CN101831172A

CN101831172A - 碳纤维增强尼龙66复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101831172A
Application number: CN201010171245A
Authority: CN
Inventors: 侯筱华
Original assignee: ZHONGSHAN DIANSHI PLASTIC CEMENT CO Ltd
Current assignee: ZHONGSHAN DIANSHI PLASTIC CEMENT CO Ltd
Priority date: 2010-05-13
Filing date: 2010-05-13
Publication date: 2010-09-15

Abstract

本发明涉及高分子材料领域。本发明提供了一种碳纤维增强尼龙66复合材料，所述复合材料包含尼龙66、碳纤维、热稳定剂、光稳定剂、纳米粘土，其中碳纤维的含量为13％～40％。该复合材料力学性能好，摩擦系数和磨损率低。本发明还提供了一种碳纤维增强尼龙66复合材料的制备方法，其包括如下步骤：1)称取原料备用，按重量百分比计，包含下述组分，尼龙66为58～85％，碳纤维为13％～40％，光稳定剂为0.2％，热稳定剂为0.2％，纳米粘土为0～4％；2)将上述原料连续加入到双螺杆挤出机中混合挤出；3)将步骤2)获得的物质经过拉条、冷却、干燥、切粒处理。本发明的制备方法简单易行。

Description

碳纤维增强尼龙66复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其是一种碳纤维增强尼龙66复合材料及其制备方法。

背景技术

尼龙66的酰胺基团之间存在牢固的氢键，在聚酰胺材料中有较高的熔点，在较高温度也能保持较强的强度和刚度，其广泛应用于汽车工业、仪器壳体以及其它需要有抗冲击性和高强度要求的产品。但是，纯尼龙66又具有热变形温度较低、吸水性大、耐水性差、干态和低温耐冲击性能差等缺点，使其综合性能有所下降。

尼龙66复合材料越来越多的应用在工业产品中，同时对尼龙66复合材料的耐磨性能及其他物理性能的综合性要求日益提高。目前市场上常用于尼龙66的增强剂就是玻纤，玻纤增强尼龙66制品，虽然大幅度提高尼龙66的强度和热变形温度，降低吸水率和成型收缩率，但制品摩擦系数高，耐磨性差，市场上迫切需要力学综合性能好，同时摩擦系数和磨损率低的产品。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种碳纤维增强尼龙66复合材料及其制备方法，该复合材料力学性能好，摩擦系数和磨损率低。

本发明的技术方案如下：一种碳纤维增强尼龙66复合材料，其特征在于：所述复合材料包含尼龙66、碳纤维、热稳定剂、光稳定剂、纳米粘土，其中碳纤维的含量为13％～40％。

按重量百分比计，所述尼龙66为58～85％，碳纤维为30％～40％，光稳定剂为0.2％，热稳定剂为0.2％，纳米粘土为0～4％。

上述所述碳纤维的含量为40％。

上述所述碳纤维是硅烷基偶联剂处理的碳纤维。进一步提高产品的拉伸强度。

本发明还提供了一种碳纤维增强尼龙66复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

1)称取原料备用，按重量百分比计，包含下述组分，尼龙66为58～85％，碳纤维为13％～40％，光稳定剂为0.2％，热稳定剂为0.2％，纳米粘土为0～4％；

2)将上述原料连续加入到双螺杆挤出机中混合挤出；

3)将步骤2)获得的物质经过拉条、冷却、干燥、切粒处理。

所述步骤1)中碳纤维经过表面预处理。

所述表面预处理是指硅烷基偶联剂处理。

所述步骤2)中双螺杆挤出机从加料口到机头各段的温度范围为：1段240-245℃；2段245-255℃；3段245-255℃；4段255-265℃；5段255-265℃；6段265-275℃；7段265-275℃；8段265-275℃；9段265-275℃。

本发明制得的复合材料力学性能好，摩擦系数和磨损率低，并且本发明的制备方法简单易行。

附图说明

图1是本发明碳纤维增强尼龙复合材料制备工艺流程图。

图2是本发明碳纤维增强尼龙复合材料的拉伸强度随纤维含量的增长变化线和玻纤增强尼龙复合材料的拉伸强度随纤维含量的增长变化线对比图。

图3是本发明碳纤维增强尼龙复合材料的硬度随碳纤维含量变化曲线图。

图4是本发明碳纤维增强尼龙复合材料在不同碳纤维比例的摩擦系数和磨损率以及和普通玻纤增强尼龙复合材料在不同玻纤纤维比例的摩擦系数和磨损率实验结果对比图。

具体实施方式

以下各实施例中，尼龙66采用的是神马公司生产的尼龙66EPR27自磨粉末，平均粒径140微米，1.14g/cm3；碳纤维采用东丽公司生产的产品，碳纤维密度为1.75g/cm3，拉伸长度2.2Gpa，延伸率0.5-1.1，分解温度大于3000度；光稳定剂采用南京立明公司生产的光稳定剂770，热稳定剂采用布吕格曼公司生产的热稳定剂H3336，纳米粘土采用浙江丰虹的产品，硅烷基偶联剂处理的碳纤维采用美国道康宁生产的产品。

实施例1

如图一所示是制备碳纤维增强尼龙66复合材料的工艺流程图。

1)按碳纤维比例为13％称取原料，82.6kg尼龙66、0.2kg光稳定剂、0.2kg热稳定剂、4kg纳米粘土、13kg碳纤维。

2)将尼龙66、光稳定剂、热稳定剂、纳米粘土搅拌混合均匀；

3)将上述混合后的物质从进料口加入双螺杆挤出机，将碳纤维从侧料口加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机从加料口到机头各段的温度范围：1段240-245℃；2段245-255℃；3段245-255℃；4段255-265℃；5段255-265℃；6段265-275℃；7段265-275℃；8段265-275℃；9段265-275℃。

4)将步骤3)获得的物质经过拉条、冷却、、干燥、切粒处理。

5)将粒料用注塑机制成标准试样。

实施例2

1)按碳纤维比例为20％称取原料，75.6kg尼龙66、0.2kg光稳定剂、0.2kg热稳定剂、4kg纳米粘土、20kg碳纤维。

2)将尼龙66、光稳定剂、热稳定剂、纳米粘土搅拌混合均匀；

4)将步骤3)获得的物质经过拉条、冷却、、干燥、切粒处理。

5)将粒料用注塑机制成标准试样。

实施例3

1)按碳纤维比例为30％称取原料，65.6kg尼龙66、0.2kg光稳定剂、0.2kg热稳定剂、4kg纳米粘土、30kg碳纤维；

2)将尼龙66、光稳定剂、热稳定剂、纳米粘土搅拌混合均匀；

4)将步骤3)获得的物质经过拉条、冷却、干燥、切粒处理。

5)将粒料用注塑机制成标准试样。

实施例4

1)按碳纤维比例为40％称取原料，59.6kg尼龙66、0.2kg光稳定剂、0.2kg热稳定剂、40kg碳纤维；

2)将尼龙66、光稳定剂、热稳定剂搅拌混合均匀；

4)将步骤3)获得的物质经过拉条、冷却、、干燥、切粒处理。

5)将粒料用注塑机制成标准试样。

对比例(碳纤维比例为50％)

1)称取原料，49.6kg尼龙66、0.2kg光稳定剂、0.2kg热稳定剂、50kg碳纤维。

2)将尼龙66、光稳定剂、热稳定剂搅拌混合均匀；

4)将步骤3)获得的物质经过拉条、冷却、干燥、切粒处理。

5)将粒料用注塑机制成标准试样。

对比例(采用玻纤增强的尼龙66复合材料)

用相等份量的玻纤代替碳纤维，工艺过程同上。

性能测试及结果

1)拉伸强度按照GB/T1040-2006测定。

图2中A是拉伸强度随碳纤维含量变化实验曲线，B是拉伸强度随玻纤含量变化实验曲线。可以看出在碳纤维含量小于40％时，碳纤维增强尼龙66复合材料的拉伸强度与碳纤维含量成正比增长，幅度提高明显，13％时拉伸强度为150Mpa，40％时达到最大的拉伸强度280Mpa，它是未填充碳纤维的拉伸强度的三倍，但是随着碳纤维含量的进一步提高，拉伸强度有所下降，是由于连续相由有机相到无机相过渡导致。由图中可以看出碳纤维增强的拉伸强度远优于普通玻纤的拉伸强度。

2)洛氏硬度按照GB 9342-88测定。

图3是碳纤维增强尼龙材料的洛氏硬度实验曲线结果可以看出，其硬度随碳纤维含量的增加而逐渐增大，13％时为100，40％时为150。

3)摩擦性能在MM-200磨损试验机上按GB3960-83测定。尼龙试样对摩的是AISI1045碳钢环。

图4中，A表示普通玻纤增强尼龙材料在不同玻纤比例的摩擦系数和磨损率变化曲线，B表示碳纤维增强尼龙材料在不同碳纤维比例的摩擦系数和磨损率变化曲线。

图中曲线变化显示：随着纤维含量增加，两种纤维尼龙复合材料的摩擦系数均呈下降趋势，但是两者相比较，碳纤维的磨损率远优于普通玻纤含量，碳纤维含量为13％时，摩擦系数为0.23左右，当碳纤维含量达到40％时，摩擦系数基本稳定在0.21左右。尼龙复合材料的磨损率也是随纤维的含量增加而降低。当碳纤量大于50％时，磨损率出现拐点上升。

碳纤维可以采用硅烷基偶联剂处理的碳纤维或氧化处理的碳纤维，提高产品的拉伸强度。

结论

碳纤维增强尼龙66复合材料与玻纤增强尼龙66复合材料相比，提高了尼龙复合材料的拉伸强度和表面硬度，降低了与碳钢的摩擦系数和磨损率，具有较广的应用前景。

Claims

1.一种碳纤维增强尼龙66复合材料，其特征在于：所述复合材料包含尼龙66、碳纤维、热稳定剂、光稳定剂、纳米粘土，其中碳纤维的含量为13％～40％。

2.根据权利要求1所述的碳纤维增强尼龙66复合材料，其特征在于，所述复合材料按重量百分比计，尼龙66为58～85％，碳纤维为30％～40％，光稳定剂为0.2％，热稳定剂为0.2％，纳米粘土为0～4％。

3.根据权利要求2所述的碳纤维增强尼龙66复合材料，其特征在于：所述碳纤维的含量为40％。

4.根据权利要求1至3任一所述的碳纤维增强尼龙66复合材料，其特征在于：所述碳纤维是硅烷基偶联剂处理的碳纤维。

5.一种如权利要求1所述的碳纤维增强尼龙66复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)称取原料备用，按重量百分比计，尼龙66为58～85％，碳纤维为13％～40％，光稳定剂为0.2％，热稳定剂为0.2％，纳米粘土为0～4％；

2)将上述原料连续加入到双螺杆挤出机中混合挤出；

3)将步骤2)获得的物质经过拉条、冷却、干燥、切粒处理。

6.根据权利要求5所述的碳纤维增强尼龙66复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中碳纤维经过表面预处理。

7.根据权利要求6所述的碳纤维增强尼龙66复合材料的制备方法，其特征在于：所述表面预处理是用硅烷基偶联剂处理。

8.根据权利要求5至7任一所述碳纤维增强尼龙66复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中双螺杆挤出机从加料口到机头各段的温度范围为：1段240-245℃；2段245-255℃；3段245-255℃；4段255-265℃；5段255-265℃；6段265-275℃；7段265-275℃；8段265-275℃；9段265-275℃。