CN103102682B - 石墨烯增强增韧尼龙树脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯增强增韧尼龙树脂，由重量百分比为68-76％的尼龙66或尼龙6、20-25％磷氮结构协效尼龙阻燃剂、1-5％改性石墨烯、1-2％的其它助剂组成。其制备方法是，先对石墨烯进行表面预处理，石墨烯表面处理后在于各种助剂混合，按上述配比将各种原料在高速搅拌斗中混合均匀，从混料口中加入到温度设定为220℃～280℃、长径比(L/D)为32∶1-40∶1的双螺杆挤出机中，抽真空造粒即可。
Description
技术领域
本发明属于纳米型材技术领域，具体涉及一种石墨烯增强增韧尼龙树脂及其制备方法。
背景技术
尼龙树脂是最早开发的工程塑料，它具有坚韧、耐磨、耐溶剂、耐油、熔体黏度低、原料易于得到、可回收和性价比高等优点。在工程塑料、纤维等领域具有广泛的应用。石墨烯作为近年来发现的二维碳素晶体，具有突出和优异的导热性能、力学性能和电学性能，其纳米结构也十分独特，石墨烯具有较大的比表面积，少量的加入量就可以对聚合物基体性能产生显著的影响。然而石墨烯表面又呈惰性状态，与其他介质的界面相容性较差，且石墨烯层与层之间有较强的范德华力，相互间容易产生聚集，石墨烯增强聚合物复合材料性能的提高依赖于界面结合强度的提高，控制界面结合强度的最关键的因素是对石墨烯进行表面处理，增加石墨烯表面有效官能团，通过表面处理方法引入不同的官能团，从而有效提高石墨烯与尼龙的界面结合。
石墨烯在聚合物基体中形成纳米级分散，在改善聚合物的热性能、力学性能及电学性能等方面具有更大的潜力。石墨烯与树脂基体复合后可以使复合材料的热膨胀系数降低，热导率大大增加，添加适量的石墨烯可以使基体树脂的力学性能得到显著地提高，克服了一般无机填料使用量大，且不能兼顾刚性、耐热性、尺寸稳定性与韧性同时提高的缺点。石墨烯凭借其优异的导电性和极低的加入量，成为一种极具潜力的导电改性剂。因此，通过石墨烯改性聚合物制备纳米复合材料具有很好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提出一种石墨烯增强增韧尼龙树脂及其制备方法，针对上述技术状况，其满足其在配色、电性能和低成本等方面的要求。
为了达到上述设计目的，本发明采用的技术方案如下：
一种石墨烯增强增韧尼龙树脂，由重量百分比为68-76％的尼龙66或尼龙6、20-25％磷氮结构协效尼龙阻燃剂、1-5％改性石墨烯、1-2％的其它助剂组成。
优选地，所述石墨烯片层在十层以内。
优选地，所述磷氮结构的协效尼龙阻燃剂，由丙基次磷酸铝和氰尿酸三聚氰胺按质量比5∶2复合而成，丙基次磷酸铝的磷含量为18.2％，氰尿酸三聚氰胺的氮含量为13.6％。
优选地，所述其它助剂，主要是0.3-0.8％的润滑剂、0.1-0.3％十二烷基笨磺酸钠表面处理剂、0.2-0.5％的硅烷偶联剂KH560、0.4％的抗氧剂和热稳定剂。
优选地，所述的尼龙66或尼龙6的黏度范围在2.4-3.0之间。
一种根据上述石墨烯增强增韧尼龙树脂的制备方法，先对石墨烯进行表面预处理，石墨烯表面处理后在于各种助剂混合，按上述配比将各种原料在高速搅拌斗中混合均匀，从混料口中加入到温度设定为220℃～280℃、长径比(L/D)为32∶1-40∶1的双螺杆挤出机中，抽真空造粒即可。
优选地，所述石墨烯的表面预处理是石墨烯先以十二烷基苯磺酸钠跟石墨烯高速混合进行预处理，然后再以硅烷偶联剂KH560与石墨烯高速混合进行二次表面处理。
优选地，所述尼龙66或尼龙6在混合前，需在90～110℃的干燥料斗中干燥3-5小时。
本发明所述的石墨烯增强增韧尼龙树脂及其制备方法的有益效果是：利用表面活性剂和偶联剂同时对石墨烯进行复合改性，表面活性剂进行表面改性的目的是为了在共混改性前防止石墨烯的聚集，用硅烷偶联剂进行改性的目的不仅为了防止在加工过程中石墨烯的聚集而且也可以提高石墨烯和尼龙的界面结合，提高石墨烯在尼龙树脂集体中的均匀分散。另外采用一种特殊的低成本的磷氮型膨胀阻燃剂，通过与增韧剂和其它助剂的调整，制备出能运用在各种配色条件的石墨烯纳米改性强尼龙复合材料，满足其在配色、电性能和低成本等方面的要求。
具体实施方式
下面对本发明的最佳实施方案作进一步的详细的描述。
本发明所述的石墨烯增强增韧尼龙树脂，由包括尼龙66(PA66)或尼龙6(PA6)、磷氮结构协效尼龙阻燃剂(DS-1)、改性石墨烯、的其它助剂组成。其具体实施如下：
实施例1-4(单位：％)
尼龙6在90-110℃的干燥料斗中干燥3～4小时，将配方量的尼龙6(PA6)、磷氮型尼龙阻燃剂(DS-1)、各种助剂在高速搅拌斗中按要求混合均匀后，从混料口中加入到温度设定为225-275℃，长径比(L/D)为32∶1-40∶1、螺杆组合按工艺规定的双螺杆挤出机中，抽真空造粒制成石墨烯纳米改性增强尼龙6树脂。取样料在90-110℃中干燥3-4小时后注塑成标准样条，进行性能测试，性能见表二。
表二实施例1-4的性能测试结果
实施例5-8(单位：％)
尼龙66在90-110℃的干燥料斗中干燥3-4小时，将配方量的尼龙6(PA6)、磷氮协效型型尼龙阻燃剂(DS-1)、改性石墨烯、各种助剂在高速搅拌斗中按要求混合均匀后，从混料口中加入到温度设定为230-280℃，长径比(L/D)为32∶1-40∶1、螺杆组合按工艺规定的双螺杆挤出机中，抽真空造粒制成无卤玻纤增强尼龙66树脂。取样料在90-110℃中干燥3-4小时后注塑成标准样条，进行性能测试，性能见表四。
表四实施例5-8的性能测试结果
上述实施例1～8的尼龙66(PA66)或尼龙6(PA6)分之量大小和分布的不同，黏度差别比较大，黏度范围在2.2-4.5之间的都有，考虑到做强度、流动性和成本的综合因素，主要采用黏度范围在2.4-3.0之间的尼龙。尼龙66或尼龙6(PA6)易于吸水，在使用前要在90-110℃的干燥料斗中干燥3-4小时。
上述实施例1～8的石墨烯片层在十层以内，所述石墨烯的表面预处理是石墨烯先以十二烷基苯磺酸钠跟石墨烯高速混合进行预处理，然后再以硅烷偶联剂KH560与石墨烯高速混合进行二次表面处理
上述实施例1～8的磷氮结构的协效尼龙阻燃剂(DS-1)，是一种基于烷基次磷酸铝的新型磷氮阻燃剂，由丙基次磷酸铝和氰尿酸三聚氰胺按质量比5∶2复合而成，磷、氮含量分别为18.2％和13.6％，阻燃剂为白色粉末，这样能保证做出料可以配各种颜色；分解温度≥350℃，适合尼龙高温加工的要求。
上述实施例1～8的0.5-1.5％的其它助剂，主要是0.3-0.8％的润滑剂、0.1-0.3％十二烷基笨磺酸钠表面处理剂、0.2-0.5％的硅烷偶联剂KH560、0.4％左右的抗氧剂和热稳定剂。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，便于该技术领域的技术人员能理解和应用本发明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下还可以做出若干简单推演或替换，而不必经过创造性的劳动。因此，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的简单改进都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种石墨烯增强增韧尼龙树脂，其特征在于：由重量百分比为68-76％的尼龙66或尼龙6、20-25％磷氮结构协效尼龙阻燃剂、1-5％改性石墨烯、1-2％的其它助剂组成；所述磷氮结构的协效尼龙阻燃剂，由丙基次磷酸铝和氰尿酸三聚氰胺按质量比5∶2复合而成，丙基次磷酸铝的磷含量为18.2％，氰尿酸三聚氰胺的氮含量为13.6％；所述改性石墨烯的改性方式为：石墨烯先与十二烷基苯磺酸钠跟石墨烯高速混合进行预处理，然后再与硅烷偶联剂KH560与石墨烯高速混合进行二次表面处理。
2.根据权利要求1所述的石墨烯增强增韧尼龙树脂，其特征在于：所述石墨烯片层在十层以内。
3.根据权利要求1所述的石墨烯增强增韧尼龙树脂，其特征在于：所述其它助剂为0.3-0.8％的润滑剂、0.1-0.3％十二烷基苯磺酸钠表面处理剂、0.2-0.5％的硅烷偶联剂KH560、0.4％的抗氧剂和热稳定剂。
4.根据权利要求1所述的石墨烯增强增韧尼龙树脂，其特征在于：所述的尼龙66或尼龙6的黏度范围在2.4-3.0之间。
5.一种根据上述任一权利要求所述的石墨烯增强增韧尼龙树脂的制备方法，其特征在于：先对石墨烯进行表面改性，之后按上述配比将各种原料在高速搅拌斗中混合均匀，从混料口中加入到温度设定为220℃～280℃、长径比(L/D)为32∶1-40∶1的双螺杆挤出机中，抽真空造粒即可。
6.根据权利要求5所述的石墨烯增强增韧尼龙树脂的制备方法，其特征在于：所述尼龙66或尼龙6在混合前，需在90～110℃的干燥料斗中干燥3-5小时。
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