CN104629349A - 一种高强度连续玻璃纤维增强尼龙6材料的制备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度连续玻璃纤维增强尼龙6材料及其制备方法，材料组分质量比：尼龙630～70wt%，含有玻璃纤维的复合纤维30～70wt%，偶联剂0.2～0.6wt%,抗氧剂0.3～0.6wt%。其加工工艺：先将尼龙6树脂在100℃下进行烘干处理，然后将尼龙6、偶联剂、抗氧剂进行共混；将共混物加入到双螺杆挤出机内进行熔融挤出，加工温度230～250℃；将连续复合纤维进行预热干燥处理；再将连续复合纤维通过特制模具，连续复合纤维内的尼龙6纤维被熔融，熔体浸润复合纤维中的玻璃纤维，同时纤维束与挤出机挤出的熔融树脂汇合，玻璃纤维丝被完全浸润，经过一段距离后从特制模具口出来；最后经可得到连续玻璃纤维增强尼龙6材料。该方法工艺简单，生产设备容易操作，产品性能优良。

Description

一种高强度连续玻璃纤维增强尼龙6材料的制备
技术领域
本发明涉及一种增强尼龙6材料，特别是连续玻璃纤维增强聚酰胺尼龙6材料及其制备方法，属于高分子材料领域。
背景技术
聚酰胺是一种具有良好的力学性能、电性能和加工性能的材料，其拉伸强度、压缩强度、冲击强度、刚性及耐磨性都比较好。同时，在低温和干燥条件下具有良好的电绝缘性，热导率很低，约为金属的几百分之一。聚酰胺具有良好的化学稳定性，高的内聚能和结晶性，不溶于普通的溶剂，对盐水、细菌和霉菌都很稳定。聚酰胺无臭、无味、无毒，多数具有自熄性，即使燃烧也很缓慢，且火焰传播速度很慢，离火后会慢慢熄灭。
聚酰胺优异的综合性能，使其被广泛应用于汽车领域、机械工业、电子电器工业、通讯、家电等诸多领域。由于聚酰胺材料对缺口敏感性大，使其应用受得到一定的限制。通过加入玻璃纤维对其进行改性，有效的改善了其冲击韧性，同时使其它力学性能得到大幅提高，大大扩宽了该材料的应用范围。
发明内容
在连续玻璃纤维增强材料的生产过程中，由于存在部分玻璃纤维在模具内分散不好而导致纤维丝浸润不完全，从而影响材料力学性能的提高。本发明中采用的连续复合纤维是由含有改性尼龙6纤维和玻璃纤维混合制得。在连续复合纤维通过模具时，复合纤维内的尼龙6纤维被加热熔融，浸润部分玻璃纤维丝，同时 在被熔融的尼龙6纤维和模具内熔体共同作用下，可以有效提高模具内玻璃纤维丝的浸润效果，进而大大提高了材料的力学性能。
本发明的制备方法包括以下步骤：
（1）、将尼龙6树脂在100℃条件下 进行烘干处理；
（2）将原材料尼龙6树脂、偶联剂、抗氧剂按配方质量百分比例加入到混合机内，在常温下进行均匀混合；
（3）、将上述混合后的物料加入到挤出机料桶内，通过双螺杆挤出机进行熔融挤出。挤出机机筒加工温度设定为230～250℃，主机螺杆转速为220～250r.min-1,主喂料转速为10～20r.min-1；
（4）、将连续复合纤维先通过敞开式烘箱进行干燥处理，烘箱温度为90～100℃，然后把连续复合纤维从特制挤出机模具穿过，同时挤出机开始进行熔融挤出。在模具内，连续复合纤维在模具内被强行分散开，然后连续复合纤维内的尼龙6纤维被熔融，熔体浸润复合纤维中的玻璃纤维，同时纤维束与挤出机挤出的熔融树脂汇合，在熔体的双重作用下，玻璃纤维丝被完全浸润，经过一段距离后从特制模具出来，经过喷淋式水冷装置进行冷却，再经风机对料条进行干燥处理，在牵引机的牵引下，将料条送入到切粒机内进行切粒，即生成出连续复合纤维增强尼龙6材料。
下面通过具体的实施例对本发明专利进行具体描述：
实施例1：
按照质量百分比，将65份共聚尼龙6树脂，0.5份钛酸酯偶联剂，0.2份受阻酚类抗氧剂，0.4份亚磷酸酯类抗氧剂共同在混合机内进行均匀混合，然后将混合物倒入挤出机料桶内。把35份连续复合纤维（尼龙6纤维与玻璃纤维质量比为1:9）通过烘箱干燥处理，烘箱温度为100℃，再把连续复合纤维从挤出机模具穿过，同时开启挤出机。挤出机机筒加工温度为230～250℃，挤出机共设八段，第一段和第二段为230℃，第三段和第四段为235℃，其它几段为240℃，主机螺杆转速为220r.min-1,主喂料转速为12r.min-1，熔融树脂在模具内将连续复合纤维完全浸润后从模具挤出，再经过冷却、风干、牵引，最后切成长度为5mm的颗粒。
实施例2：
按照质量百分比，将65份共聚尼龙6树脂，0.5份钛酸酯偶联剂，0.2份受阻酚类抗氧剂，0.4份亚磷酸酯类抗氧剂共同在混合机内进行均匀混合，然后将混合物倒入挤出机料桶内。把35份连续复合纤维（尼龙6纤维与玻璃纤维质量比为1:9）通过烘箱干燥处理，烘箱温度为100℃，再把连续复合纤维从挤出机模具穿过，同时开启挤出机。挤出机机筒加工温度为230～250℃，挤出机共设八段，第一段和第二段为230℃，第三段和第四段为235℃，其它几段为240℃，主机螺杆转速为220r.min-1,主喂料转速为12r.min-1，熔融树脂在模具内将连续复合纤维完全浸润后从模具挤出，再经过冷却、风干、牵引，最后切成长度为11mm的颗粒。
实施例3：
按照质量百分比，将65份共聚尼龙6树脂，0.5份钛酸酯偶联剂，0.2份受阻酚类抗氧剂，0.4份亚磷酸酯类抗氧剂共同在混合机内进行均匀混合，然后将混合物倒入挤出机料桶内。把35份连续复合纤维（尼龙6纤维与玻璃纤维质量比为1:9）通过烘箱干燥处理，烘箱温度为100℃，再把连续复合纤维从挤出机模具穿过，同时开启挤出机。挤出机机筒加工温度为230～250℃，挤出机共设八段，第一段和第二段为230℃，第三段和第四段为235℃，其它几段为240℃，主机螺杆转速为220r.min-1,主喂料转速为12r.min-1，熔融树脂在模具内将连续复合纤维完全浸润后从模具挤出，再经过冷却、风干、牵引，最后切成长度为17mm的颗粒。
实施例4：
按照质量百分比，将55份共聚尼龙6树脂， 0.5份钛酸酯偶联剂，0.2份受阻酚类抗氧剂，0.4份亚磷酸酯类抗氧剂共同在混合机内进行均匀混合，然后将混合物倒入挤出机料桶内。把45份连续复合纤维（尼龙6纤维与玻璃纤维质量比为1:9）通过烘箱干燥处理，烘箱温度为100℃，再把连续复合纤维从挤出机模具穿过，同时开启挤出机。挤出机机筒加工温度为230～250℃，挤出机共设八段，第一段和第二段为230℃，第三段和第四段为235℃，其它几段为240℃，主机螺杆转速为220r.min-1,主喂料转速为12r.min-1，熔融树脂在模具内将连续复合纤维完全浸润后从模具挤出，再经过冷却、风干、牵引，最后切成长度为11mm的颗粒。
实施例5：
按照质量百分比，将45份共聚尼龙6树脂， 0.5份钛酸酯偶联剂，0.2份受阻酚类抗氧剂，0.4份亚磷酸酯类抗氧剂共同在混合机内进行均匀混合，然后将混合物倒入挤出机料桶内。把55份连续复合纤维（尼龙6纤维与玻璃纤维质量比为1:9）通过烘箱干燥处理，烘箱温度为100℃，再把连续复合纤维从挤出机模具穿过，同时开启挤出机。挤出机机筒加工温度为230～250℃，挤出机共设八段，第一段和第二段为230℃，第三段和第四段为235℃，其它几段为240℃，主机螺杆转速为220r.min-1,主喂料转速为12r.min-1，熔融树脂在模具内将连续复合纤维完全浸润后从模具挤出，再经过冷却、风干、牵引，最后切成长度为11mm的颗粒。
实施例6：
按照质量百分比，将35份共聚尼龙6树脂， 0.5份钛酸酯偶联剂，0.2份受阻酚类抗氧剂，0.4份亚磷酸酯类抗氧剂共同在混合机内进行均匀混合，然后将混合物倒入挤出机料桶内。把65份连续复合纤维（尼龙6纤维与玻璃纤维质量比为1:9）通过烘箱干燥处理，烘箱温度为100℃，再把连续复合纤维从挤出机模具穿过，同时开启挤出机。挤出机机筒加工温度为230～250℃，挤出机共设八段，第一段和第二段为230℃，第三段和第四段为235℃，其它几段为240℃，主机螺杆转速为220r.min-1,主喂料转速为12r.min-1，熔融树脂在模具内将连续复合纤维完全浸润后从模具挤出，再经过冷却、风干、牵引，最后切成长度为11mm的颗粒。
材料按下列标准进行检测：
1、缺口冲击强度试验按DIN EN ISO 179-1进行；
2、拉伸强度试验按DIN EN ISO 527-2进行；
3、弯曲强度试验按DIN EN ISO 178进行；
4、玻纤含量试验按DIN EN ISO 1172进行。
采用本发明方法生产的连续玻璃纤维增强聚酰胺材料性能如下表所示：
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
缺口冲击强度(KJ/m2) 15.2 17.3 19.3 19.2 21.5 23.3
拉伸强度(MPa) 155.6 179.5 223.6 195.8 211.7 243.9
弯曲强度(Mpa) 239.5 276.3 316.8 301.2 325.9 356.8
弯曲模量(Mpa) 6124 6843 7450 7144 7431 7830
纤维含量（%） 30.2 30.4 30.8 41.2 50.9 60.5
料粒长度（mm） 5 11 17 11 11 11

Claims (6)

1.一种高强度连续玻璃纤维增强尼龙6材料，其主要特征在于配方体系中各组分的质量百分含量为：尼龙6为30～70wt%，含有玻璃纤维的连续复合纤维为30～70wt%，偶联剂为0.2～0.6wt%,抗氧剂为0.3～0.6wt%。
2.根据权利要求1所述的一种高强度连续玻璃纤维增强尼龙6材料，其特征在于：制备此种材料的设备为本公司自主设计的特殊结构的浸润式挤出机模头，该模头设有加热装置，可防止由于模头温度低而降低熔融树脂流动性，有效提高了纤维浸润效果，解决了纤维浸润不完全的现象，纤维走向与挤出料条方向一致。
3.根据权利要求1所述的一种高强度连续玻璃纤维增强尼龙6材料，其特征在于：所述的连续复合纤维由尼龙6纤维与玻璃纤维原丝按质量1:99～50:50，直径为10～15μm，造粒后，玻璃纤维与料粒等长，长度为5～20mm，纤维有效长径比可达到300～2000，纤维沿轴线方向平行排列。
4.根据权利要求1所述的一种高强度连续玻璃纤维增强尼龙6材料，其特征在于：用此方法生产的连续玻璃纤维增强尼龙6材料与常规短切玻纤增强材料相比，其材料力学性能可提高30%～35%。
5.根据权利要求1所述的一种高强度连续玻璃纤维增强尼龙6材料，其特征在于：所述的尼龙为6为现有的商品化的线性尼龙6树脂。
6.根据权利要求1所述的一种高强度连续玻璃纤维增强尼龙6材料，其特征在于：所述的偶联剂为单一钛酸酯偶联剂；抗氧剂为受阻酚类、亚磷酸酯类、硫代类中的一种或多种的组合。
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