CN103756304B - 碳化硅微粉改性尼龙6/66复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低成本、高性能碳化硅微粉改性尼龙6/66复合材料，属高分子材料领域。该复合材料通过如下各组分重量百分比原料制备而成:尼龙6/66:30%～90%、碳化硅微粉：3%～50%、偶联剂:0.03%～1%、主抗氧化剂：0.1%～2%、辅抗氧化剂：0.01%～2%、硅油：0.1%～2%及其它辅助添加剂余量。其制备方法为：先将碳化硅微粉与偶联剂溶液在高速混合机中高速混合，烘干。将尼龙6/66与硅油混匀，依次加入主抗氧化剂，辅抗氧化剂、碳化硅微粉及上述处理后的碳化硅微粉和其它辅助添加剂，混合均匀之后用双螺杆挤出机熔融挤出造粒。本发明所提供的碳化硅微粉增强尼龙6/66复合材料具有成本低、力学性能、热性能优异和尺寸稳定性好的特点，是一种高性能低成本的新型改性工程塑料。

Description

碳化硅微粉改性尼龙6/66复合材料

技术领域

本发明涉及一种尼龙复合材料，特别涉及一种碳化硅微粉增强尼龙材料，属高分子材料领域。

背景技术

尼龙6/66是用尼龙66和尼龙6进行共聚获得的高分子聚合物，具有优良的力学性能，加工温度比尼龙66低将近50℃，但是当尼龙6/66用于较高的力学性能、需要进一步提高其耐热性和尺寸稳定性，经碳化硅微粉改性后，其力学性能、耐热性能、尺寸稳定性等性能得到显著改善。由于碳化硅微粉是光伏行业中的废料，价格在每吨1500元左右，现在市场上基本上都是用于耐火砖的制作和磨料，附加值很低，但是这种碳化硅微粉化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小和热稳定性能好，除用作耐火砖的制作和磨料外，还有许多其他重要用途有待开发或正在开发。虽然碳化硅在尼龙工业中应用研究刚刚起步，但是研究人员已经发现了它在用于尼龙填料中表现出来一些独特作用。例如：可以提高尼龙类工程塑料的力学性能、耐热性能和尺寸稳定性等，当经过碳化硅微粉改性的尼龙用于汽车等工业中，碳化硅微粉优良的导热性能还可以将各种传动部件的热量尽快散去，这样可以延长部件的使用寿命以及减少器件的发热等，尼龙6/66每吨价格为3.5万元左右，如果在尼龙6/66碳化硅微粉复合材料中碳化硅的比例为20%，一吨复合材料碳化硅微粉的成本为3000元，一吨降低成本为4000元，同时还可以提高其力学性能、耐热性能和尺寸稳定性等，因此这种价格很低的碳化硅微粉无机填料填充改性尼龙的复合材料在汽车、机械、军工等领域将会有很好的应用。

如何降低成本和提高工程塑料某些方面的性能已成为绝大多数工程塑料改性企业最为关心的问题之一。工程塑料改性技术在不断的发展，其中共混改性一直占据最重要的位置。共混改性最大的优点在于能够大幅度的降低工程塑料成本，并且能够提高工程塑料的某些性能。

使用碳化硅微粉和尼龙类工程塑料进行共混改性获得的复合材料具有提高其力学性能，同时还可以提高耐热性能和尺寸稳定性等，因此对碳化硅微粉的研究和改性受到了高度重视。本发明所用碳化硅来自光伏产业切割废砂浆。随着大规模集成电路和光伏产业的快速发展，越来越多的切割废液被闲置。因此，对切割废砂浆的研究逐渐受到人们的重视。本发明所用的碳化硅含有少量Fe₂O₃和C_F杂质。然而，如何解决碳化硅微粉与尼龙类工程塑料树脂间的相容性是研究碳化硅微粉改性共聚尼龙6/66复合材料的关键问题。要使碳化硅微粉真正能改善尼龙类工程塑料的力学性能、耐热性和尺寸稳定性等性能，必须使其在尼龙类工程塑料中均匀分散，形成良好的界面相互作用。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种低成本、高性能碳化硅微粉改性共聚尼龙6/66复合材料。

为实现本发明目的，本发明以共聚尼龙6/66、偶联剂、碳化硅微粉、主/辅抗氧化剂、硅油和其它辅助添加助剂等组成原料配方制备而成。各组分配方的重量百分比为：

尼龙6/6630%～95%

碳化硅微粉3%～50%

偶联剂0.03%～1%

主抗氧化剂0.1%～2%

辅助抗氧化剂0.01%～2%

硅油0.1%～2%

其它辅助添加剂余量。

本发明所用的偶联剂为有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类、铝酸化合物中的一种或二种。

本发明所用的主抗氧化剂为THANOX1010（四［β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇)、THANOX1076（β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、THANOX168（亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯）中的一种或一种以上的组合。

本发明所用的辅抗氧化剂为碘化钾、亚磷酸、碘化亚铜的一种或一种以上的组合。

本发明所用的其他辅助添加剂为聚四氟乙烯粉、二硫化钼、石墨、炭黑中的一种或一种以上的组合。

优选如下组分：

尼龙6/6645%～80%

碳化硅微粉8%～25%

偶联剂0.05%～0.5%

主抗氧化剂0.5%～1%

辅助抗氧化剂0.1%～1%

硅油0.1%～1%

其它辅助添加剂余量

所述的碳化硅微粉为光伏产业生产过程中产生切割废液的回收品，其碳化硅

微粉质量百分含量为90%～97%，平均直径为0.1～50微米。

本发明还提供了高性能低成本碳化硅微粉改性共聚尼龙6/66的制备方法，具体步骤为：先将碳化硅微粉与偶联剂溶液在高速混合机中高速混合后烘干。尼龙6/66与硅油混匀，依次加入主抗氧化剂，辅抗氧化剂、上述处理后的碳化硅微粉及其他辅助添加剂，混合均匀之后用双螺杆挤出机熔融挤出造粒，挤出温度为：190℃～230℃、210℃～250℃、200℃～240℃、200℃～240℃、190℃～230℃、190℃～220℃。

本发明优点在于：由于所选用的碳化硅微粉是光伏产业废弃砂浆提取物，其粒径在微米到纳米级别，并采用偶联剂对其进行化学改性，改善其与树脂的相容性，克服了现有技术中碳化硅与聚合物树脂间的相容性问题。本发明制得的碳化硅微粉改性共聚尼龙6/66复合材料具有低成本、力学性能好、耐热性和尺寸稳定性也好的特点，可用于汽车、机械、军工等领域中零部件的制造等。

具体实施方式

为对本发明进行更好地说明，列举实例如下：

实施例1

将碳化硅含量为96.2%，平均粒径为26微米的碳化硅微粉5000克与75克KH550偶联剂和10000毫升蒸馏水在高速混合机中混合60分钟后再在烘箱中控温110℃烘干。将在烘箱中烘干的15000克尼龙6/66与硅油混匀，依次加入150克THANOX1010（四［β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇)，100克碘化钾，600克100目聚四氟乙烯粉及上述处理后的碳化硅微粉，在高速混合机中混合均匀之后在长径比为1:45的SJ-35双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出工艺如下表：

表1双螺杆挤出机工艺参数

所得共混物在90℃干燥18小时，然后用精密注塑机注射成哑铃型试样，利用万能制样机制成标准冲击试条。注射成型的工艺条件如下：

表2注塑机的工艺条件

所得复合材料测得其性能指标如下：

表3尼龙6/66及尼龙6/66/碳化硅复合材料性能

从上表可以看出，本实施例所制得的尼龙6/66/碳化硅复合材料在力学性能、热性能和尺寸稳定性等性能上均有所提高，同时成本有所下降。

实施例2

将碳化硅含量为93%，平均粒径为40微米的碳化硅微粉5000克与50克三异硬脂酸钛酸异丙酯偶联剂、25克KH550偶联剂和10000毫升蒸馏水在高速混合机中混合60分钟后再在烘箱中控温110℃烘干。将在烘箱中烘干的15000克尼龙6/66与硅油混匀，依次加入THANOX1076（β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯100克、THANOX168亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯50克，100克亚磷酸，600克100目二硫化钼及上述处理后的碳化硅微粉，在高速混合机中混合均匀之后在长径比为1:45的SJ-35双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出工艺如表1所示。

所得共混物在90℃干燥18小时，然后用精密注塑机注射成哑铃型试样，利用万能制样机制成标准冲击试条。注射成型的工艺条件如表2所示。

所得复合材料测得其性能指标如下：

表4尼龙6/66及尼龙6/66/碳化硅复合材料性能

从上表可以看出，本实施例所制得的尼龙6/66/碳化硅复合材料在力学性能、热性能和尺寸稳定性等性能上均有所提高，同时成本有所下降。

Claims (2)

1.碳化硅微粉改性尼龙6/66复合材料，其特征在于：该复合材料通过如下组分原料制备而成:各组分以重量百分比计，

尼龙6/6630%～95%

碳化硅微粉3%～50%

偶联剂0.03%～1%

主抗氧化剂0.1%～2%

辅助抗氧化剂0.01%～2%

硅油0.1%～2%

其它辅助添加剂余量；

所述的偶联剂为有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类和铝酸化合物中的一种或二种；

所述的主抗氧化剂为四［β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯中的一种或一种以上的组合；

所述的辅助抗氧化剂为碘化钾、亚磷酸、碘化亚铜的一种或一种以上的组合；

所述的其他辅助添加剂为聚四氟乙烯粉、二硫化钼、石墨、炭黑中的一种或一种以上的组合；

所述的碳化硅微粉为光伏产业生产过程中产生切割废液的回收品，其碳化硅微粉质量百分含量为90%～97%，平均直径为0.1～50微米。

2.如权利要求1所述碳化硅微粉改性尼龙6/66复合材料，其特征在于：优选如下组分：

尼龙6/6645%～80%

碳化硅微粉8%～25%

偶联剂0.05%～0.5%

主抗氧化剂0.5%～1%

辅助抗氧化剂0.1%～1%

硅油0.1%～1%

其它辅助添加剂余量。