(fā)明涉及一種纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料，其組成為高性能纖維I 20wt%、長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽80 99wt% ;優(yōu)選高性能纖維5 16wt %、長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽84 95wt % o本發(fā)明的第一優(yōu)選技術(shù)方案為所述的長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽選自尼龍1010鹽、尼龍1012鹽、尼龍1212鹽、尼龍1313鹽、尼龍610鹽或尼龍612鹽。本發(fā)明的第二優(yōu)選技術(shù)方案為所述的高性能纖維選自芳綸纖維、碳纖維或玻璃纖維中的至少一種。本發(fā)明的第三優(yōu)選技術(shù)方案為所述的高性能纖維以短纖維或纖維編織結(jié)構(gòu)體中的其中一種形式與長(zhǎng)碳鏈尼龍進(jìn)行復(fù)合。本發(fā)明的第四優(yōu)選技術(shù)方案為所述的短纖維長(zhǎng)度為0. Imm 8mm，優(yōu)選0. 5 5mm ;纖維直徑0. 5 y m 25 y m,優(yōu)選纖維直徑為0. 5 y m 15 y m。本發(fā)明的第五優(yōu)選技術(shù)方案為所述的纖維編織結(jié)構(gòu)體的組織結(jié)構(gòu)為平紋、斜紋、方平組織結(jié)構(gòu)中的至少一種,織物的經(jīng)、緯紗密度為10 180根/10cm，優(yōu)選經(jīng)、緯紗密度為15 160 根 /10cm。本發(fā)明的第六優(yōu)選技術(shù)方案為所述的高性能纖維的短纖維與長(zhǎng)碳鏈尼龍的原位復(fù)合材料可以通過原位聚合反應(yīng)制備，或者直接通過反應(yīng)性擠出成型方法制備。本發(fā)明的第七優(yōu)選技術(shù)方案為所述的纖維結(jié)構(gòu)體與長(zhǎng)碳鏈尼龍進(jìn)行復(fù)合時(shí)，所采用的反應(yīng)器為管狀、同心圓筒狀或板狀，制備得到的復(fù)合材料的形狀為棒材、管材和板材。本發(fā)明還涉及該纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料的制備方法，包括以下步驟(I)將高性能纖維的短纖維或者編織結(jié)構(gòu)體首先進(jìn)行表面處理，并干燥；(2)將二元酸和乙醇混合，滴加到二元胺的乙醇溶液中，邊攪拌邊添加；滴加完畢后，將混合溶液倒入冰水?。皇占瘧腋∥?，干燥后得到長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽；或?qū)⒍崤c二元胺分別溶于水中，混合后升溫，降溫收集結(jié)晶物，干燥后得到長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽；(3)反應(yīng)過程將長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽、高性能纖維的短纖維按比例混合均勻，加入反應(yīng)器，使用高純氮加壓，升溫并保壓；反應(yīng)器壓力為190 210KPa，溫度為210 240°C，保壓I 2小時(shí)；或者將長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽加入已經(jīng)鋪置纖維編織結(jié)構(gòu)體的反應(yīng)器中，使用高純氮加壓、升溫并保壓；反應(yīng)器壓力為190 210KPa，溫度為210 240°C，保壓I 2小時(shí)；(4)調(diào)整高純氮的流速，使反應(yīng)容器內(nèi)部處于流動(dòng)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，溫度為250 270°C，時(shí)間I 2小時(shí)，縮聚反應(yīng)結(jié)束后出料。本發(fā)明制備方法的第一優(yōu)選技術(shù)方案為在步驟(I)中，所述的表面處理為浸泡于洗液中I 5小時(shí)，優(yōu)選2 4小時(shí)；所述的干燥為在70 80°C條件下真空干燥；所述洗液選自丙酮，稀硝酸或乙醇。
本發(fā)明制備方法的第二優(yōu)選技術(shù)方案為在步驟(2)中，所述的二元酸選自癸二酸、十二碳二元酸、十三碳二元酸，所述的二元胺選自己二胺、癸二胺、十二碳二元胺或十三
碳二元胺。本發(fā)明制備方法的第三優(yōu)選技術(shù)方案為在步驟(2)中，所述的乙醇的體積百分比濃度為98 % 100 %，優(yōu)選99 % 100 %。本發(fā)明制備方法的第四優(yōu)選技術(shù)方案為在步驟⑵中將二元酸和乙醇混合溶液加熱至32 38°C，優(yōu)選35°C;滴加到二元胺的乙醇溶液中，邊攪拌邊添加，滴加時(shí)間為10 20分鐘；滴加完畢后，靜置10 20分鐘；或?qū)⒍崤c二元胺分別溶于水中，加熱至50 60°C，優(yōu)選55°C ;后將二元酸的水溶液與二元胺的水溶液在80°C下混合，保持20 30分鐘，然后降溫至8 12°C，靜置I 2小時(shí)。
本發(fā)明制備方法的第五優(yōu)選技術(shù)方案為在步驟(4)中，所述的高純氮的流速為240 270ml/min，優(yōu)選 255 265ml/min。下面對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的解釋和說明。本發(fā)明涉及一種纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料，其組成為高性能纖維I 20wt%、長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽80 99wt% ;優(yōu)選高性能纖維5 16wt %、長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽84 95wt%。其中，長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽選自尼龍1010鹽、尼龍1012鹽、尼龍1212鹽、尼龍1313、尼龍610或尼龍612鹽。高性能纖維選自芳綸纖維、碳纖維或玻璃纖維的至少一種的短纖維或者其至少一種纖維的編織結(jié)構(gòu)體。在纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料的制備方法中，先對(duì)高性能纖維的短纖維或者編織結(jié)構(gòu)體進(jìn)行表面處理，即浸泡于洗液中3小時(shí)，并在80°C條件下真空下進(jìn)行干燥。其中長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽的制備方法包括乙醇法和水法。乙醇法為將二元酸和99. 9%的乙醇混合加熱至35°C，滴加到二元胺的乙醇溶液中，邊攪拌邊添加，滴加時(shí)間為10 20分鐘；滴加完畢后靜置10 20分鐘，再將混合溶液倒入冰水浴，收集懸浮物，并用乙醇清洗，干燥后得到長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽；水法為將二元酸與二元胺分別溶于水中，加熱至50 60°C，優(yōu)選55°C ;后將二者在80°C下混合，在該溫度下保持20 30分鐘，降溫至10°C，靜置I小時(shí)，收集結(jié)晶物，用二次水清洗，干燥后得到長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽。本發(fā)明的高性能纖維的短纖維與長(zhǎng)碳鏈尼龍的原位復(fù)合材料可以通過原位聚合反應(yīng)制備樹脂，或者直接通過擠出成型、吹塑成型方法制得制品。其中，原位聚合的方法為將制備得到的長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽、高性能纖維按比例混合均勻，加入反應(yīng)器，使用高純氮加壓，升溫并保壓；或者將長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽加入已經(jīng)鋪置高性能纖維編織結(jié)構(gòu)體的反應(yīng)器中，使用高純氮加壓、升溫并保壓；反應(yīng)器壓力為190 210KPa，溫度設(shè)置為尼龍鹽物料熔點(diǎn)以上30°C到40°C ;再調(diào)整高純氮的流速為260ml/min，溫度設(shè)置為尼龍鹽物料熔點(diǎn)以上60°C，時(shí)間為2小時(shí)，縮聚反應(yīng)結(jié)束后出料。其中，擠出成型、吹塑成型方法為將將制備得到的長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽、高性能纖維通過反應(yīng)性擠出機(jī)，接上不同的機(jī)頭進(jìn)行擠出或吹塑，溫度設(shè)置為尼龍鹽物料熔點(diǎn)以上20°C到 60。?！，F(xiàn)有技術(shù)中有將纖維材料浸泡于活化尼龍單體中進(jìn)行縮聚的制備工藝，但該工藝不僅步驟繁瑣，對(duì)原料的損耗量大，并且制備出的復(fù)合材料的性能并不絕對(duì)優(yōu)于熔融共混擠出。本發(fā)明提供的原位共混方法，改善了高性能纖維在長(zhǎng)碳鏈尼龍基體中的分散狀況，界面粘結(jié)性提高，從而得到強(qiáng)度優(yōu)于熔融擠出制備的共混物。同時(shí)，復(fù)合材料中纖維編織結(jié)構(gòu)體的組織結(jié)構(gòu)，以及短纖維隨縮聚反應(yīng)的進(jìn)行形成的各向同性的網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，在外力作用下可有效阻止裂紋的擴(kuò)展，大大提高共混物的韌性。由于本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，制備的長(zhǎng)碳鏈尼龍復(fù)合材料可進(jìn)行特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和單件定制，在短纖維原位增強(qiáng)復(fù)合方面還能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化規(guī)?；a(chǎn)，具有良好的工業(yè)化前景。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，經(jīng)過原位共混后的復(fù)合材料，拉伸強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原纖維材料。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但并不因此而限制本發(fā)明，在 不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變化和改進(jìn)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例II.制備尼龍1012鹽稱取十二碳二元酸lKg，99. 5%乙醇4Kg，混合制得十二碳二元酸的乙醇溶液；稱取癸二胺0. 96Kg，99. 9%乙醇lKg，混合制得癸二胺的乙醇溶液；將得到的十二碳二元酸 的乙醇溶液加熱至35°C，隨后滴加到帶攪拌的盛有癸二胺乙醇溶液的反應(yīng)器中，滴加時(shí)間為20分鐘；靜置15分鐘后放入冰水浴，收集析出的懸浮物，乙醇洗滌，得到尼龍1012鹽，放入真空烘箱干燥48小時(shí)；2.纖維預(yù)處理取長(zhǎng)度1mm、直徑13 y m的芳綸短纖維(日本產(chǎn)，型號(hào)968)，浸泡于丙酮中3小時(shí)，取出后在80°C真空中干燥12小時(shí)；3.縮聚反應(yīng)將95重量份尼龍1012鹽和5重量份芳綸纖維放入高速混合機(jī)混合10分鐘，得到尼龍1012鹽/芳綸纖維混合物，然后將混合物加入不銹鋼反應(yīng)器，通入高純氮，使反應(yīng)器內(nèi)部壓力達(dá)到200KPa，升溫至230°C，保持該溫度和壓力I小時(shí)；調(diào)整高純氮流速為約260ml/min，將溫度升高至260°C，反應(yīng)2小時(shí)，得到芳綸纖維/尼龍1012原位共混復(fù)合材料。實(shí)施例2I.制備尼龍1010鹽稱取癸二酸lKg，99. 9%乙醇4Kg，混合制得癸二酸的乙醇溶液。稱取癸二胺0. 96Kg，99. 9%乙醇lKg，混合制得癸二胺的乙醇溶液；將得到的癸二酸的乙醇溶液加熱至35°C，隨后滴加到帶攪拌的盛有癸二胺乙醇溶液的反應(yīng)器中，滴加時(shí)間為20分鐘；靜置15分鐘后放入冰水浴，收集析出的懸浮物，得到尼龍1010鹽，放入真空烘箱干燥48小時(shí)；2.纖維預(yù)處理取長(zhǎng)度1mm、直徑13 y m的芳綸短纖維(日本產(chǎn)，型號(hào)968)，浸泡于丙酮中3小時(shí)，取出后在80°C真空中干燥12小時(shí)；3.縮聚反應(yīng)將91重量份尼龍1010鹽和9重量份芳綸纖維放入高速混合機(jī)混合10分鐘，得到尼龍1010鹽/芳綸纖維混合物，然后將混合物加入不銹鋼反應(yīng)器，通入高純氮，使反應(yīng)器內(nèi)部壓力達(dá)到200KPa，升溫至220°C，保持該溫度和壓力I小時(shí)；調(diào)整高純氮流速為約260ml/min，將溫度升高至260°C，反應(yīng)2小時(shí)，得到芳綸纖維/尼龍1010原位共混復(fù)合材料。實(shí)施例3I.制備尼龍1012鹽稱取十二碳二元酸lKg，99. 9%乙醇4Kg，混合制得十二碳二元酸的乙醇溶液。稱取癸二胺0.96Kg，99.9%乙醇lKg，混合制得癸二胺的乙醇溶液。將到十二碳二元酸的乙醇溶液加熱至35°C，隨后滴加到帶攪拌的稱有癸二胺乙醇溶液的反應(yīng)器中，滴加時(shí)間為20分鐘；靜置15分鐘后放入冰水浴，收集析出的懸浮物，得到尼龍1012鹽，放入真空烘箱干燥48小時(shí)；2.纖維預(yù)處理取長(zhǎng)度1mm、直徑13 y m的芳綸短纖維(日本產(chǎn)，型號(hào)968)，浸泡于丙酮中3小時(shí)，取出后在80°C真空中干燥12小時(shí)；3.縮聚反應(yīng)將88重量份尼龍1012鹽和12重量份芳綸纖維放入高速混合機(jī)混合10分鐘，得到尼龍1012鹽/芳綸纖維混合物，然后將混合物加入不銹鋼反應(yīng)器，通入高純氮，使反應(yīng)器內(nèi)部壓力達(dá)到200KPa，升溫至230°C，保持該溫度和壓力I小時(shí)；調(diào)整高純氮流速為約260ml/min，將溫度升高至260°C，反應(yīng)2小時(shí)，得到芳綸纖維/尼龍1012原位共混復(fù)合材料。實(shí)施例4I.制備尼龍1012鹽稱取十二碳二元酸IKg溶于4L 二次水，制得十二碳二元酸溶液，加熱至55°C;稱取癸二胺0. 96Kg溶于IL 二次水，制得癸二胺溶液，加熱至55°C;將上述兩種溶液在80°C下混合，在該溫度下保持20 30分鐘；降溫至10°C，靜置I小時(shí)；收集結(jié)晶物，用二次水清洗，干燥后得到尼龍1012鹽，放入真空烘箱干燥48小時(shí)；2.纖維預(yù)處理取長(zhǎng)度1mm、直徑13 y m的芳綸短纖維(日本產(chǎn)，型號(hào)968)，浸泡于丙酮中3小時(shí)，取出后在80°C真空中干燥12小時(shí)；3.縮聚反應(yīng)將80重量份尼龍1012鹽和16重量份芳綸纖維放入高速混合機(jī)混合10分鐘，得到尼龍1012鹽/芳綸纖維混合物，然后將混合物加入不銹鋼反應(yīng)器，通入高純氮，使反應(yīng)器內(nèi)部壓力達(dá)到200KPa，升溫至230°C，保持該溫度和壓力I小時(shí)；調(diào)整高純氮 流速為約260ml/min，將溫度升高至260°C，反應(yīng)2小時(shí)，得到芳綸纖維/尼龍1012原位共混復(fù)合材料。實(shí)施例5I.制備尼龍1313鹽稱取十三碳二元酸IKg, 99. 5%乙醇4Kg,混合制得十三碳二元酸的乙醇溶液；稱取十三碳二元胺0. 96Kg，99. 9%乙醇lKg，混合制得十三碳二元胺的乙醇溶液；將得到的十三碳二元酸的乙醇溶液加熱至35°C，隨后滴加到帶攪拌的稱有十三碳二元胺乙醇溶液的反應(yīng)器中，滴加時(shí)間為20分鐘；靜置15分鐘后放入冰水浴，收集析出的懸浮物，乙醇洗滌，得到尼龍1313鹽，放入真空烘箱干燥48小時(shí)；2.纖維預(yù)處理取長(zhǎng)度5mm直徑5 ii m的碳纖維,浸泡于丙酮中3小時(shí),取出后在80°C真空中干燥12小時(shí)；3.縮聚反應(yīng)將95重量份尼龍1313鹽和5重量份碳纖維放入高速混合機(jī)混合10分鐘，得到尼龍1313鹽/碳纖維混合物，然后將混合物加入不銹鋼反應(yīng)器，通入高純氮，使反應(yīng)器內(nèi)部壓力達(dá)到200KPa，升溫至215°C，保持該溫度和壓力I小時(shí)；調(diào)整高純氮流速為約260ml/min，將溫度升高至260°C，反應(yīng)2小時(shí)，得到碳纖維/尼龍1313原位共混復(fù)合材料。實(shí)施例6I.制備尼龍610鹽稱取癸二酸lKg，99. 5%乙醇4Kg，混合制得癸二酸的乙醇溶液；稱取己二胺0. 96Kg，99.9%乙醇lKg，混合制得己二胺的乙醇溶液；將得到的癸二酸的乙醇溶液加熱至35°C，隨后滴加到帶攪拌的稱有己二胺乙醇溶液的反應(yīng)器中，滴加時(shí)間為20分鐘；靜置15分鐘后放入冰水浴，收集析出的懸浮物，乙醇洗滌，得到尼龍610鹽，放入真空烘箱干燥48小時(shí)；2.纖維預(yù)處理取長(zhǎng)度5mm直徑20 Pm的玻璃纖維的短纖維，浸泡于稀硝酸中3小時(shí)，取出后在80°C真空中干燥12小時(shí)；4.縮聚反應(yīng)將95重量份尼龍610鹽和5重量份玻璃纖維放入高速混合機(jī)混合10分鐘，得到尼龍610鹽/玻璃纖維混合物，然后將混合物加入不銹鋼反應(yīng)器，通入高純氮，使反應(yīng)器內(nèi)部壓力達(dá)到200KPa，升溫至240°C，保持該溫度和壓力I小時(shí)；調(diào)整高純氮流速為約260ml/min，將溫度升高至280°C，反應(yīng)2小時(shí)，得到玻璃纖維/尼龍610原位共混復(fù)合材料。
實(shí)施例7I.制備尼龍1012鹽稱取十二碳二元酸lKg，99. 5%乙醇4Kg，混合制得十二碳二元酸的乙醇溶液；稱取癸二胺0. 96Kg，99. 9%乙醇lKg，混合制得癸二胺的乙醇溶液；將得到的十二碳二元酸的乙醇溶液加熱至35°C，隨后滴加到帶攪拌的盛有癸二胺乙醇溶液的反應(yīng)器中，滴加時(shí)間為20分鐘；靜置15分鐘后放入冰水浴，收集析出的懸浮物，乙醇洗滌，得到尼龍1012鹽，放入真空烘箱干燥48小時(shí)；2.纖維編織結(jié)構(gòu)體預(yù)處理選用平紋組織芳綸纖維編織體，經(jīng)紗密度160根/10cm、緯紗密度160根/10cm，裁剪為300mmX 300mm的矩形，在25°C下用丙酮浸泡處理3小時(shí)，后在80°C真空中干燥12小時(shí)。3.縮聚反應(yīng)將兩層芳綸纖維編織結(jié)構(gòu)體分別鋪設(shè)至內(nèi)腔尺寸為300mmX 300mmX 3mm平板反應(yīng)器的上下兩個(gè)表面,通過螺栓和墊片固定；將混合物加入反 應(yīng)器，密封，通入高純氮，使反應(yīng)器內(nèi)部壓力達(dá)到200KPa，升溫至230°C，保持該溫度和壓力I小時(shí)；調(diào)整高純氮流速為約260ml/min，將溫度升高至260°C，反應(yīng)2小時(shí)；降溫至140°C保溫20min ;后降至常溫，開模，得到厚度為3mm的兩層芳綸纖維編織結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的尼龍1012原位增強(qiáng)復(fù)合材料板材。實(shí)施例84.制備尼龍1012鹽稱取十二碳二元酸lKg，99. 5%乙醇4Kg，混合制得十二碳二元酸的乙醇溶液；稱取癸二胺0. 96Kg，99. 9%乙醇lKg，混合制得癸二胺的乙醇溶液；將得到的十二碳二元酸的乙醇溶液加熱至35°C，隨后滴加到帶攪拌的盛有癸二胺乙醇溶液的反應(yīng)器中，滴加時(shí)間為20分鐘；靜置15分鐘后放入冰水浴，收集析出的懸浮物，乙醇洗滌，得到尼龍1012鹽，放入真空烘箱干燥48小時(shí)；5.纖維編織結(jié)構(gòu)體預(yù)處理選用經(jīng)紗密度15根/10cm、緯紗密度15根/10cm、直徑13mm的圓筒狀芳綸纖維編織體，剪裁長(zhǎng)度120mm，25°C下用丙酮處理3小時(shí)，后在80°C真空中干燥12小時(shí)。6.縮聚反應(yīng)將圓筒狀芳綸纖維編織結(jié)構(gòu)體鋪設(shè)至同心圓筒反應(yīng)器中，兩端通過環(huán)形卡簧片固定。同心圓筒反應(yīng)器的外筒內(nèi)徑12. 5mm,內(nèi)筒外徑IOmm,內(nèi)外筒厚度間距
I.25mm。將混合物加入反應(yīng)器，密封，通入高純氮，使反應(yīng)器內(nèi)部壓力達(dá)到200KPa，升溫至210°C，保持該溫度和壓力I小時(shí)；調(diào)整高純氮流速為約260ml/min，將溫度升高至260°C，反應(yīng)2小時(shí)；降至140°C保溫20min ;后降至常溫，開模，得到外徑12. 5mm壁厚I. 25mm的芳綸纖維編織結(jié)構(gòu)體增強(qiáng)的尼龍1012原位增強(qiáng)復(fù)合材料管材。實(shí)施例I 7的原位共混復(fù)合材料與未改性前的聚合物性能列于表I。表I
權(quán)利要求
1.一種纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料，其特征在于，所述的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料的組成為高性能纖維I 20wt%,長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽80 99wt% ;優(yōu)選高性能纖維5 16wt %,長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽84 95wt %。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料，其特征在于，所述的長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽選自尼龍1010鹽、尼龍1012鹽、尼龍1212鹽、尼龍1313鹽、尼龍610鹽或尼龍612鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料，其特征在于，所述的高性能纖維選自芳綸纖維、碳纖維或玻璃纖維中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3任一所述的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料，其特征在于，所述的高性能纖維以短纖維或纖維編織結(jié)構(gòu)體中的其中一種形式與長(zhǎng)碳鏈尼龍進(jìn)行復(fù)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料，其特征在于，所述的短纖維長(zhǎng)度為0. Imm 8mm,優(yōu)選0. 5 5mm ;纖維直徑0. 5 y m 25 y m,優(yōu)選纖維直徑為0. 5 y m 15 u m。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料，其特征在于，所述的纖維編織結(jié)構(gòu)體的組織結(jié)構(gòu)為平紋、斜紋、方平組織結(jié)構(gòu)中的至少一種，織物的經(jīng)、緯紗密度為10 180根/10cm，優(yōu)選經(jīng)、緯紗密度為15 160根/IOcm0
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料，其特征在于，所述的高性能纖維的短纖維與長(zhǎng)碳鏈尼龍的原位復(fù)合材料可以通過原位聚合反應(yīng)制備，或者直接通過反應(yīng)性擠出成型方法制備。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料，其特征在于，所述的纖維結(jié)構(gòu)體與長(zhǎng)碳鏈尼龍進(jìn)行復(fù)合時(shí)，所采用的反應(yīng)器為管狀、同心圓筒狀或板狀，制備得到的復(fù)合材料的形狀為棒材、管材和板材。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的制備方法包括以下步驟 (1)將高性能纖維的短纖維或者編織結(jié)構(gòu)體首先進(jìn)行表面處理，并干燥； (2)將二元酸和乙醇混合，滴加到二元胺的乙醇溶液中，邊攪拌邊添加；滴加完畢后，將混合溶液倒入冰水浴；收集懸浮物，干燥后得到長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽；或?qū)⒍崤c二元胺分別溶于水中，混合后升溫，降溫收集結(jié)晶物，干燥后得到長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽； (3)反應(yīng)過程 將長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽、高性能纖維的短纖維按比例混合均勻，加入反應(yīng)器，使用高純氮加壓，升溫并保壓；反應(yīng)器壓力為190 210KPa，溫度為210 240°C，保壓I 2小時(shí)； 或者將長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽加入已經(jīng)鋪置纖維編織結(jié)構(gòu)體的反應(yīng)器中，使用高純氮加壓、升溫并保壓；反應(yīng)器壓力為190 210KPa，溫度為210 240°C，保壓I 2小時(shí)； (4)調(diào)整高純氮的流速，使反應(yīng)容器內(nèi)部處于流動(dòng)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，溫度為250 270°C，時(shí)間I 2小時(shí)，縮聚反應(yīng)結(jié)束后出料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料的制備方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述的表面處理為浸泡于洗液中I 5小時(shí)，優(yōu)選2 4小時(shí)；所述的干燥為在70 80°C條件下真空干燥；所述洗液選自丙酮，稀硝酸或乙醇。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料的制備方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述的二元酸選自癸二酸、十二碳二元酸、十三碳二元酸，所述的二元胺選自己二胺、癸二胺、十二碳二元胺或十三碳二元胺。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料的制備方法，其特征在于，在步驟⑵中，所述的乙醇的體積百分比濃度為98% 100%，優(yōu)選99% 100%。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料的制備方法，其特征在于，在步驟⑵中 將二元酸和乙醇混合溶液加熱至32 38°C，優(yōu)選35°C ;滴加到二元胺的乙醇溶液中，邊攪拌邊添加，滴加時(shí)間為10 20分鐘；滴加完畢后，靜置10 20分鐘； 或?qū)⒍崤c二元胺分別溶于水中，加熱至50 60°C，優(yōu)選55°C ;后將二元酸的水溶液與二元胺的水溶液在80°C下混合，保持20 30分鐘，然后降溫至8 12°C，靜置I 2小時(shí)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料的制備方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述的高純氮的流速為240 270ml/min，優(yōu)選255 265ml/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種纖維復(fù)合材料，具體講，涉及一種纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料及制備方法。所述的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍?jiān)粡?fù)合材料的組成為高性能纖維1～20wt％、長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽80～99wt％；優(yōu)選高性能纖維5～16wt％、長(zhǎng)碳鏈尼龍鹽84～95wt％；高性能纖維選自芳綸纖維、碳纖維或玻璃纖維中的至少一種。本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，本發(fā)明制備得到的纖維/長(zhǎng)碳鏈尼龍復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性與相同工藝制得的純長(zhǎng)碳鏈尼龍相比顯著提高。
文檔編號(hào)C08L77/00GK102702730SQ20121019094
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者劉國明, 周勇, 王篤金, 董俠, 趙瑩, 邢倩, 高昀鋆 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所