CN104086988A - 一种高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料及其制备方法,该复合材料由聚酰胺树脂100份、碳纤维球5~50份、抗氧剂0.5~3份以及润滑剂0.5~5份组成。本发明属于工程塑料改性领域,以可回收碳纤维球改性聚酰胺材料,在保持原有性能的基础上大幅提高材料的韧性和耐磨性,同时降低材料的线膨胀系数。所制备复合材料具有高冲击、低膨胀和耐磨等特性,制备工艺简单,适于大规模工业化生产。

Description

一种高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料及其制备方法
技术领域
本发明提供了一种高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料及其制备方法,属于工程塑料改性领域。
背景技术
    聚酰胺材料以优异的机械强度、耐腐蚀和良好的绝缘性等特点广泛应用于电子电器、汽车及通讯领域。随着精密部件领域使用范围的扩大,产品对于聚酰胺材料的韧性和线膨胀性等方面提出了更高的要求。传统改性方法通过添加低分子量增韧剂来提高材料的韧性,存在改善幅度小、影响其他性能等缺陷,且加工过程中易导致材料稳定性的波动。
   
发明内容
    本发明提供了一种高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料及其制备方法,属于工程塑料改性领域,所制备的复合材料具有高抗冲、低线膨胀系数和耐磨性等特点,可广泛用于电子电器及通讯领域的精密零部件,此外制备工艺简单,适于大规模工业化生产。
所述的一种高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料,由以下组份按重量份制备而成:
聚酰胺树脂   100份
碳纤维球  5~50份
抗氧剂    0.5~3份
润滑剂    0.5~5份
所述的聚酰胺树脂优选为尼龙6和尼龙66。
所述的碳纤维球粒径为5~20μm,纤维长度为50~150μm。
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺和亚磷酸酯抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
所述的润滑剂为次乙基双硬脂酰胺、乙烯-丙烯酸共聚物或季戊四醇硬脂酸酯。
所述的一种高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料及其制备方法,包括以下步骤:
(1)按以下比例配备原料:聚酰胺树脂100份,碳纤维球5~50份,抗氧剂0.5~3份,润滑剂0.5~5份;
(2)将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散10~30min;
(3)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后,制得碳纤维球改性高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料。
本发明提供了一种高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料及其制备方法,以聚酰胺树脂为基体,回收碳纤维制备的碳纤维球为改性填料,所制备的复合材料具有高抗冲、低线膨胀系数和耐磨性等特点,可广泛用于电子电器及通讯领域的精密零部件,此外制备工艺简单,适于大规模工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明内容进行进一步的说明,但所述实施例并非是对本发明实质精神的简单限定,任何基于本发明实质精神所作出的简单变化或等同替换均应属于本发明所要求保护的范围之内。
制备的样品在23℃、50%湿度环境下调节后,分别采用ASTM D256、ASTM D696和ASTM D1242检测复合材料冲击强度、线膨胀系数和耐磨性。
本发明的具体实施例如下:
实例1
(1)按以下比例配备原料:
尼龙6树脂100份,
碳纤维球5份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.2份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0. 3份,
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.5份。
(2)将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散10min;
(3)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后,制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料性能见表一。
 
实例2
(1)按以下比例配备原料:
尼龙6树脂100份,
碳纤维球15份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.5份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1份,
润滑剂次乙基双硬脂酰胺2份。
(2)将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散15min;
(3)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后,制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料性能见表一。
 
实例3
(1)按以下比例配备原料:
尼龙6树脂100份,
碳纤维球25份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.6份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1.2份,
润滑剂乙烯-丙烯酸共聚物3份。
(2)将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散20min;
(3)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后,制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料性能见表一。
 
实例4
(1)按以下比例配备原料:
尼龙6树脂100份,
碳纤维球35份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.8份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1.5份,
润滑剂乙烯-丙烯酸共聚物3份。
(2)将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散25min;
(3)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后,制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料性能见表一。
 
实例5
(1)按以下比例配备原料:
尼龙6树脂100份,
碳纤维球50份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺1份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯2份,
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯5份。
(2)将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散30min;
(3)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后,制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料性能见表一。
 
实例6
(1)按以下比例配备原料:
尼龙66树脂100份,
碳纤维球5份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.2份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0. 3份,
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.5份。
(2)将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散10min;
(3)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后,制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料性能见表一。
 
实例7
(1)按以下比例配备原料:
尼龙66树脂100份,
碳纤维球15份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.5份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1份,
润滑剂次乙基双硬脂酰胺2份。
(2)将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散15min;
(3)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后,制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料性能见表一。
 
实例8
(1)按以下比例配备原料:
尼龙66树脂100份,
碳纤维球25份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.6份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1.2份,
润滑剂乙烯-丙烯酸共聚物3份。
(2)将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散20min;
(3)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后,制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料性能见表一。
 
实例9
(1)按以下比例配备原料:
尼龙66树脂100份,
碳纤维球35份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.8份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1.5份,
润滑剂乙烯-丙烯酸共聚物3份。
(2)将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散25min;
(3)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后,制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料性能见表一。
 
实例10
(1)按以下比例配备原料:
尼龙66树脂100份,
碳纤维球50份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺1份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯2份,
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯5份。
(2)将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散30min;
(3)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后,制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料性能见表一。
对照实例1
(1)按以下比例配备原料:
尼龙6树脂100份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺1份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯2份,
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯5份。
(2)将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散30min;
(3)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后,制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的尼龙6材料性能见表一。
 
对照实例2
(1)按以下比例配备原料:
尼龙66树脂100份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺1份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯2份,
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯5份。
(2)将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散30min;
(3)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后,制得碳纤维球改性复合材料。
    所制得的尼龙66材料性能见表一。
表一:
性能 缺口冲击强度(kJ/m2 线膨胀系数(cm/cm/℃) 泰伯磨耗(mg/1000次)
实例1 45 9×10-6 5.8
实例2 52 8×10-6 5.5
实例3 58 6×10-6 4.8
实例4 62 5×10-6 4.3
实例5 65 3×10-6 4.0
实例6 50 8×10-6 3.7
实例7 58 6×10-6 3.1
实例8 63 4×10-6 2.6
实例9 71 3×10-6 2.4
实例10 80 2×10-6 2.0
对照实例1 35 8×10-5 6.0
对照实例2 45 9×10-5 4.0
通过本方法制备的高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料,冲击性能和耐磨性得到提高,同时降低了线膨胀系数。通过表1中数据可知,根据本专利制备的碳纤维球改性尼龙6树脂,冲击强度最高为65kJ/m2,较改性前(对比实例1)相比提高至186%,线膨胀系数减小至3×10-6,是改性前的约4%,泰伯磨耗降低至4.0,是改性前的67%;通过表1中数据可知,根据本专利制备的碳纤维球改性尼龙66树脂,冲击强度最高为80kJ/m2,较改性前(对比实例2)相比提高至178%,线膨胀系数减小至2×10-6,是改性前的约2%,泰伯磨耗降低至2.0,是改性前的50%。此外本发明可以所制备复合材料性能优越,操作工艺简单,适于工业化生产。
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 (6)

1.一种高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料,其特征在于:由以下组份按重量份制备而成:
聚酰胺树脂   100份
碳纤维球  5~50份
抗氧剂    0.5~3份
润滑剂    0.5~5份。
2.根据权利要求1所述的一种高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料,其特征在于:所述的聚酰胺树脂为尼龙6或尼龙66。
3.根据权利要求1所述的一种高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料,其特征在于:所述的碳纤维球粒径为5~20μm,纤维长度为50~150μm。
4.根据权利要求1所述的一种高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料,其特征在于:所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺和亚磷酸酯抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
5.根据权利要求1所述的一种高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料,其特征在于:所述的润滑剂为次乙基双硬脂酰胺、乙烯-丙烯酸共聚物或季戊四醇硬脂酸酯。
6.权利要求1-5任一项所述的一种高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)按以下比例配备原料:聚酰胺树脂100份,碳纤维球5~50份,抗氧剂0.5~3份,润滑剂0.5~5份;
(2)将上述原料一起置于高速混合机搅拌分散10~30min;
(3)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后,制得碳纤维球改性高抗冲、低膨胀、耐磨复合材料。
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