CN104292828A - 一种增强型尼龙66复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强型尼龙66复合材料及其制备方法，组分及各组分的质量分数如下：尼龙6660~80份，玻璃纤维10~20份，碳纤维5~10份，硬脂酸锌1~3份，二月桂酸二丁基锡0.5~1.5份，偶联剂1~3份，抗氧剂0.1~0.5份，增塑剂2~6份。所述偶联剂为KH560或者KH792。所述抗氧剂为抗氧剂1010或者抗氧剂DLPP中的一种。所述玻璃纤维的长度为3~10mm。所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯或者磷酸三辛酯。采用玻璃纤维和碳纤维对尼龙66进行改性，制得的复合材料冲击强度提高了50%，弯曲强度和拉伸强度也明显提高。

Description

一种增强型尼龙66复合材料及其制备方法
技术领域
    本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种增强型尼龙66复合材料及其制备方法。
背景技术
尼龙是聚酰胺（PA）的俗称，是分子主链上含有重复酰胺基团的热塑性树脂的总称，包括脂肪族聚酰胺、脂肪-芳香族聚酰胺和芳香族聚酰胺。自从 20 世纪 30 年代杜邦公司的 Carothers W. H.发明尼龙生产以来，尼龙的产量都位居工程塑料的第一位。作为五大工程塑料之首，尼龙在工业上有着极其广泛的应用，主要应用于汽车工业、航空航天、电子电气、机械建材、家电纺织等领域。其中产量最高、应用最广的是脂肪族聚酰胺，主要有尼龙 6（PA6）和尼龙 66。 
尼龙 66 是由己二酸和己二胺进行缩聚反应制得的脂肪族聚酰胺，化学名是聚己二酰己二胺。常见的尼龙 66 是一种结晶性高分子，结晶度在 20～40%之间，熔点在 250～270℃之间，密度在 1.15g/cm3左右。综合考虑可用性和可加工性，通常将它的分子量调节为 15000～30000，聚合度约 150～300。与一般通用塑料相比，尼龙 66 不仅具有良好的力学性能、韧性、抗蠕变性和耐疲劳性，而且具有耐磨损性、自润滑性、阻燃性和无毒环保等优点。但是尼龙也有自身明显的缺点，由于其分子主链上有很多的亲水的酰胺基团，导致尼龙的吸湿性较强，尺寸稳定性较差，限制了它在高端行业中得到更广泛的应用。 
为了得到强度更高的尼龙 66 工程材料，人们对其进行玻纤增强改性。相对于传统短玻纤增强，长玻纤增强尼龙 66（LGFR-PA66）具有更高的机械性能，在高温、高湿环境下仍能保持良好的力学性能。与内部树脂发生粘合，形成一个可以传递应力的界面，增强了长玻纤增强尼龙 66 的力学强度。
随着近代科学技术的发展，对玻纤的力学、耐磨等性能提出了更高要求，促使 20世纪六十年代以来出现了许多特种玻纤，如耐高温玻纤，高强度玻纤，高模量玻纤等。它特定的物化性能由其成分及纤维成型方法所控制，玻纤本身具有的一些特性，其拉伸强度、热性能、耐湿性、耐腐蚀性、化学稳定性和电性能，且其成本低廉，这就使它成为理想的增强材料。增强改性广泛使用纤维增强材料，其在保留了尼龙 66 本身良好的加工能力同时大幅增强了力学、尺寸稳定性、耐热性和耐药品性。常用的增强纤维有碳纤维（CF）和玻理纤维。碳纤维具有质轻，拉伸强度高，耐腐蚀等特点。碳纤维增强尼龙 66 复合材料具有更优异的综合性能，碳纤维的引入将影响尼龙 66 的结晶行为。玻璃纤维价格低廉，比强度和杨氏模量较尼龙树脂大 10 倍，线膨胀系数只有其二十分之一，吸水性非常低；另一方面耐热和耐化学药品性能和机械性能出色，增强尼龙过程中往往添加偶联剂，可以有效避免因玻纤与尼龙界面粘合力较小而导致的尼龙从基体内拔出。加入偶联剂后，会与材料表面的某些基团发生化学反应，与内部树脂发生粘合，形成一个可以传递应力的界面，增强了长玻纤增强尼龙 66 的力学强度。
发明内容
本发明的目的是要提供一种增强型尼龙66复合材料及其制备方法，采用玻璃纤维和碳纤维对尼龙66进行改性，制得的复合材料冲击强度提高了50%，弯曲强度和拉伸强度也明显提高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
    一种增强型尼龙66复合材料，组分及各组分的质量分数如下：尼龙66 60~80份，玻璃纤维10~20份，碳纤维5~10份，硬脂酸锌 1~3份，二月桂酸二丁基锡 0.5~1.5份，偶联剂 1~3份，抗氧剂 0.1~0.5份，增塑剂 2~6份。
    所述偶联剂为 KH560 或者 KH792。
    所述抗氧剂为抗氧剂1010或者抗氧剂DLPP中的一种。
    所述玻璃纤维的长度为3~10mm。
    所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯或者磷酸三辛酯。
    一种增强型尼龙66复合材料，组分及各组分的质量分数优选如下：尼龙66 65~75份，玻璃纤维12~18份，碳纤维6~8份，硬脂酸锌 1~3份，二月桂酸二丁基锡 0.8~1.2份，偶联剂 1~3份，抗氧剂 0.2~0.4份，增塑剂 3~5份。
    一种增强型尼龙66复合材料，组分及各组分的质量分数优选如下：尼龙66 70份，玻璃纤维15份，碳纤维7份，硬脂酸锌 2份，二月桂酸二丁基锡 1份，偶联剂 2份，抗氧剂 0.3份，增塑剂 4份。
    所述增强型尼龙66复合材料的制备方法，将尼龙66干燥后，与硬脂酸锌、二月桂酸二丁基锡、偶联剂、抗氧剂、增塑剂按配方加入高速混合机，经充分搅拌后倒入双螺杆挤出机中，按规定加料量与玻璃纤维和碳纤维共混，挤出，冷却，造粒；其中双螺杆挤出机挤出工艺条件为：一区控温220~230℃、二区控温225~230℃、三区控温228~235℃、四区控温235~240℃、五区控温238~244℃、六区控温235~238℃、七区控温230~235℃，转速240~260rpm。
    本发明中加入偶联剂，在无机物和聚合物之间，通过物理的缠绕式进行某种化学反应，形成牢固的化学键，从而使尼龙66与玻璃纤维和碳纤维材料紧密结合起来，增强界面性能。 
有益效果：本发明提供一种增强型尼龙66复合材料及其制备方法，采用玻璃纤维和碳纤维对尼龙66进行改性，制得的复合材料冲击强度提高了50%，弯曲强度和拉伸强度也明显提高。
具体实施方式
双螺杆挤出机 SJSH-30 购自南京橡胶机械厂。
实施例1：
一种增强型尼龙66复合材料，组分及各组分的质量分数如下：尼龙66 80份，玻璃纤维20份，碳纤维10份，硬脂酸锌 3份，二月桂酸二丁基锡 1.5份，偶联剂KH560 3份，抗氧剂1010 0.5份，增塑剂 邻苯二甲酸二甲酯 6份。
将尼龙66干燥后，与硬脂酸锌、二月桂酸二丁基锡、偶联剂、抗氧剂、增塑剂按配方加入高速混合机，经充分搅拌后倒入双螺杆挤出机中，按规定加料量与玻璃纤维和碳纤维共混，挤出，冷却，造粒；其中双螺杆挤出机挤出工艺条件为：一区控温220~230℃、二区控温225~230℃、三区控温228~235℃、四区控温235~240℃、五区控温238~244℃、六区控温235~238℃、七区控温230~235℃，转速240~260rpm。
实施例2：
一种增强型尼龙66复合材料，组分及各组分的质量分数如下：尼龙66 60份，玻璃纤维10份，碳纤维5份，硬脂酸锌 1份，二月桂酸二丁基锡 0.5份，偶联剂 KH792 1份，抗氧剂1010 0.1份，增塑剂 邻苯二甲酸二甲酯 2份。
将尼龙66干燥后，与硬脂酸锌、二月桂酸二丁基锡、偶联剂、抗氧剂、增塑剂按配方加入高速混合机，经充分搅拌后倒入双螺杆挤出机中，按规定加料量与玻璃纤维和碳纤维共混，挤出，冷却，造粒；其中双螺杆挤出机挤出工艺条件为：一区控温220~230℃、二区控温225~230℃、三区控温228~235℃、四区控温235~240℃、五区控温238~244℃、六区控温235~238℃、七区控温230~235℃，转速240~260rpm。
实施例3：
 一种增强型尼龙66复合材料，组分及各组分的质量分数如下：尼龙66 65份，玻璃纤维12份，碳纤维6份，硬脂酸锌 1份，二月桂酸二丁基锡 0.8份，偶联剂KH560 1份，抗氧剂 1010 0.2份，增塑剂 邻苯二甲酸二甲酯 3份。
将尼龙66干燥后，与硬脂酸锌、二月桂酸二丁基锡、偶联剂、抗氧剂、增塑剂按配方加入高速混合机，经充分搅拌后倒入双螺杆挤出机中，按规定加料量与玻璃纤维和碳纤维共混，挤出，冷却，造粒；其中双螺杆挤出机挤出工艺条件为：一区控温220~230℃、二区控温225~230℃、三区控温228~235℃、四区控温235~240℃、五区控温238~244℃、六区控温235~238℃、七区控温230~235℃，转速240~260rpm。
实施例4
一种增强型尼龙66复合材料，组分及各组分的质量分数如下：尼龙66 75份，玻璃纤维18份，碳纤维8份，硬脂酸锌 3份，二月桂酸二丁基锡 1.2份，偶联剂KH792  3份，抗氧剂DLPP 0.4份，增塑剂 磷酸三辛酯 5份。
将尼龙66干燥后，与硬脂酸锌、二月桂酸二丁基锡、偶联剂、抗氧剂、增塑剂按配方加入高速混合机，经充分搅拌后倒入双螺杆挤出机中，按规定加料量与玻璃纤维和碳纤维共混，挤出，冷却，造粒；其中双螺杆挤出机挤出工艺条件为：一区控温220~230℃、二区控温225~230℃、三区控温228~235℃、四区控温235~240℃、五区控温238~244℃、六区控温235~238℃、七区控温230~235℃，转速240~260rpm。
实施例5 
    一种增强型尼龙66复合材料，组分及各组分的质量分数如下：尼龙66 70份，玻璃纤维15份，碳纤维7份，硬脂酸锌 2份，二月桂酸二丁基锡 1份，偶联剂KH560 2份，抗氧剂DLPP  0.3份，增塑剂 磷酸三辛酯 4份。
将尼龙66干燥后，与硬脂酸锌、二月桂酸二丁基锡、偶联剂、抗氧剂、增塑剂按配方加入高速混合机，经充分搅拌后倒入双螺杆挤出机中，按规定加料量与玻璃纤维和碳纤维共混，挤出，冷却，造粒；其中双螺杆挤出机挤出工艺条件为：一区控温220~230℃、二区控温225~230℃、三区控温228~235℃、四区控温235~240℃、五区控温238~244℃、六区控温235~238℃、七区控温230~235℃，转速240~260rpm。
实施例6
    一种增强型尼龙66复合材料，组分及各组分的质量分数如下：尼龙66 72份，玻璃纤维13份，碳纤维8份，硬脂酸锌 1份，二月桂酸二丁基锡 2份，偶联剂KH560 1份，抗氧剂DLPP  0.3份，增塑剂 磷酸三辛酯 3份。
将尼龙66干燥后，与硬脂酸锌、二月桂酸二丁基锡、偶联剂、抗氧剂、增塑剂按配方加入高速混合机，经充分搅拌后倒入双螺杆挤出机中，按规定加料量与玻璃纤维和碳纤维共混，挤出，冷却，造粒；其中双螺杆挤出机挤出工艺条件为：一区控温220~230℃、二区控温225~230℃、三区控温228~235℃、四区控温235~240℃、五区控温238~244℃、六区控温235~238℃、七区控温230~235℃，转速240~260rpm。
对实施例1~6制备得到的增强型尼龙66复合材料进行性能测试，测试方法均以国家标准进行，测试结果见表1。
表1：
  拉伸强度/MPa 缺口冲击强度/(J/m,-40℃) 弯曲强度/MPa 缺口冲击强度/(J/m,23℃) 热变形温度/℃
实施例1 68 35 72 109 61
实施例2 66 42 75 113 60
实施例3 69 47 78 111 65
实施例4 71 49 79 125 71
实施例5 93 68 99 139 88
实施例6 72 45 78 109 70
美国杜邦ST801 49 15 49 78 57

Claims (8)

1.一种增强型尼龙66复合材料，其特征在于组分及各组分的质量分数如下：尼龙66 60~80份，玻璃纤维10~20份，碳纤维5~10份，硬脂酸锌 1~3份，二月桂酸二丁基锡 0.5~1.5份，偶联剂 1~3份，抗氧剂 0.1~0.5份，增塑剂 2~6份。
2.根据权利要求1所述的增强型尼龙66复合材料，其特征在于：所述偶联剂为 KH560 或者 KH792。
3.根据权利要求1所述的增强型尼龙66复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010或者抗氧剂DLPP中的一种。
4.根据权利要求1所述的增强型尼龙66复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维的长度为3~10mm。
5.根据权利要求1所述的增强型尼龙66复合材料，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯或者磷酸三辛酯。
6.根据权利要求1所述的增强型尼龙66复合材料，其特征在于：组分及各组分的质量分数如下：尼龙66 65~75份，玻璃纤维12~18份，碳纤维6~8份，硬脂酸锌 1~3份，二月桂酸二丁基锡 0.8~1.2份，偶联剂 1~3份，抗氧剂 0.2~0.4份，增塑剂 3~5份。
7.根据权利要求6所述的增强型尼龙66复合材料，其特征在于：组分及各组分的质量分数如下：尼龙66 70份，玻璃纤维15份，碳纤维7份，硬脂酸锌 2份，二月桂酸二丁基锡 1份，偶联剂 2份，抗氧剂 0.3份，增塑剂 4份。
8.权利要求1~7中任意一项所述增强型尼龙66复合材料的制备方法，其特征在于：将尼龙66干燥后，与硬脂酸锌、二月桂酸二丁基锡、偶联剂、抗氧剂、增塑剂按配方加入高速混合机，经充分搅拌后倒入双螺杆挤出机中，按规定加料量与玻璃纤维和碳纤维共混，挤出，冷却，造粒；其中双螺杆挤出机挤出工艺条件为：一区控温220~230℃、二区控温225~230℃、三区控温228~235℃、四区控温235~240℃、五区控温238~244℃、六区控温235~238℃、七区控温230~235℃，转速240~260rpm。
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