一種納米改性尼龍材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種以納米粒子改性的尼龍材料及其制備方法。本發(fā)明所述納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成：尼龍基體100重量份、納米碳化硅2-6重量份、納米氮化硅3-7重量份、納米二氧化硅4-10重量份、胺丙基三乙氧基硅烷0.3-1重量份、酚醛樹(shù)脂5-15重量份、玻璃纖維3-10重量份、以及常溫下為液態(tài)的可揮發(fā)溶劑1-10體積份。本發(fā)明所述納米改性尼龍材料無(wú)論是拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、缺口沖劑強(qiáng)度、熱變形溫度、或是摩擦系數(shù)、導(dǎo)熱率及吸水率均明顯優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品，具有極好的應(yīng)用性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種納米改性尼龍材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種以納米粒子改性的尼龍材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的耐磨損板材一般為金屬材料，金屬材料制品在使用過(guò)程中磨損較快，使用壽命短、維修工作量大；而且金屬材料不易進(jìn)行嵌入式安轉(zhuǎn)、操作困難。改性塑料是我國(guó)高新材料發(fā)展的重點(diǎn)。改性塑料制品不僅能夠達(dá)到一些鋼材的強(qiáng)度性能，還具有質(zhì)輕、易加工成型、高韌性、高抗沖性、耐磨損性等優(yōu)勢(shì)。因此，目前“以塑代鋼”的趨勢(shì)在很多行業(yè)都顯現(xiàn)出來(lái)。
[0003]尼龍(PA)又稱(chēng)聚酰胺，具有優(yōu)異的物理機(jī)械性能，同時(shí)具有高強(qiáng)度、耐磨和耐化學(xué)腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造、電子電氣、機(jī)械設(shè)備、航天航空等領(lǐng)域。但尼龍存在低溫和干態(tài)沖擊性能差、缺口沖擊強(qiáng)度低等缺點(diǎn)。而且隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)尼龍部件的耐磨損性能要求也越來(lái)越高。目前，改善尼龍耐磨損摩擦性能的方法主要有添加聚四氟乙烯、聚乙烯、超高分子兩的聚乙烯等自身摩擦系數(shù)低的高分子材料進(jìn)行改性，或添加硅油、礦物油、有機(jī)脂等潤(rùn)滑油、或添加碳纖維、芳胺纖維、二硫化鑰、石墨等有機(jī)/無(wú)機(jī)纖維或粉狀潤(rùn)滑材料等方式。
[0004]這些方法雖 然在一定程度上改善了尼龍的摩擦磨損性能，但往往存在著性能比差、材料物理強(qiáng)度低、材料加工性能差等一系列缺點(diǎn)。而目前的耐磨損尼龍板材耐磨性能提高，同時(shí)要求材料具有高強(qiáng)度、高剛性、良好的尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)良的韌性和良好的加工性等綜合性能。
[0005]采用先進(jìn)的納米改性技術(shù)可以制備得到綜合性能優(yōu)異的新型改性塑料。用納米材料改性塑料是新近發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)，采用納米改性可以改善材料的耐磨擦性能、力學(xué)性能、熱學(xué)性能、阻燃性能以及阻隔性能等。與傳統(tǒng)的塑料改性方法相比，納米材料不僅能全面改善塑料的綜合性能，還能賦予其獨(dú)特的性能，為塑料改性提供了先進(jìn)、有效的途徑。但是，現(xiàn)有技術(shù)中報(bào)道的諸多納米改性技術(shù)均需要對(duì)納米粒子進(jìn)行特殊的改性處理才能有效改善尼龍材料的性能，操作較為復(fù)雜，且存在著納米材料在改性基體中分散性能差的問(wèn)題，也會(huì)影響材料的改性效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于現(xiàn)有技術(shù)中采用納米技術(shù)改性尼龍材料操作復(fù)雜且效果不理想的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種具有高強(qiáng)度、高剛性、良好的尺寸穩(wěn)定性及優(yōu)良的韌性的納米改性尼龍材料。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所述的納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成:尼龍基體100重量份、納米碳化硅2-6重量份、納米氮化硅3-7重量份、納米二氧化硅4-10重量份、胺丙基三乙氧基硅烷0.3-1重量份、酚醛樹(shù)脂5-15重量份、玻璃纖維3-10重量份、以及常溫下為液態(tài)的可揮發(fā)溶劑1-10體積份；
[0008]所述重量份于體積份為g/mL的關(guān)系。
[0009]優(yōu)選的，所述的納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成:尼龍基體100重量份、納米碳化硅3-5重量份、納米氮化硅4-6重量份、納米二氧化硅6-9重量份、胺丙基三乙氧基硅烷0.5-0.8重量份、酚醛樹(shù)脂7-12重量份、玻璃纖維5-8重量份、以及常溫下為液態(tài)的揮發(fā)溶劑3-8體積份。
[0010]最優(yōu)的，所述的納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成:尼龍基體100重量份、納米碳化硅4重量份、納米氮化硅5重量份、納米二氧化硅7重量份、胺丙基三乙氧基硅烷
0.6重量份、酚醛樹(shù)脂10重量份、玻璃纖維7重量份、以及常溫下為液態(tài)的可揮發(fā)溶劑5體積份。
[0011]所述尼龍基體由重量比為1-3: 2-4: 4-6的尼龍6、尼龍12及尼龍66組成。 [0012]優(yōu)選的，所述尼龍6、尼龍12及尼龍66的重量比為2: 3: 5。
[0013]所述常溫下為液態(tài)的揮發(fā)溶劑選自烴類(lèi)。
[0014]本發(fā)明還公開(kāi)了一種制備上述納米改性尼龍材料的方法，包括如下步驟:
[0015](I)按照選定的重量份數(shù)取所述納米碳化硅、納米氮化硅、納米二氧化硅混勻，加入至選定體積份的揮發(fā)溶劑中，混勻備用；
[0016](2)按照選定的重量份數(shù)取所述尼龍基體、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛樹(shù)脂及玻璃纖維混勻，并加熱至40-50°C反應(yīng)l_2h ;隨后以梯度升溫的方式升溫至100-120°C，并繼續(xù)反應(yīng)2-3h ；
[0017](3)將步驟(2)反應(yīng)后的混合物冷卻至室溫后，加入至步驟(1)中混勻的溶劑中混勻，并將混勻物料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在200-220°C下經(jīng)過(guò)擠出、冷卻、造粒，即得。
[0018]所述步驟(2)中，所述梯度升溫方式是指以15_20°C /梯度的方式進(jìn)行升溫，并在啟動(dòng)升溫程序的最初2-3min內(nèi)完成升溫，并維持該溫度下持續(xù)反應(yīng)1_1.5小時(shí)。
[0019]本發(fā)明還公開(kāi)了一種根據(jù)上述方法制備得到的納米改性尼龍材料。
[0020]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021]1、本發(fā)明所述納米改性尼龍材料，利用精心篩選的納米粒子相互配合，對(duì)所述尼龍材料進(jìn)行改性，并輔以酚醛樹(shù)脂及玻璃纖維等材料的配合了，所制備得到的尼龍材料無(wú)論是拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、缺口沖劑強(qiáng)度、熱變形溫度、或是摩擦系數(shù)、導(dǎo)熱率及吸水率均明顯優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品，具有極好的應(yīng)用性能；
[0022]2、本發(fā)明所述材料，利用將所述納米粒子分散于可揮發(fā)溶劑中，并利用其揮發(fā)性能，使得納米粒子極好的分散于所述尼龍材料中，進(jìn)一步增強(qiáng)了改性的效果；
[0023]3、本發(fā)明所述制備方法，利用梯度升溫的形式，進(jìn)一步提升了原材料的改性性能，所制得產(chǎn)品性能優(yōu)越。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1
[0025]本實(shí)施例所述納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成:
[0026]尼龍基體100kg、納米碳化娃2kg、納米氮化娃7kg、納米二氧化娃4kg、胺丙基三乙氧基硅烷1kg、酚醛樹(shù)脂5kg、玻璃纖維10kg、以及常溫下為液態(tài)的可揮發(fā)溶劑1L。[0027]本實(shí)施例所述制備納米改性尼龍材料的方法，包括如下步驟:
[0028](I)按照選定的重量取所述納米碳化硅、納米氮化硅、納米二氧化硅混勻，加入至選定體積的揮發(fā)溶劑中，混勻備用；
[0029](2)按照選定的重量份數(shù)取所述尼龍基體、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛樹(shù)脂及玻璃纖維混勻，并加熱至40°C反應(yīng)l_2h;隨后以15°C的溫差為一個(gè)梯度進(jìn)行梯度升溫程序，具體為在2-3min將溫度升高15°C，并維持該溫度下持續(xù)反應(yīng)1-1.5小時(shí)；以此類(lèi)推，直至體系升溫至100°C，并繼續(xù)反應(yīng)2-3h ；
[0030](3)將步驟(2)反應(yīng)后的混合物冷卻至室溫后，加入至步驟(1)中混勻的溶劑中混勻，并將混勻物料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在200-220°C下經(jīng)過(guò)擠出、冷卻、造粒，即得。
[0031]實(shí)施例2
[0032]本實(shí)施例所述納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成:
[0033]尼龍基體100kg、納米碳化娃6kg、納米氮化娃3kg、納米二氧化娃10kg、胺丙基三乙氧基硅烷0.3kg、酚醛樹(shù)脂15kg、玻璃纖維3kg、以及常溫下為液態(tài)的可揮發(fā)溶劑10L。
[0034]本實(shí)施例所述制備納米改性尼龍材料的方法，包括如下步驟:
[0035](I)按照選定的重量取所述納米碳化硅、納米氮化硅、納米二氧化硅混勻，加入至選定體積的揮發(fā)溶劑中，混勻備用；
[0036](2)按照選定的重量份數(shù)取所述尼龍基體、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛樹(shù)脂及玻璃纖維混勻，并加熱至40°C反應(yīng)2h ;隨后以20°C的溫差為一個(gè)梯度進(jìn)行梯度升溫程序，具體為在2-3min將溫度升高20°C，并維持該溫度下持續(xù)反應(yīng)I小時(shí)；以此類(lèi)推，直至體系升溫至120°C，并繼續(xù)反應(yīng)3h ；
[0037](3)將步驟(2)反應(yīng)后的混合物冷卻至室溫后，加入至步驟(1)中混勻的溶劑中混勻，并將混勻物料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在200-220°C下經(jīng)過(guò)擠出、冷卻、造粒，即得。
[0038]實(shí)施例3
[0039]本實(shí)施例所述的納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成:
[0040]尼龍基體100kg、納米碳化娃3kg、納米氮化娃6kg、納米二氧化娃6kg、胺丙基三乙氧基硅烷0.8kg、酚醛樹(shù)脂7kg、玻璃纖維8kg、以及常溫下為液態(tài)的揮發(fā)溶劑3L。
[0041]本實(shí)施例所述制備納米改性尼龍材料的方法，包括如下步驟:
[0042](I)按照選定的重量取所述納米碳化硅、納米氮化硅、納米二氧化硅混勻，加入至選定體積的揮發(fā)溶劑中，混勻備用；
[0043](2)按照選定的重量份數(shù)取所述尼龍基體、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛樹(shù)脂及玻璃纖維混勻，并加熱至50°C反應(yīng)Ih;隨后以15°C的溫差為一個(gè)梯度進(jìn)行梯度升溫程序，具體為在2-3min將溫度升高15°C，并維持該溫度下持續(xù)反應(yīng)I小時(shí)；以此類(lèi)推，直至體系升溫至110°C，并繼續(xù)反應(yīng)2-3h ；
[0044](3)將步驟(2)反應(yīng)后的混合物冷卻至室溫后，加入至步驟(1)中混勻的溶劑中混勻，并將混勻物料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在200-220°C下經(jīng)過(guò)擠出、冷卻、造粒，即得。
[0045]實(shí)施例4
[0046]本實(shí)施例所述的納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成:
[0047]尼龍基體100kg、納米碳化娃5kg、納米氮化娃4kg、納米二氧化娃9kg、胺丙基三乙氧基硅烷0.5kg、酚醛樹(shù)脂12kg、玻璃纖維5kg、以及常溫下為液態(tài)的揮發(fā)溶劑8L。[0048]本實(shí)施例所述制備納米改性尼龍材料的方法，包括如下步驟:
[0049](I)按照選定的重量取所述納米碳化硅、納米氮化硅、納米二氧化硅混勻，加入至選定體積的揮發(fā)溶劑中，混勻備用；
[0050](2)按照選定的重量份數(shù)取所述尼龍基體、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛樹(shù)脂及玻璃纖維混勻，并加熱至50°C反應(yīng)l_2h ;隨后以20°C的溫差為一個(gè)梯度進(jìn)行梯度升溫程序，具體為在2-3min將溫度升高20°C，并維持該溫度下持續(xù)反應(yīng)I小時(shí)；以此類(lèi)推，直至體系升溫至110°C，并繼續(xù)反應(yīng)2-3h ；
[0051](3)將步驟(2)反應(yīng)后的混合物冷卻至室溫后，加入至步驟(1)中混勻的溶劑中混勻，并將混勻物料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在200-220°C下經(jīng)過(guò)擠出、冷卻、造粒，即得。
[0052]實(shí)施例5
[0053]本實(shí)施例所述的納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成:
[0054]尼龍基體100kg、納米碳化娃4kg、納米氮化娃5kg、納米二氧化娃7kg、胺丙基三乙氧基硅烷0.6kg、酚醛樹(shù)脂10kg、玻璃纖維7kg、以及常溫下為液態(tài)的可揮發(fā)溶劑5L。 [0055]本實(shí)施例所述制備納米改性尼龍材料的方法，包括如下步驟:
[0056](1)按照選定的重量取所述納米碳化硅、納米氮化硅、納米二氧化硅混勻，加入至選定體積的揮發(fā)溶劑中，混勻備用；
[0057](2)按照選定的重量份數(shù)取所述尼龍基體、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛樹(shù)脂及玻璃纖維混勻，并加熱至45°C反應(yīng)l_2h;隨后以18°C的溫差為一個(gè)梯度進(jìn)行梯度升溫程序，具體為在2-3min將溫度升高18°C，并維持該溫度下持續(xù)反應(yīng)1.5小時(shí)；以此類(lèi)推，直至體系升溫至117°C，并繼續(xù)反應(yīng)2h ；
[0058](3)將步驟(2)反應(yīng)后的混合物冷卻至室溫后，加入至步驟(1)中混勻的溶劑中混勻，并將混勻物料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在200-220°C下經(jīng)過(guò)擠出、冷卻、造粒，即得。
[0059]效果例
[0060]對(duì)上述實(shí)施例1-5制得的改性尼龍材料進(jìn)行性能指標(biāo)測(cè)試，具體測(cè)試數(shù)據(jù)詳見(jiàn)下表。
[0061]
【權(quán)利要求】
1.一種納米改性尼龍材料，其特征在于，由如下原料制備而成:尼龍基體100重量份、納米碳化硅2-6重量份、納米氮化硅3-7重量份、納米二氧化硅4-10重量份、胺丙基三乙氧基硅烷0.3-1重量份、酚醛樹(shù)脂5-15重量份、玻璃纖維3-10重量份、以及常溫下為液態(tài)的可揮發(fā)溶劑ι-?ο體積份； 所述重量份于體積份為g/mL的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米改性尼龍材料，其特征在于，由如下原料制備而成:尼龍基體100重量份、納米碳化娃3-5重量份、納米氮化娃4-6重量份、納米二氧化娃6-9重量份、胺丙基三乙氧基硅烷0.5-0.8重量份、酚醛樹(shù)脂7-12重量份、玻璃纖維5-8重量份、以及常溫下為液態(tài)的揮發(fā)溶劑3-8體積份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米改性尼龍材料，其特征在于，由如下原料制備而成:尼龍基體100重量份、納米碳化硅4重量份、納米氮化硅5重量份、納米二氧化硅7重量份、胺丙基三乙氧基硅烷0.6重量份、酚醛樹(shù)脂10重量份、玻璃纖維7重量份、以及常溫下為液態(tài)的可揮發(fā)溶劑5體積份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的納米改性尼龍材料，其特征在于，所述尼龍基體由重量比為1-3: 2-4: 4-6的尼龍6、尼龍12及尼龍66組成。
5.根據(jù)權(quán) 利要求4所述的納米改性尼龍材料，其特征在于,所述尼龍6、尼龍12及尼龍66的重量比為2:3:5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的納米改性尼龍材料，其特征在于，所述常溫下為液態(tài)的揮發(fā)溶劑選自烴類(lèi)。
7.一種制備權(quán)利要求1-6任一所述納米改性尼龍材料的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)按照選定的重量份數(shù)取所述納米碳化硅、納米氮化硅、納米二氧化硅混勻，加入至選定體積份的揮發(fā)溶劑中，混勻備用； (2)按照選定的重量份數(shù)取所述尼龍基體、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛樹(shù)脂及玻璃纖維混勻，并加熱至40-50°C反應(yīng)l_2h ;隨后以梯度升溫的方式升溫至100-120°C，并繼續(xù)反應(yīng)2-3h ； (3)將步驟(2)反應(yīng)后的混合物冷卻至室溫后，加入至步驟(1)中混勻的溶劑中混勻，并將混勻物料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在200-220°C下經(jīng)過(guò)擠出、冷卻、造粒，即得。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述梯度升溫方式是指以15-20°C/梯度的方式進(jìn)行升溫，并在啟動(dòng)升溫程序的最初2-3min內(nèi)完成升溫，并維持該溫度下持續(xù)反應(yīng)1-1.5小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述方法制備得到的納米改性尼龍材料。
【文檔編號(hào)】C08K3/36GK104017359SQ201410275731
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】王茜南, 王永和 申請(qǐng)人:王茜南