CN103289385A

CN103289385A - 尼龙66/芳纶纤维的复合材料及其制备方法

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Publication number: CN103289385A
Application number: CN2012100482503A
Authority: CN
Inventors: 马永梅; 田文伟; 曹新宇; 柯毓才; 张文; 王佛松
Original assignee: Institute of Chemistry CAS
Current assignee: Institute of Chemistry CAS
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: CN103289385B

Abstract

本发明属于聚合物复合材料领域，特别涉及尼龙66/芳纶纤维的复合材料及其制备方法。本发明的复合材料是先将尼龙66、聚酚氧、抗氧剂在高混机中均匀混合；再将混合物加入到双螺杆挤出机内；同时将芳纶纤维从双螺杆挤出机的侧加料口加入进行熔融共混，最后将挤出物冷却、牵引、切粒，即得到尼龙66/芳纶纤维的复合材料。所述的复合材料中的各组分及含量在熔融共混之前为：69.5～97.5wt％的尼龙66，1～20wt％的芳纶纤维，1～10wt％的聚酚氧和0.5wt％的抗氧剂。本发明的特点是改善了尼龙66/芳纶纤维的相容性，使尼龙66和芳纶纤维的界面作用力增强，进而提高了复合材料的力学性能和热变形温度。

Description

尼龙66/芳纶纤维的复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于聚合物复合材料领域，特别涉及尼龙66/芳纶纤维的复合材料及其制备方法。

背景技术

尼龙66是产量最大，应用最广的工程塑料之一，具有耐磨，耐溶剂和使用温度广等优异性能，广泛的应用于汽车工业、仪器壳体及其它需要抗冲击和高强度要求的产品。但纯尼龙66又具有热变形温度低，同时也存在吸水率大，尺寸稳定性差等缺点。将尼龙66与芳纶纤维共混，结合两种聚合物的优点制备出的复合材料热变形温度高，热稳定性佳，抗化学腐蚀性好，又有比尼龙66更优异的尺寸稳定性，可以广泛应用于机械、汽车、石油、化工、国防、纺织、印染等行业的机件、结构件的生产。但是芳纶纤维熔点大于尼龙66的分解温度，两者热力学不相容，简单的共混将因芳纶纤维表面光滑、化学稳定性使得其界面作用比较差而导致较差的力学性能，所以要获得具有实用价值的尼龙66/芳纶纤维的复合材料，必须要对共混物进行增容改性。

另一方面，目前尼龙66/芳纶纤维的复合材料增容改性方面很少有报导，而且主要集中在对芳纶纤维表面改性方面，包括表面接枝、等离子体处理、辐射处理、超声处理等方面。这些芳纶纤维表面处理的方法在一定程度上破坏了芳纶纤维本体的强度，影响了芳纶纤维增强尼龙66的效果；而且这些表面处理的方法比较复杂，不易用于工业生产。在尼龙66/芳纶纤维的复合材料中，没有涉及用聚酚氧作增溶剂的报导。聚酚氧的加入，将明显改善尼龙66与芳纶纤维的相容性，提高尼龙66/芳纶纤维的复合材料的力学性能和热变形温度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相容性得到改善，拉伸强度好，热变形温度高的尼龙66/芳纶纤维的复合材料。

本发明的再一目的在于提供尼龙66/芳纶纤维的复合材料的制备方法。

本发明的尼龙66/芳纶纤维的复合材料是由熔融共混方法制备得到的，所述的复合材料中的各组分及含量在熔融共混之前为：

所述的芳纶纤维为芳纶1414纤维、芳纶1313纤维或它们的混合物。

所述的抗氧剂是重量比为1∶1的四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)酯的复合物。

本发明的尼龙66/芳纶纤维的复合材料的制备方法，是采用熔融共混的方法进行制备，该方法包括以下步骤：

1)将占复合材料总量69.5～97.5wt％(优选为79.5～92.5wt％)的尼龙66、1～10wt％(优选为2～5wt％)的聚酚氧和0.5wt％的抗氧剂用高混机均匀混合(一般混合的时间为3～5分钟)；

2)将步骤1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机内；

3)将占复合材料总量1～20wt％(优选为5～15wt％)的芳纶纤维从双螺杆挤出机的侧加料口加入，使之与步骤1)中得到的混合物在双螺杆挤出机中熔融共混，冷却、牵引、切粒，得到所述的尼龙66/芳纶纤维的复合材料。

由于尼龙66/芳纶纤维的热力学不相容，聚酚氧的加入有利于改善两者的相容性。聚酚氧的羟基通过与尼龙66和芳纶纤维中的端氨基和端羧基作用，使得尼龙66/芳纶纤维的界面结合力增强，其中聚酚氧起着桥梁的作用连接尼龙66/芳纶纤维，达到增容的效果，可以有效传递应力，提高了尼龙66/芳纶纤维的复合材料的力学性能。

本发明的优点是改善了尼龙66和芳纶纤维的相容性，结合尼龙66和芳纶纤维各自的优点，制备出了具有高强度、高热变形温度、尺寸稳定性好的尼龙66/芳纶纤维的复合材料。

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：

测试所用仪器及测试条件如下：

拉伸强度深圳新三思计量技术有限公司CMT5104型电子式万

能试验机GB/T1040-1992

弯曲强度深圳新三思计量技术有限公司CMT5104型电子式万

能试验机GB/T1041-1992

简支梁缺口冲击强度吉林省泰和试验机有限公司TCJ型机械式简支梁冲击

试验机GB/T1843-2008

热变形温度承德市金建检测仪器有限公司XRW-300热变形、维

卡软化点温度测定仪GB/T1634-2004

对比例1

1)将干燥好的占复合材料总量89.5wt％的尼龙66、0.5wt％的抗氧剂(B225，杭州海虹精细化工有限公司生产，其成份为四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯与亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)酯的重量比为1∶1的复合物)用高混机均匀混合3～5分钟，然后加入到双螺杆挤出机的料筒中；

2)将占复合材料总量10wt％的芳纶1414纤维从双螺杆挤出机的侧加料口加入与步骤1)得到的混合物熔融共混挤出造粒，双螺杆的转速为300转/分，挤出共混温度在260～285℃之间，制得尼龙66/芳纶纤维的复合材料。

将制得的尼龙66/芳纶纤维复合材料干燥后用注塑机注塑成标准样条，注塑温度：285℃。制备的尼龙66/芳纶纤维复合材料的力学性能测试结果为：悬臂梁缺口冲击强度为3.4KJ/m²，拉伸强度为84.3MPa，弯曲强度为104MPa。热变形温度为135℃。

实施例1

1)将占复合材料总量92.5wt％的干燥好的尼龙66，2wt％的聚酚氧与0.5wt％的抗氧剂(B225，杭州海虹精细化工有限公司生产，其成份为四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯与亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)酯的重量比为1∶1的复合物)用高混机均匀混合3～5分钟，并加入到双螺杆挤出机中；

2)将占复合材料总量5wt％的芳纶1414纤维从双螺杆挤出机的侧加料口加入与步骤1)的混合物熔融共混挤出造粒，双螺杆的转速为300转/分，挤出共混温度在260～285℃之间，制得尼龙66/芳纶纤维的复合材料。

将制得的尼龙66/芳纶纤维的复合材料干燥后用注塑机注塑成标准样条，注塑温度：285℃。制备的尼龙66/芳纶纤维的复合材料的力学性能测试结果为：悬臂梁缺口冲击强度为3.5KJ/m²，拉伸强度为85.6MPa，弯曲强度为107MPa。热变形温度为149℃。

实施例2

1)将干燥好的占复合材料总量79.5wt％的尼龙66，5wt％的聚酚氧与0.5wt％的抗氧剂(B225，杭州海虹精细化工有限公司生产，其成份为四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯与亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)酯的重量比为1∶1的复合物)用高混机均匀混合3～5分钟，并加入到双螺杆挤出机中；

2)将占复合材料总量15wt％的芳纶1414纤维从双螺杆挤出机的侧加料口加入与步骤1)的混合物熔融共混挤出造粒，双螺杆的转速为300转/分，挤出共混温度在260～285℃之间，制得尼龙66/芳纶纤维的复合材料。

将制得的尼龙66/芳纶纤维的复合材料干燥后用注塑机注塑成标准样条，注塑温度：285℃。制备的尼龙66/芳纶纤维的复合材料的力学性能测试结果为：悬臂梁缺口冲击强度为3.5KJ/m²，拉伸强度为92.3MPa，弯曲强度为115MPa。热变形温度为186℃。

实施例3

1)将干燥好的占复合材料总量84.5wt％的尼龙66，5wt％的聚酚氧与0.5wt％的抗氧剂(B225，杭州海虹精细化工有限公司生产，其成份为四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯与亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)酯的重量比为1∶1的复合物)用高混机均匀混合3～5分钟，并加入到双螺杆挤出机中；

2)将占复合材料总量10％的芳纶1414纤维从双螺杆挤出机的侧加料口加入与步骤1)的混合物熔融共混挤出造粒，双螺杆的转速为300转/分，挤出共混温度在260～285℃之间，制得尼龙66/芳纶纤维的复合材料。

将制得的尼龙66/芳纶纤维的复合材料干燥后用注塑机注塑成标准样条，注塑温度：285℃。制备的尼龙66/芳纶纤维的复合材料的力学性能测试结果为：悬臂梁缺口冲击强度为3.7KJ/m²，拉伸强度为87.1MPa，弯曲强度为111MPa。热变形温度为168℃。

实施例4

1)将干燥好的占复合材料总量69.5wt％的尼龙66，10wt％的聚酚氧与0.5wt％的抗氧剂(B225，杭州海虹精细化工有限公司生产，其成份为四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯与亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)酯的重量比为1∶1的复合物)用高混机均匀混合3～5分钟，并加入到双螺杆挤出机中；

2)将占复合材料总量20wt％的芳纶1414纤维从双螺杆挤出机的侧加料口加入与步骤1)的混合物熔融共混挤出造粒，双螺杆的转速为300转/分，挤出共混温度在260～285℃之间，制得尼龙66/芳纶纤维的复合材料。

将制得的尼龙66/芳纶纤维的复合材料干燥后用注塑机注塑成标准样条，注塑温度：285℃。制备的尼龙66/芳纶纤维的复合材料的力学性能测试结果为：悬臂梁缺口冲击强度为3.3KJ/m²，拉伸强度为98.1MPa，弯曲强度为119MPa。热变形温度为195℃。

实施例5

1)将干燥好的占复合材料总量97.5wt％的尼龙66，1wt％的聚酚氧与0.5wt％的抗氧剂(B225，杭州海虹精细化工有限公司生产，其成份为四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯与亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)酯的重量比为1∶1的复合物)用高混机均匀混合3～5分钟，并加入到双螺杆挤出机中；

2)将占复合材料总量1wt％的芳纶1414纤维从双螺杆挤出机的侧加料口加入与步骤1)的混合物熔融共混挤出造粒，双螺杆的转速为300转/分，挤出共混温度在260～285℃之间，制得尼龙66/芳纶纤维的复合材料。

实施例6

2)将占复合材料总量10wt％的芳纶1313纤维从双螺杆挤出机的侧加料口加入与步骤1)的混合物熔融共混挤出造粒，双螺杆的转速为300转/分，挤出共混温度在260～285℃之间，制得尼龙66/芳纶纤维的复合材料。

实施例7

2)将占复合材料总量10wt％的芳纶1414纤维和芳纶1313纤维的混合物(重量比为1∶1)从双螺杆挤出机的侧加料口加入与步骤1)的混合物熔融共混挤出造粒，双螺杆的转速为300转/分，挤出共混温度在260～285℃之间，制得尼龙66/芳纶纤维的复合材料。

Claims

1.一种尼龙66/芳纶纤维的复合材料，其是由熔融共混方法制备得到的，其特征是，所述的复合材料中的各组分及含量在熔融共混之前为：

尼龙66 69.5～97.5wt％；

芳纶纤维 1～20wt％；

聚酚氧 1～10wt％；

抗氧剂 0.5wt％。

2.根据权利要求1所述的尼龙66/芳纶纤维的复合材料，其特征是：所述的尼龙66的含量为79.5～92.5wt％。

3.根据权利要求1所述的尼龙66/芳纶纤维的复合材料，其特征是：所述的芳纶纤维的含量为5～15wt％。

4.根据权利要求1所述的尼龙66/芳纶纤维的复合材料，其特征是：所述的聚酚氧的含量为2～5wt％。

5.根据权利要求1或3所述的尼龙66/芳纶纤维的复合材料，其特征是：所述的芳纶纤维为芳纶1414纤维、芳纶1313纤维或它们的混合物。

6.根据权利要求1所述的尼龙66/芳纶纤维的复合材料，其特征是：所述的抗氧剂是重量比为1∶1的四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)酯的复合物。

7.一种根据权利要求1～6任意一项所述的尼龙66/芳纶纤维的复合材料的制备方法，其是采用熔融共混的方法进行制备，其特征是：

1)将占复合材料总量69.5～97.5wt％的尼龙66、1～10wt％的聚酚氧和0.5wt％的抗氧剂用高混机均匀混合；

2)将步骤1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机内；

3)将占复合材料总量1～20wt％的芳纶纤维从双螺杆挤出机的侧加料口加入，使之与步骤1)中得到的混合物在双螺杆挤出机中熔融共混，冷却、牵引、切粒，得到所述的尼龙66/芳纶纤维的复合材料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是：所述的芳纶纤维为芳纶1414纤维、芳纶1313纤维或它们的混合物。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是：所述的抗氧剂是重量比为1∶1的四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)酯的复合物。