一種高剛性高強(qiáng)度錦綸及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及錦綸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高剛性高強(qiáng)度錦綸及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 錦纟侖，學(xué)名聚酰胺纖維，俗稱(chēng)尼龍（Nylon)，英文名稱(chēng)Polyamide(簡(jiǎn)稱(chēng)PA)，錦給是 聚酰胺纖維的商品名稱(chēng)，密度I. 15g/cm3,是分子主鏈上含有重復(fù)酰胺基團(tuán)（一NHCO-）的 熱塑性樹(shù)脂總稱(chēng)。主要品種有錦綸6和錦綸66。錦綸具有良好的綜合性能，包括力學(xué)性能、 耐熱性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品性和自潤(rùn)滑性，且摩擦系數(shù)低，有一定的阻燃性，易于加工， 適于用玻璃纖維和其它填料填充增強(qiáng)改性，以此提高材料性能和擴(kuò)大應(yīng)用范圍。
[0003] 玻纖增強(qiáng)錦綸具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，耐磨性和耐腐蝕性?xún)?yōu)良，傳統(tǒng)玻纖增強(qiáng)材料 的玻纖含量一般在50%以下，能夠滿(mǎn)足一般塑料制品的要求，但相對(duì)于金屬材料超高的強(qiáng) 度和尺寸穩(wěn)定性來(lái)言，傳統(tǒng)玻纖增強(qiáng)錦綸還不能夠達(dá)到以塑代鋼的目的。一般來(lái)說(shuō)，玻璃纖 維含量越高，尼龍的力學(xué)性能越高，近年來(lái)，市場(chǎng)上出現(xiàn)的一些高剛性尼龍，就是玻璃纖維 含量高的增強(qiáng)尼龍，最高含量可達(dá)到60%。但實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)市場(chǎng)需要來(lái)確定玻璃纖維 的含量。玻璃纖維含量太高時(shí)，對(duì)設(shè)備的磨損更嚴(yán)重，縮短螺桿的使用壽命。另外，玻璃纖 維含量對(duì)熔體流動(dòng)性能有較大影響。隨著玻璃纖維含量的增加，產(chǎn)品的流動(dòng)性下降，因而為 成型加工帶來(lái)一定的不利影響，對(duì)于大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制件必須考慮如何保證物料加工的 流動(dòng)性，同時(shí)，還應(yīng)改變加工工藝，以滿(mǎn)足制品的要求。玻纖含量太大時(shí)，材料的沖擊韌性下 降，材料變脆，影響其使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種高剛性高強(qiáng)度錦綸，本發(fā) 明制備的錦綸具有優(yōu)良的力學(xué)性能，剛性高、強(qiáng)度高。
[0005] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種高剛性高強(qiáng)度錦綸，按重量份計(jì)，包括以下原料：
[0007] 40~70份錦綸樹(shù)脂，例如40份、45份、50份、55份、60份、65份、70份；20~30 份玻璃纖維，例如20份、21份、22份、25份、27份、29份、30份；1~5份碳纖維，例如1份、 2份、3份、4份、5份；0. 5~2份無(wú)機(jī)晶須，例如0. 5份、0. 8份、0. 9份、1份、1. 5份、1. 6份、 1. 8份、2份；1~10份偶聯(lián)劑，例如1份、3份、4份、6份、7份、8份、10份；0. 5~1份抗氧 劑，例如0. 5份、0. 6份、0. 8份、0. 9份、1份。
[0008] 玻璃纖維增強(qiáng)錦綸材料是較為常用的纖維增強(qiáng)改性方法。玻璃纖維具有高強(qiáng)度、 耐候、耐熱、絕緣性好等特點(diǎn)，與其它纖維相比較，玻璃纖維的價(jià)格低廉，是廉價(jià)髙性能增強(qiáng) 材料。一般采用含堿金屬氧化物在2%以下的無(wú)堿玻纖。玻纖組成不同，強(qiáng)度和模量也不相 同。玻璃纖維的主要成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等，根據(jù)玻璃 中堿含量的多少，可分為無(wú)堿玻璃纖維（氧化鈉〇%~2%，屬鋁硼硅酸鹽玻璃）、中堿玻璃 纖維（氧化鈉8%~12%，屬含硼或不含硼的鈉鈣硅酸鹽玻璃）和高堿玻璃纖維（氧化鈉 13%以上，屬鈉鈣硅酸鹽玻璃）。如直徑為5ym的纖維，無(wú)堿玻纖的抗張強(qiáng)度為2000MPa， 而中堿玻纖（含堿金屬氧化物6%~12% )抗張強(qiáng)度只有1600MPa。
[0009] 玻璃纖維在增強(qiáng)塑料中的分散形式有平行排列、相互垂直、雜亂排列、織物形狀排 布等，對(duì)制品的力學(xué)性能都有很大影響。玻璃纖維含量對(duì)塑料制品的力學(xué)性能也有很大影 響。玻璃纖維與基體樹(shù)脂界面粘接情況，對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)塑料的影響最為重要。若界面粘 接不好，玻璃纖維就發(fā)揮不了增強(qiáng)作用，因此常用偶聯(lián)劑處理玻璃纖維表面，以此提高玻璃 纖維的增強(qiáng)效果。偶聯(lián)劑是某些具有特定基團(tuán)的化合物，它能通過(guò)化學(xué)或物理作用將兩種 性質(zhì)差異很大的材料結(jié)合起來(lái)。硅烷偶聯(lián)劑在玻纖表面的應(yīng)用能起到改善結(jié)合力的作用， 玻纖表面經(jīng)有機(jī)化處理后，增強(qiáng)了玻纖與尼龍間的粘接力，提高了產(chǎn)品的力學(xué)性能。
[0010] 碳纖維，是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由 片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石 墨材料。碳纖維"外柔內(nèi)剛"，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量 的特性，它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增 強(qiáng)纖維。碳纖維具有許多優(yōu)良性能，碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量，密度低、比性能高，無(wú)蠕變， 非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小 且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線(xiàn)透過(guò)性好。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、電磁屏蔽性好等。碳 纖維與傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多，在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性 突出。但是碳纖維的價(jià)格昂貴，作為填充材料需要考慮其成本，本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)碳纖維與其 他添加材料如玻璃纖維和無(wú)機(jī)晶須的用量，在起到增強(qiáng)錦綸剛性和強(qiáng)度的同時(shí)，降低原料 的成本。
[0011] 無(wú)機(jī)晶須作為一種新型的增強(qiáng)材料，具有強(qiáng)度高、耐熱、耐磨導(dǎo)電、絕緣、阻燃等許 多優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)和功能。
[0012] 優(yōu)選地，本發(fā)明中，所述錦綸為錦綸6和/或錦綸66,所述玻璃纖維為無(wú)堿玻璃纖 維，所述無(wú)機(jī)晶須為氧化鋅晶須和/或氧化鎂晶須，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑，所述抗氧劑 為四[(6-(3, 5-二特丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯。
[0013] 本發(fā)明的目的之二在于提供一種高剛性高強(qiáng)度錦綸的制備工藝，包括如下步驟：
[0014] (1)按重量份計(jì)，稱(chēng)取40~70份錦綸樹(shù)脂、20~30份玻璃纖維、1~5份碳纖維、 0. 5~2份無(wú)機(jī)晶須、1~10份偶聯(lián)劑、0. 5~1份抗氧劑；
[0015] (2)將錦綸樹(shù)脂、偶聯(lián)劑、抗氧劑混合均勾，加入雙螺桿擠出機(jī)，將玻璃纖維、碳纖 維、無(wú)機(jī)晶須通過(guò)側(cè)喂料裝置處均勻加入，擠出、冷卻、干燥、切粒，制備得到高剛性高強(qiáng)度 錦綸。
[0016] 優(yōu)選地，所述螺桿擠出機(jī)的擠出溫度為265~285 °C。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的一種高剛性高強(qiáng)度錦綸，按重量 份計(jì)，原料