CN103289374A - 玄武岩连续纤维增强尼龙材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玄武岩连续纤维增强尼龙材料及其制备方法，该材料主要由15~60wt.%的玄武岩连续纤维、36~85wt.%的尼龙树脂母粒和0.6~2.0wt.%的热稳定剂组成，还可根据实际需要添加0.2~2.0wt.%的硅烷偶联剂，其中玄武岩连续纤维的直径小于22μm，尼龙树脂母粒为尼龙6、尼龙1010、尼龙66和尼龙46中至少一种。该增强尼龙材料采用直径小于22μm玄武岩连续纤维和优选的尼龙树脂母粒制备，其材料强度高、韧性强，尤其是低温韧性优异，适于制备需高刚性及高冲击性能的制件，且工艺方法简便操作性能好，易于推广。

Description

玄武岩连续纤维增强尼龙材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纤维增强聚合物材料及其制备方法，尤其涉及一种玄武岩连续纤维增强尼龙材料及其制备方法，属于改性尼龙材料技术领域。

背景技术

玄武岩作为一种火山岩，它是在地球深处经过高温高压和漫长的历史演变而成的。玄武岩通过浇铸工艺制成瓦及板用于建筑市场已有多年历史，浇铸的玄武岩钢管内衬有很高的耐磨性，广泛应用于工业生产中，此外玄武岩在粉碎状态下还可以用作混凝土的集料。

采用天然耐火玄武岩挤出的连续纤维，在几乎所有的用途方面都可以用来替代石棉纤维。近十年来，玄武岩纤维已成为增强复合材料的竞争性材料，其与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)等高技术纤维相比，除了具有高技术纤维的高强度和高模量的特点外，还具有耐高温性佳、抗氧化好、抗辐射好、绝热隔音效果佳、过滤性好、抗压缩强度和剪切强度高、适应于各种环境下使用等优异性能，且性价比好，是一种纯天然的无机非金属材料，也是一种可以满足国民经济基础产业发展需求的新型基础材料和高技术纤维。

聚酰胺俗称尼龙（PA），是四大工程塑料之一，其具有高强度、高耐磨性、耐油、耐弱酸、自润滑、绝缘性及易加工等优良性能，广泛应用于汽车、机械、电动工具、交通、建筑等多个行业。尤其随着目前节能环保理念的深入人心，以塑代钢成为一个越发明显的趋势，特别是经过增强的尼龙材料，其耐磨性、比强度（即强度与密度之比）均有良好的表现，甚至优于普通的钢材。普通增强尼龙材料的优点是刚性高，不足之处是韧性不足，但要提高韧性又需牺牲刚性，短纤维增强尼龙产品虽该对韧性有所改善，但韧性仍不佳。而玄武岩纤维本身为褐色，只适宜制备深色产品，在部分程度上限制了它的应用。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种玄武岩连续纤维增强尼龙材料及其制备方法，该方法制备出增强尼龙材料强度高、韧性强，尤其是低温韧性优异，适于制备需高刚性及高冲击性能的制件。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种玄武岩连续纤维增强尼龙材料，主要由以下按总重量百分比计的各组分组成：

玄武岩连续纤维               15~60%

尼龙树脂母粒                 36~85%

热稳定剂                     0.6~2.0%；

其中玄武岩连续纤维的直径小于22μm，尼龙树脂母粒为尼龙6、尼龙1010、尼龙66和尼龙46中至少一种。

其进一步的技术方案为：

所述尼龙树脂母粒优选为尼龙6和尼龙66中的至少一种。

所述热稳定剂为二苯基对苯二胺、4-羟基十八烷酰替苯胺、亚磷酸三苯酯和亚磷酸辛二苯酯中的至少一种。

所述的玄武岩连续纤维增尼龙材料还包括硅烷偶联剂，该硅烷偶联剂的用量为玄武岩连续纤维增强尼龙材料的0.2~2.0%，上述百分比为重量百分比。所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中至少一种。

本发明还提供了一种玄武岩连续纤维增强尼龙材料的制备方法，该方法主要包括以下步骤：

（1）将预干燥过的使用量的尼龙树脂母粒和使用量的热稳定剂混合均匀后加入到双螺杆挤出机中，使混合物料充分熔融混合并通过浸渍模头；其中双螺杆挤出机的温度设定为240～380℃，浸渍模头的温度设定为280～380℃；

（2）通过辅助设备，将经预热的玄武岩连续纤维从浸渍模头牵引出，使熔融的尼龙树脂母粒及热稳定剂组成的混合物料与玄武岩连续纤维在浸渍模头充分接触并完成浸渍；

（3）将经浸渍的玄武岩连续纤维从浸渍模头中牵引出，依次进行水冷却和切粒后，得到粒子长度为5~15mm的玄武岩连续纤维增强尼龙材料。

本发明的有益技术效果是：该增强尼龙材料采用直径小于22μm玄武岩连续纤维和优选的尼龙树脂母粒制备，其材料强度高、韧性强，尤其是低温韧性优异，适于制备需高刚性及高冲击性能的制件，且工艺方法简便操作性能好，易于推广。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，下述实施例仅用于说明本发明，并不用于限制本发明。

实施例1

将84.4公斤经预干燥过的尼龙PA6 M2400、0.2公斤热稳定剂二苯基对苯二胺、0.4公斤热稳定剂4-羟基十八烷酰替苯胺混合，在双螺杆挤出机中熔融混合分散，双螺杆温度为240℃，浸渍模头温度为380℃，将15公斤玄武岩连续纤维CBF7-400经辅助设备预热后从浸渍模头拉出后，依次经水槽冷却、切粒，得到粒子长度为5~15mm的玄武岩连续纤维增强尼龙材料A。

实施例2

将68.5公斤经预干燥过的尼龙PA6 VOLGAMID25、0.5公斤热稳定剂二苯基对苯二胺、0.8公斤热稳定剂亚磷酸三苯酯、0.2公斤γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合，在双螺杆挤出机中熔融混合分散，双螺杆温度为260℃，浸渍模头温度为300℃；将30公斤玄武岩连续纤维CBF13-1200经辅助设备预热后从浸渍模头拉出后，依次经过水槽冷却、切粒，得到粒子长度为5~15mm的玄武岩连续纤维增强尼龙材料B。

实施例3

将48公斤经预干燥过的尼龙PA6 M2000、0.4公斤热稳定剂二苯基对苯二胺、1.0公斤热稳定剂亚磷酸辛二苯酯、0.6公斤γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合，在双螺杆挤出机中熔融混合分散，双螺杆温度为300℃，浸渍模头温度为340℃，将50公斤玄武岩连续纤维CBF9-800经辅助设备预热后从浸渍模头拉出后，依次经过水槽冷却、切粒，得到粒子长度为5~15mm的玄武岩连续纤维增强尼龙材料C。

实施例4

将36公斤经预干燥过的尼龙PA6 M2000、1.0公斤热稳定剂4-羟基十八烷酰替苯胺、1.0公斤热稳定剂亚磷酸辛二苯酯、2公斤γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合，在双螺杆挤出机中熔融混合分散，双螺杆温度为260℃，浸渍模头温度为300℃，将60公斤玄武岩连续纤维CBF7-400经辅助设备预热后从浸渍模头拉出后，依次经过水槽冷却、切粒，得到粒子长度为5~15mm的玄武岩连续纤维增强尼龙材料D。

实施例5

将68.5公斤经预干燥过的尼龙PA66 EPR24、0.5公斤热稳定剂二苯基对苯二胺、0.8公斤热稳定剂亚磷酸三苯酯、0.2公斤γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷混合，在双螺杆挤出机中熔融混合分散，双螺杆温度为260℃，浸渍模头温度为300℃，将30公斤玄武岩连续纤维CBF13-1200经辅助设备预热后从浸渍模头拉出后，依次经过水槽冷却、切粒，得到粒子长度为5~15mm的玄武岩连续纤维增强尼龙材料E。

实施例6

将48公斤经预干燥过的尼龙PA66 21SPC、0.4公斤热稳定剂二苯基对苯二胺、1.0公斤热稳定剂亚磷酸辛二苯酯、0.6公斤γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷混合，在双螺杆挤出机中熔融混合分散，双螺杆温度为380℃，浸渍模头温度为280℃，将50公斤玄武岩连续纤维CBF9-800经辅助设备预热后从浸渍模头拉出后，依次经过水槽冷却、切粒，得到粒子长度为5~15mm的玄武岩连续纤维增强尼龙材料F。

对比例1

将68.5公斤经预干燥过的尼龙PA6 VOLGAMID25、0.5公斤热稳定剂二苯基对苯二胺、0.8公斤热稳定剂亚磷酸三苯酯、0.2公斤γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合，在双螺杆挤出机中熔融混合分散，30公斤短切玄武岩纤维CBF15-12从侧喂口加入后从模头拉出，并依次经过水槽冷却、切粒，得到粒子长度为2～4mm的所需材料A1，双螺杆及模头温度设为260℃。

对比例2

将68.5公斤经预干燥过的尼龙PA66 EPR24、0.5公斤热稳定剂二苯基对苯二胺、0.8公斤热稳定剂亚磷酸三苯酯、0.2公斤γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷混合，在双螺杆挤出机中熔融混合分散，短切玄武岩纤维CBF15-12从侧喂口加入后从从模头拉出，并依次经过水槽冷却、切粒，得到粒子长度为2～4mm的所需材料B1，其中双螺杆及模头温度设为280℃。

上述各实施例和对比例所得产品的机械性能如表1所示，从各数据可知，本发明所述配方及玄武岩连续纤维的使用提高了增强尼龙材料的刚性和韧性，尤其是低温韧性得到了极大的提高。

表1  性能检测数据

其中NB指测试冲击强度时，样条没有断裂。

Claims (6)

1.一种玄武岩连续纤维增强尼龙材料，其特征在于：主要由以下按总重量百分比计的各组分组成：

玄武岩连续纤维               15~60%

尼龙树脂母粒                 36~85%

热稳定剂                     0.6~2.0%；

其中玄武岩连续纤维的直径小于22μm，尼龙树脂母粒为尼龙6、尼龙1010、尼龙66和尼龙46中至少一种。

2.根据权利要求1所述的玄武岩连续纤维增尼龙材料，其特征在于：所述尼龙树脂母粒为尼龙6和尼龙66中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的玄武岩连续纤维增尼龙材料，其特征在于：所述热稳定剂为二苯基对苯二胺、4-羟基十八烷酰替苯胺、亚磷酸三苯酯和亚磷酸辛二苯酯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的玄武岩连续纤维增尼龙材料，其特征在于：还包括硅烷偶联剂，该硅烷偶联剂的用量为玄武岩连续纤维增强尼龙材料的0.2~2.0%，上述百分比为重量百分比。

5.根据权利要求4所述的玄武岩连续纤维增强尼龙材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中至少一种。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的玄武岩连续纤维增强尼龙材料的制备方法，其特征在于：主要包括以下步骤：

（1）将预干燥过的使用量的尼龙树脂母粒和使用量的热稳定剂混合均匀后加入到双螺杆挤出机中，使混合物料充分熔融混合并通过浸渍模头；其中双螺杆挤出机的温度设定为240～380℃，浸渍模头的温度设定为280～380℃；

（2）通过辅助设备，将经预热的玄武岩连续纤维从浸渍模头牵引出，使熔融的尼龙树脂母粒及热稳定剂组成的混合物料与玄武岩连续纤维在浸渍模头充分接触并完成浸渍；

（3）将经浸渍的玄武岩连续纤维从浸渍模头中牵引出，依次进行水冷却和切粒后，得到粒子长度为5~15mm的玄武岩连续纤维增强尼龙材料。