刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土/尼龍6復(fù)合材料及其制備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 尼龍6,由于具有良好的拉伸性能、耐磨耐油及自潤滑性良好等優(yōu)勢，已成為世界 上使用量最多的工程塑料之一。然而在一些特定領(lǐng)域，如栗葉、軸承、齒輪類產(chǎn)品等，對材料 的力學(xué)性能提出了更高的要求，對此各國學(xué)者進(jìn)行了大量研究工作，其中纖維增強改性就 是其中最重要的一項內(nèi)容。
[0003] 常用于尼龍6增強體的纖維主要包括玻璃纖維、碳纖維、天然纖維及其他纖維。其 中玻璃纖維以其廉價的優(yōu)勢，占據(jù)了很大的市場份額，但由于受自身表面惰性、模量較低的 限制，需大劑量使用才能獲得高強度復(fù)合材料，這會對加工設(shè)備造成損傷。碳纖維雖然具有 高強度和高模量等優(yōu)點，但目前由于生產(chǎn)工藝受限，成本較高，極大地影響了其廣泛使用。 芳綸纖維由于其高模量和高比強度，工藝成熟，是被公認(rèn)的性能優(yōu)越的增強體材料。但AFs 單絲存在表面惰性且光滑，與樹脂的界面黏附性能不佳等缺陷，為此常使用化學(xué)方法對其 改性?；瘜W(xué)方法主要使用表面接枝、表面原位聚合、Na金屬化反應(yīng)、表面刻蝕等，通過引入 與基體相容性較好或者能與基體間反應(yīng)的基團(tuán)，增強兩者相容性。而且前三種方法反應(yīng)條 件苛刻，對設(shè)備要求高，而表面刻蝕法具有操作方便、流程簡單、實驗條件要求不高等優(yōu)勢 而受到廣泛關(guān)注與應(yīng)用。馬來酸酐刻蝕芳綸纖維的效果，以期達(dá)到提高芳綸纖維表面積和 改變表面基團(tuán)的目的，進(jìn)而增強芳綸纖維與尼龍6的界面結(jié)合作用。
[0004] 由于高嶺土表面惰性，在高填充時往往出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，影響復(fù)合材料的各方面性 能，為改善其與基體樹脂的界面黏結(jié)性能，常用到硅烷偶聯(lián)劑。本發(fā)明使用KH791硅烷偶聯(lián) 劑，其長鏈烷基可以基體樹脂形成物理交聯(lián)，末端兩個極性氨基可增強與尼龍等極性樹脂 的分子間相互作用。
[0005]最終獲得性能優(yōu)異的刻蝕芳綸纖維/偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料，可應(yīng)用 于對力學(xué)性能有較高要求的領(lǐng)域，具有廣泛的社會經(jīng)濟效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有改性芳綸纖維制備過程中存在的過程復(fù)雜、設(shè)備要求 苛刻等問題，提出一種刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土/尼龍6復(fù)合材料及其制備方法。該制 備方法成本低，操作簡單，所制得的復(fù)合材料力學(xué)性能好。
[0007] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料：將刻蝕芳綸纖維與偶聯(lián)改性高嶺 土 /尼龍6母料共混擠出注塑，即得刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料；復(fù)合材 料中刻蝕芳綸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 59^1% ;偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6母料中，偶聯(lián)改性高嶺土的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%。
[0008] 具體制備方法如下： 1) 量取720mL乙醇和80mL蒸餾水于1000mL燒杯中，加入2~8gKH791硅烷偶聯(lián)劑， 并攪拌10min，之后用加入400g高嶺土，并用增力電動攪拌器攪拌15min，抽濾，然后在 120°C下干燥2h，制得偶聯(lián)改性高嶺土； 2) 之后立即與在110°C下干燥8h的600g尼龍6共混擠出，制成偶聯(lián)改性高嶺土 / 尼龍6復(fù)合材料； 3) 將290-310g已粉碎的馬來酸酐加入1000mL燒杯中，然后放入集熱式恒溫加熱磁力 攪拌器，設(shè)定溫度為80~95°C。待馬來酸酐全部熔化，液面到達(dá)1000mL刻度線后，加入1~5 g芳綸纖維，刻蝕時間分別控制為1~4h; 4) 將刻蝕芳綸與偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料共混，其中刻蝕芳綸纖維的質(zhì)量分 數(shù)控制為〇. 5~1% ; 5) 把上述共混物在110°C烘干6-10h，而后擠出造粒；然后在1KTC烘干6-10h后，注 塑；即得刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土/尼龍6復(fù)合材料。
[0009] 用掃描電鏡表征刻蝕芳綸的表面形貌和刻蝕芳綸/尼龍6復(fù)合材料的斷面形貌， 測試刻蝕芳綸/尼龍6復(fù)合材料的力學(xué)性能，熱性能。
[0010] 本發(fā)明的有益效果在于： 本發(fā)明刻蝕芳綸纖維/偶聯(lián)改性高嶺土/尼龍6復(fù)合材料的制備方法簡便易行、環(huán)境 友好、原料易得。所得的刻蝕芳綸纖維/偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料力學(xué)性能良好， 在汽車、電器、電子和機械等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0011] 圖1是實施例1所得刻蝕芳綸纖維單絲的SEM圖譜； 圖2是實施例1所得高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料斷面SEM圖譜； 圖3是實施例3所得刻蝕芳綸纖維偶聯(lián)改性高嶺土共增強尼龍6復(fù)合材料斷面SEM圖 譜； 圖4是實施例2所得刻蝕芳綸纖維偶聯(lián)改性高嶺土共增強尼龍6復(fù)合材料斷面SEM圖 譜； 圖5是實施例1所得刻蝕芳綸纖維偶聯(lián)改性高嶺土共增強尼龍6復(fù)合材料斷面SEM圖 譜； 圖6馬來酸酐處理不同時間芳綸纖維的Cls分峰結(jié)果。
【具體實施方式】
[0012] 本發(fā)明用下列實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于下列實 施例。
[0013] 實施例1 一種刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟： 1)量取720mL乙醇和80mL蒸餾水于1000mL燒杯中，加入2gKH791硅烷偶聯(lián)劑，并攪 拌10min，之后用加入400g高嶺土，并用增力電動攪拌器攪拌15min，抽濾，然后在120°C 下干燥2h，之后立即與在110°C下干燥8h的600g尼龍6共混擠出，制成偶聯(lián)改性高嶺 土/尼龍6復(fù)合材料； 2) 將290g已粉碎的馬來酸酐加入lOOOmL燒杯中，然后放入集熱式恒溫加熱磁力攪拌 器，設(shè)定溫度為95°C;待馬來酸酐全部熔化，液面到達(dá)1000mL刻度線后，加入5g芳綸纖 維，刻蝕時間分別控制為3h; 3) 將刻蝕芳綸與偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料共混，其中刻蝕芳綸纖維的質(zhì)量分 數(shù)控制為1% ; 4) 把上述共混物在110°C烘干10h，而后擠出造粒；然后在110°C烘干8h后注塑； 對所制備的芳綸纖維單絲和刻蝕芳綸/尼龍6復(fù)合材料斷面進(jìn)行了SEM分析，圖譜如 圖1和圖2所示，由圖1可知刻蝕芳綸表面生成了類似鋼筋表面的螺旋狀紋路，表面粗糙程 度較高；由圖2可知在復(fù)合材料斷面處，芳綸表面有許多PA6樹脂顆粒粘附，此時纖維表面 已經(jīng)形成大量活性中心，界面黏結(jié)性能良好。
[0014] 實施例2 一種刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟： 1) 量取720mL乙醇和80mL蒸餾水于lOOOmL燒杯中，加入4gKH791硅烷偶聯(lián)劑，并攪 拌10min，之后用加入400g高嶺土，并用增力電動攪拌器攪拌15min，抽濾，然后在120°C 下干燥2h，之后立即與在110°C下干燥8h的600g尼龍6共混擠出，制成偶聯(lián)改性高嶺 土/尼龍6復(fù)合材料； 2) 稱取310g已粉碎的馬來酸酐加入lOOOmL燒杯中，然后放入集熱式恒溫加熱磁力攪 拌器，設(shè)定溫度為90°C;待馬來酸酐全部熔化，液面到達(dá)1000mL刻度線后，加入3g芳綸 纖維，刻蝕時間分別控制為2h; 3) 將刻蝕芳綸與偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料共混，其中刻蝕芳綸纖維的質(zhì)量分 數(shù)控制為〇. 5% ; 4) 把上述共混物在110°C烘干10h，而后擠出造粒；然后在110°C烘干10h后注塑，即 得刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土/尼龍6復(fù)合材料。
[0015] 實施例3 一種刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟： 1) 量取720mL乙醇和80mL蒸餾水于lOOOmL燒杯中，加入6gKH791硅烷偶聯(lián)劑，并攪 拌10min，之后用加入400g高嶺土，并用增力電動攪拌器攪拌15min，抽濾，然后在120°C 下干燥2h，之后立即與在110°C下干燥8h的600g尼龍6共混擠出，制成偶聯(lián)改性高嶺 土/尼龍6復(fù)合材料； 2) 稱取300g已粉碎的馬來酸酐加入lOOOmL燒杯中，然后放入集熱式恒溫加熱磁力攪 拌器，設(shè)定溫度為85°C;待馬來酸酐全部熔化，液面到達(dá)1000mL刻度線后，加入5g芳綸 纖維，刻蝕時間分別控制為1h; 3) 將刻蝕芳綸與偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料共混，其中刻蝕芳綸纖維的質(zhì)量分 數(shù)控制為1% ; 4) 把上述共混物在110°C烘干10h，而后擠出造粒；最后在110°C烘干6h后，注塑，即 得刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土/尼龍6復(fù)合材料。
[0016] 表1不同的處理時間對AFs表面元素的影響
表2刻蝕芳綸纖維偶聯(lián)改性高嶺土共增強尼龍6復(fù)合材料的力學(xué)性能
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修 飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料，其特征在于：將刻蝕芳綸纖維與 偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6母料共混擠出注塑，即得刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù) 合材料；復(fù)合材料中刻蝕芳綸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 5°Ρ1% ;偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6母料中，偶 聯(lián)改性高嶺土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料，其特征在 于：刻蝕芳綸纖維的制備方法為：稱取290-310g已粉碎的馬來酸酐加入1000mL燒杯中，然 后放入集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，設(shè)定溫度為80~95°C，待馬來酸酐全部熔化，液面到達(dá) 1000mL刻度線后，加入1~5g芳綸纖維，刻蝕時間控制為1~4h。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料，其特征在于： 偶聯(lián)改性高嶺土的制備方法為：量取720mL乙醇和80mL蒸餾水于1000mL燒杯中，加入 2~8gKH791硅烷偶聯(lián)劑，并攪拌10min;然后加入400g高嶺土，并用增力電動攪拌器攪 拌15min，抽濾，然后在120°C下干燥2h，制得偶聯(lián)改性高嶺土。4. 一種制備如權(quán)利要求1~3任一項所述的刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合 材料的方法，其特征在于：包括以下步驟： 1) 將尼龍6在110°C下干燥8h后，立即與偶聯(lián)改性高嶺土共混擠出，制得偶聯(lián)改性高 嶺土/尼龍6復(fù)合材料； 2) 將刻蝕芳綸纖維與步驟1)制得的偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料共混； 3) 將步驟2)的共混物在110°C烘干6-10h，而后擠出造粒；然后在110°C烘干6-10h 后，注塑，即得刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土 /尼龍6復(fù)合材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種刻蝕芳綸/偶聯(lián)改性高嶺土/尼龍6復(fù)合材料及其制備方法。以硅烷偶聯(lián)劑KH791改性高嶺土，控制KH791的量為高嶺土質(zhì)量的0.5~2%。之后與尼龍6按質(zhì)量40:60制成偶聯(lián)改性高嶺土/尼龍6復(fù)合材料。將刻蝕芳綸與偶聯(lián)改性高嶺土/尼龍6復(fù)合材料經(jīng)擠出、注塑制成刻蝕芳綸纖維/偶聯(lián)改性高嶺土/尼龍6復(fù)合材料，控制刻蝕芳綸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.5~1%。本發(fā)明的制備方法簡便易行、力學(xué)性能良好、環(huán)境友好、原料易得，所得刻蝕芳綸纖維/偶聯(lián)改性高嶺土/尼龍6復(fù)合材料的制備在汽車、電器、電子和機械等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C08K9/06, D06M13/203, C08L77/02, C08L77/10, C08K3/34, D06M101/36
【公開號】CN105348788
【申請?zhí)枴緾N201510880334
【發(fā)明人】鄭玉嬰, 王翔
【申請人】福州大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年12月5日