CN102532870A - 一种碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子材料科学技术领域，公开了一种碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料及其制备方法。本发明的碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料包括以下组分和重量分数：38-81％己内酰胺，10-61％十二内酰胺，0.5-5％碳纳米管，0.2-2％催化剂要和0.3-2％活化剂。该复合材料是由以下方法制备得到的：把0.5-5wt％的碳纳米管、38-81wt％的己内酰胺置于烧瓶中，在温度80-100℃和氮气的保护下，进行超声分散1-2h；加入10-61wt％的十二内酰胺，110℃-130℃，转速500-1000rpm，搅拌1-2h，加入0.2-2wt％的催化剂，升温至130-150℃，真空100PA的条件下除水20-30min，加入0.3-2wt％的活化剂，浇铸到160℃烘箱中已预热20分钟的模具中，反应20-30min，开模，制得碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料。本发明的复合材料具有优异的综合性能。

Description

一种碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料科学技术领域，具体涉及一种碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纳米管(Cabon Nanotube，简称CNT)是1991年发现的一种新型碳结构，是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的罐体。碳纳米管分为单臂碳纳米管和多壁碳纳米管，其制备方法主要有催化热解、电弧放电、模板法和激光蒸发等。由于直径很小、长径比大，碳纳米管被视为准一维纳米材料。现在已经证实碳纳米管具有奇特的电学性能、超强的力学性能、良好的吸附性能，因而在材料领域引起了极大重视。

作为高聚物复合材料的增强和功能性材料的碳纳米管需要在基体中获得均匀分散。碳纳米管因为比表面积很大，极易团聚，很难分散，在基体中会形成应力集中物，不但起不到增强作用还会降低材料强度和其他性能。因此，碳纳米管经过适当的修饰和功能化处理，使其表面接枝多种官能团(羧基、羟基、胺基等)，修饰后的碳纳米管易于分散，并可在制备复合材料时参与高分子材料的聚合反应。目前各种经过表面修饰的碳纳米管技术已经成熟，并已经市场化。

尼龙12由于和尼龙6统属于酰胺类，互溶性好。在己内酰胺中添加十二内酰胺，可以在低于共聚物熔点的温度下进行聚合反应，得到共聚改性的MCPA6。与纯MCPA6相比，大分子排列规整度降低，十二内酰胺的引入阻碍了聚己内酰胺的结晶行为，降低了结晶度和熔融温度。因此可根据不同的应用场合调节其拉伸、弯曲、冲击等性能，拓宽了浇铸尼龙的应用范围[kehayoglou AH.Eur Polym J，1983，19：183-188][程小春等，应用化工，2005，34(5)：282-284]。但在一些应用领域中，尼龙6/尼龙12共聚物存在着强度低、耐磨性一般、导电性差等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纳米管填充共聚铸型尼龙的复合材料，以弥补共聚铸型尼龙6/12性能的不足，进一步拓宽铸型尼龙的应用领域。

本发明的另一个目的是提供一种上述碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种碳纳米管填充共聚铸型尼龙的复合材料，该复合材料包括以下组分和重量分数：

己内酰胺        38-81％，

十二内酰胺      10-61％，

碳纳米管        0.5-5％，

催化剂          0.2-2％，

活化剂          0.3-2％。

所述的碳纳米管为羟基多壁碳纳米管，羟基含量1～7wt％，管径为30-50nm，长度为5-20μm。

所述的催化剂选自氢氧化钠、甲醇钠或己内酰胺钠中的一种。

所述的活化剂选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)或三苯甲烷三异氰酸酯中的一种。

本发明还提供了一种上述碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

把0.5-5wt％的碳纳米管、38-81wt％的己内酰胺置于烧瓶中，在温度80-100℃和氮气的保护下，进行超声分散1-2h；加入10-61wt％的十二内酰胺，110℃-130℃，转速500-1000rpm，搅拌1-2h，加入0.2-2wt％的催化剂，升温至130-150℃，真空100PA的条件下除水20-30min，加入0.3-2wt％的活化剂，浇铸到160℃烘箱中已预热20分钟的模具中，反应20-30min，开模，制得碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料。

本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明制备的碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料与MCPA6铸型尼龙相比，具有韧性、耐磨性好，吸水率低，尺寸稳定性好，有导电性，可抗静电等优点。

2、本发明制备的碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料与共聚MCPA6/12尼龙相比，拉伸强度提高了10％-150％，冲击性能提高了10％-60％，导电性提高了2-6数量级，大大的拓宽了浇铸尼龙的应用领域。

具体实施方式

以下结合所示实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

把2wt％的羟基多壁碳纳米管，羟基含量1～7wt％，管径为30-50nm，长度为5-20μm、38wt％的己内酰胺置于烧瓶中，100℃在氮气的保护下进行超声分散1.5小时；加入59wt％的十二内酰胺，120℃，转速800rpm搅拌1小时；加入0.4wt％的己内酰胺钠，140℃，真空度为100PA的条件下除水20分钟；加入0.6wt％的甲苯二异氰酸酯，浇铸到在160℃烘箱中已预热20分钟的模具中，反应20分钟，开模，既得本发明所述的碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料。

实施例2

把5wt％的羟基多壁碳纳米管，羟基含量1～7wt％，管径为30-50nm，长度为5-20μm、81wt％的己内酰胺置于烧瓶中，100℃在氮气的保护下进行超声分散2小时；加入10wt％的十二内酰胺，110℃，转速1000rpm搅拌2小时；加入2wt％的己内酰胺钠，140℃，真空度为100PA的条件下除水20分钟；加入2wt％的三苯甲烷三异氰酸酯，浇铸到在160℃烘箱中已预热20分钟的模具中，反应20分钟，开模，既得本发明所述的碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料。

实施例3

把0.5wt％的羟基多壁碳纳米管，羟基含量1～7wt％，管径为30-50nm，长度为5-20μm、51wt％的己内酰胺置于烧瓶中，100℃在氮气的保护下进行超声分散1小时；加入48wt％的十二内酰胺，110℃，转速500rpm搅拌2小时；加入0.2wt％的氢氧化钠，140℃，真空度为100PA的条件下除水30分钟；加入0.3wt％的三苯甲烷三异氰酸酯，浇铸到在160℃烘箱中已预热20分钟的模具中，反应30分钟，开模，既得本发明所述的碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料。

实施例4

把1.5wt％的羟基多壁碳纳米管，羟基含量1～7wt％，管径为30-50nm，长度为5-20μm、61wt％的己内酰胺置于烧瓶中，100℃在氮气的保护下进行超声分散1小时；加入36wt％的十二内酰胺，130℃，转速700rpm搅拌1小时；加入0.5wt％的甲醇钠，140℃，真空度为100PA的条件下除水20分钟；加入1wt％的六亚甲基二异氰酸酯，浇铸到在160℃烘箱中已预热20分钟的模具中，反应20分钟，开模，既得本发明所述的碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料。

实施例5

把4wt％的羟基多壁碳纳米管，羟基含量1～7wt％，管径为30-50nm，长度为5-20μm、71wt％的己内酰胺置于烧瓶中，100℃在氮气的保护下进行超声分散2小时；加入23wt％的十二内酰胺，130℃，转速1000rpm搅拌1.5小时；加入1wt％的己内酰胺钠，140℃，真空度为100PA的条件下除水20分钟；加入1wt％的六亚甲基二异氰酸酯，浇铸到在160℃烘箱中已预热20分钟的模具中，反应20分钟，开模，既得本发明所述的碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料，其特征在于：该复合材料包括以下组分和重量分数，

己内酰胺        38-81％，

十二内酰胺      10-61％，

碳纳米管        0.5-5％，

催化剂          0.2-2％，

活化剂          0.3-2％。

2.根据权利要求1所述的碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料，其特征在于：所述的碳纳米管为羟基多壁碳纳米管，羟基含量1～7wt％，管径为30-50nm，长度为5-20μm。

3.根据权利要求1所述的碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料，其特征在于：所述的催化剂选自氢氧化钠、甲醇钠或己内酰胺钠中的一种。

4.根据权利要求1所述的碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料，其特征在于：所述的活化剂选自甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或三苯甲烷三异氰酸酯中的一种。

5.权利要求1至4任一所述的碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，

把0.5-5wt％的碳纳米管、38-81wt％的己内酰胺置于烧瓶中，在温度80-100℃和氮气的保护下，进行超声分散1-2h；加入10-61wt％的十二内酰胺，110℃-130℃，转速500-1000rpm，搅拌1-2h，加入0.2-2wt％的催化剂，升温至130-150℃，真空100PA的条件下除水20-30min，加入0.3-2wt％的活化剂，浇铸到160℃烘箱中已预热20分钟的模具中，反应20-30min，开模，制得碳纳米管填充共聚铸型尼龙复合材料。