本發(fā)明屬于耐高溫尼龍復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高韌性高強度耐高溫尼龍復(fù)合材料及制備方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，汽車工業(yè)對發(fā)動機效率、汽車油耗和尾氣排放量的要求也越來越高；同時，隨著電子行業(yè)中表面貼裝技術(shù)的發(fā)展，對材料的耐高溫性能要求越來越高；為了解決此類問題，材料需要具備輕、耐溫、高強度、尺寸穩(wěn)定、阻燃等性能。耐高溫尼龍成為較理想的材料之一。耐高溫尼龍的發(fā)展使產(chǎn)品微型化、輕量化和動力強勁化成為可能，耐高溫尼龍可為某些部件帶來更高的耐溫性能，或干脆替代了部件所用的金屬材料。
碳纖維增強高溫尼龍復(fù)合材料具有高的強度和模量，但是，沖擊強度過低、韌性太差，如dms(帝斯曼)產(chǎn)品stanylts200b3ensi為15％碳纖維增強pa46，拉伸強度為185mpa，但其懸臂梁缺口沖擊強度僅僅只有5kj/m2。30％碳纖增強pa46產(chǎn)品stanylts200b3ensi的拉伸強度為240mpa，而其懸臂梁缺口沖擊強度僅僅只有8kj/m2。為了解決碳纖維增強高溫尼龍制品沖擊強度過低、韌性較差的問題，需要尋找一種既能對碳纖維增強高溫尼龍具有增韌作用，而又能夠保持復(fù)合材料的強度和耐熱性的增韌劑。
納米材料被公認為是21世紀最具有前途的材料，高分子納米材料的研究也是當前工業(yè)發(fā)達國家材料科學研究的一個熱點。超細全硫化粉末橡膠是一種具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)、粒徑在納米級的粉末橡膠。與傳統(tǒng)的粉末橡膠相比，其主要應(yīng)用領(lǐng)域是：(1)作為塑料增韌改性劑以及制備新型的全硫化熱塑性彈性體，特點是：在樹脂中極易分散，不易粘連；不含隔離劑，粒徑小，有些品種已達50～100nm；具有顯著的增韌效果。(2)同時提高一些塑料的韌性、強度和耐熱溫度。超細全硫化粉末橡膠具有適合橡塑共混加工的特點，如：粉末橡膠顆粒表面的交聯(lián)度最高，橡膠粒子表面的硬度較大，從而保證了粒子間的獨立分散性，橡膠粒子能夠良好地分散在塑料基體中，不易凝聚成團。另外，超細全硫化粉末橡膠顆粒內(nèi)部的低交聯(lián)度依然能夠保持橡膠的彈性。由于超細全硫化粉末橡膠的粒徑小，表面積小，容易形成“準網(wǎng)絡(luò)"分布結(jié)構(gòu)，因此，用超細全硫化粉末橡膠增韌塑料時，不但可大幅度提高塑料的韌性，還可使增韌塑料保持較高的強度和耐熱溫度。當納米級橡膠粒子在塑料中達到均勻分散時，還可使塑料的強度和耐熱溫度高于純的空白塑料樣品。
專利cn1480489a提供了一種由聚酰胺和混合橡膠組分經(jīng)共混得到的增韌聚酰胺組合物及其制備方法，雖然也用到了超細全硫化粉末橡膠，但基體樹脂局限于尼龍66、尼龍46或尼龍1010，沒有用到耐高溫尼龍，也未進行碳纖維增強改性；專利cn10155535a提供了一種納米橡膠增韌尼龍材料的制備方法，采用原位聚合方法；專利cn103450664a提供了一種耐低溫增韌尼龍復(fù)合材料，未用到超細全硫化粉末橡膠，基體樹脂局限于尼龍66、尼龍6，沒有用到耐高溫尼龍。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高韌性高強度耐高溫尼龍復(fù)合材料。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種所述高韌性高強度耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
一種高韌性高強度耐高溫尼龍復(fù)合材料，由以下重量份的組分制成：
所述增韌母粒是由質(zhì)量比為1:1的耐高溫尼龍樹脂與超細全硫化粉末橡膠制成。
所述耐高溫尼龍樹脂是熔點為285-315℃的pa46、pa9t、pa10t、pa6t、聚鄰苯二甲酰胺(ppa)中的至少一種。
所述超細全硫化粉末橡膠為超細全硫化丁苯橡膠(平均粒徑為100nm)、超細全硫化羧基丁苯橡膠(平均粒徑為150nm)、超細全硫化丙烯酸酯橡膠(平均粒徑為150nm)、超細全硫化丁腈橡膠(平均粒徑為100nm)、超細全硫化羧基丁腈橡膠(平均粒徑為50nm)、超細全硫化硅橡膠(平均粒徑為100nm)中的至少一種。
所述碳纖維為短切碳纖維，長度為2-32mm，纖維直徑為7-13微米。
所述助劑由以下重量份的組分制成：
抗氧劑0.1-0.6份；
潤滑劑0.1-0.7份；
成核劑0.01-0.05份。
所述抗氧化劑選自受阻酚類抗氧劑和亞磷酸酯類抗氧劑的復(fù)配物；優(yōu)選為抗氧劑1098(n,n'-雙-(3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰基)己二胺)和抗氧劑168(三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯)的復(fù)配。
所述潤滑劑為季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸鈣或硬脂酸鋰中的至少一種。
所述成核劑為長碳鏈羧酸鈣鹽，優(yōu)選為cva102。
一種所述高韌性高強度耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
將干燥的58-94份耐高溫尼龍樹脂、干燥的6-42份增韌母粒和0.21-1.35份助劑混合均勻，所得混合料置于雙螺桿擠出機主喂料料斗中，將10-60份碳纖維置于側(cè)喂料料斗中，經(jīng)過雙螺桿擠出機擠出、牽條和切粒，得到所述高韌性高強度耐高溫尼龍復(fù)合材料。
所述干燥的耐高溫尼龍樹脂和所述干燥的增韌母粒均在溫度為100-120℃的條件下，干燥2-8h。
所述增韌母粒的制備方法包括以下步驟：將質(zhì)量比為1:1的耐高溫尼龍樹脂與超細全硫化粉末橡膠混合均勻，擠出造粒得到所述增韌母粒。
所述雙螺桿擠出機的溫度為275-325℃，主喂料頻率為2-20hz，側(cè)喂料頻率為0.5-11.5hz，主機螺桿轉(zhuǎn)速為50-350rad/min。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果：
本發(fā)明所使用的超細全硫化粉末橡膠增韌效果明顯，在提高韌性的同時保持了碳纖維增強耐高溫尼龍的拉伸強度和熱變形溫度，從而解決了碳纖維增強高溫尼龍韌性過低的問題；主要由于超細全硫化粉末橡膠在尼龍基體中能夠較好的分散。由于超細全硫化粉末橡膠的粒徑小、表面積小，容易形成“準網(wǎng)絡(luò)"分布結(jié)構(gòu)，因此，用超細全硫化粉末橡膠增韌碳纖維增強耐高溫尼龍復(fù)合材料時，不但可大幅度提高復(fù)合材料的韌性，還可使復(fù)合材料保持較高的強度和耐熱溫度。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
本發(fā)明中實施例1-11的配方見表1和表2所示，對比例1-3的配方見表3所示。
實施例1-11中所使用的超細全硫化丁苯橡膠的平均粒徑為100nm；超細全硫化羧基丁苯橡膠的平均粒徑為150nm；超細全硫化丙烯酸酯橡膠的平均粒徑為150nm；超細全硫化丁腈橡膠的平均粒徑為100nm；超細全硫化羧基丁腈橡膠的平均粒徑為50nm；超細全硫化硅橡膠的平均粒徑為100nm。
本發(fā)明實施例1-11高韌性高強度耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法如下：
將耐高溫尼龍樹脂和增韌母粒分別在110℃的電熱鼓風干燥箱中干燥4h。
增韌母粒的制備方法包括以下步驟：將質(zhì)量比為1:1的耐高溫尼龍樹脂與超細全硫化粉末橡膠混合均勻，經(jīng)過雙螺桿擠出機熔融共混擠出造粒得到所述增韌母粒。
將已烘干的耐高溫尼龍樹脂、已烘干的增韌母粒和助劑置于高速混合機中混合5min，得 混合料；將混合料置于雙螺桿擠出機主喂料料斗中，將碳纖維置于側(cè)喂料料斗中，經(jīng)過雙螺桿擠出機擠出、牽條和切粒，得到所述高韌性高強度耐高溫尼龍復(fù)合材料。雙螺桿擠出機的溫度為275-325℃，主喂料頻率為2-20hz，通過控制側(cè)喂料頻率來調(diào)節(jié)碳纖維在復(fù)合材料中的含量，側(cè)喂料頻率為0.5-11.5hz，主機螺桿轉(zhuǎn)速為50-350rad/min。
對比例1-3的制備方法包括以下步驟：
將耐高溫尼龍樹脂在110℃的電熱鼓風干燥箱中干燥4h；
按照比例將已烘干的耐高溫尼龍樹脂、增韌劑和助劑置于高速混合機中混合5min，得混合料；將混合料置于雙螺桿擠出機主喂料料斗中，將短碳纖維置于側(cè)喂料料斗中，經(jīng)過雙螺桿擠出機擠出、牽條和切粒得高韌性高強度耐高溫尼龍復(fù)合材料，雙螺桿擠出機的溫度為275-325℃，主喂料頻率為10hz，通過控制側(cè)喂料頻率來調(diào)節(jié)碳纖維在復(fù)合材料中的含量，側(cè)喂料頻率為0.5-5.5hz，主機螺桿轉(zhuǎn)速為300rad/min。
表1
表2
表3
實施例1-3得到的高韌性高強度耐高溫尼龍復(fù)合材料及對比例1-3得到材料的性能見表4所示。
表4
由表4的測試數(shù)據(jù)得出如下結(jié)論：(1)超細全硫化粉末橡膠增韌效果明顯，在提高韌性的同時保持了碳纖維增強耐高溫尼龍的拉伸強度和熱變形溫度；主要由于超細全硫化粉末橡膠在尼龍基體中能夠較好的分散。由于超細全硫化粉末橡膠的粒徑小、表面積小，容易形成“準網(wǎng)絡(luò)"分布結(jié)構(gòu)，因此，用超細全硫化粉末橡膠增韌碳纖維增強耐高溫尼龍復(fù)合材料時，不但可大幅度提高復(fù)合材料的韌性，還可使復(fù)合材料保持較高的強度和耐熱溫度。(2)由表4中數(shù)據(jù)可以看出，實施例2的綜合性能比較好，為最佳實施例，制備的超細全硫化粉末橡膠增韌耐高溫尼龍復(fù)合材料的拉伸強度、懸臂梁缺口沖擊強度最高；(3)對比例1-3中所用的增韌劑均為mah接枝彈性體，接枝率為1％，由于這些增韌劑均不耐高溫，在275-325℃擠出加工過程中會有少部分分解，導(dǎo)致增韌效果不如超細全硫化粉末橡膠明顯，其它性能也明顯低于實施例1-3中的性能。
上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。