CN104744936A - 一种高强度、高弹性模量pa6t复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度、高弹性模量PA6T复合材料，该材料由30～54份的PA6T尼龙：10～15份的PETG：40～50份的单丝的直径5-10微米的无碱玻璃纤维；3～10份的碳纤维；2～5份增韧剂；5～10份的钛酸钾晶须；1～3份的抗氧剂组成。在常规玻纤、碳纤的改性基础上，本发明引入了钛酸钾晶须进一步加强了PA6T复合材料高强度、高弹性模量等优点，可广泛用于汽车、电器和其他需要高强度的领域。

Description

一种高强度、高弹性模量PA6T复合材料
技术领域
本发明属于尼龙材料科学技术领域，具体涉及一种高强度、高弹性模量PA6T复合材料。
背景技术
聚对苯二甲酰己二胺(PA6T)是由日本三井化学公司最早成功地研发并实现量产的新型耐高温高性能尼龙材料，商品名称ARLEN系列它具有刚性大、耐热性高、强度高电性能优良等优点。聚对苯二甲酰己二胺(PA6T)是由1.6-己二胺和对苯二甲酰氯熔融缩聚而成的半芳香族聚酰胺，结晶度相对较高，而且结晶速度快(达75％结晶度)，因而熔点更高(310℃)，玻璃化转变温度180℃，热变形温度也高，而长期使用温度(CUT 5000小时ours)可达200℃。且拥有非常高的耐焊接温度290℃，且PA6T的吸水率极低，仅有0.17％，所以大大弥补了尼龙吸水率强的致命缺点，这些特性使PA6T比其它工程塑料如PA6、PA66、PPA和聚酯在耐热、高温下的机械强度、耐磨等方面具有技术优势，并且该材料成型周期短，加工更经济。该材料由于其优异的高焊接温度性能，使其在电子电器的连接器行业，尤其是先进的SMT制成市场中占有不可替代的地位，同时也可以代替LCP材料，所以该材料的市场前景非常不错。
为了提高材料性能，克服尼龙材料的缺点，人们采用了嵌段、接枝、共混等方法对尼龙进行化学和物理改性。物理改性主要是加入各种填料以增强各种性能，填料包括纤维、无机颗粒、有机颗粒等。尼龙的增强、增加耐磨性方面的改性主要是通过填充玻璃玻纤、碳纤维、二硫化钼、碳化硅、炭黑、聚四氟乙烯等填充物来实现。从目前的技术来看，填充玻纤的尼龙复合材料，耐磨性较差；填充二硫化钼等无机粒子的尼龙复合材料强度较差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种高强度、高弹性模量PA6T复合材料，通过玻纤、碳纤、钛酸钾晶须进行增强改性，得到了极高模量的产品(最高已达到20GPa以上)。
本发明是通过以下技术方案实现的，一种高强度、高弹性模量PA6T复合材料，由以下重量组份构成：
30～54份的PA6T尼龙；
10～15份的PETG；
40～50份的单丝的直径5-10微米的无碱玻璃纤维；
3～10份的碳纤维，所述碳纤维由重量比为3∶1的粘胶基碳纤维和聚丙烯腈基碳纤维组成；
2～5份增韧剂，所述增韧剂由马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物和氯化聚乙烯组成，重量比为马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯∶甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物∶氯化聚乙烯＝4∶1∶2；
5～10份的钛酸钾晶须，所述钛酸钾晶须化学通式为K2O.6TiO2，纤维直径为0.5～0.8μm，长度为35～48μm，pH为7.5～8.5，比表面积为12～14m2/g；
1～3份的抗氧剂，所述抗氧剂由抗氧剂168、抗氧剂JY-702和抗氧剂1010组成，重量比为抗氧剂168∶抗氧剂JY-702∶抗氧剂1010＝2∶3∶1；
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种高强度、高弹性模量PA6T复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将PA6T尼龙、PETG在微波真空干燥条件下，控制干燥温度为105℃，干燥至恒重；
2)将恒重的PA6T尼龙、PETG、增韧剂、抗氧剂按照比例在剪切机内混合，在1200r/min下高速剪切1-2小时初步混合均匀，然后在超声波振动下分散进一步混合0.5-1小时得混合物料；
3)将步骤2)中所得混合物料投入到长径比为42的双螺杆挤出机中，熔融反应，将无碱玻璃纤维、碳纤维、钛酸钾晶须通过侧位加料的方式加入到双螺杆挤出机中挤出，挤出机的转速370r/min，挤出温度设为225℃，挤出的物料进行冷却、风干、切粒、包装等工序得到成品。
根据本发明的另一个方面，所述的双螺杆挤出机包含六个区，其中各区温度及螺杆转速分别为：一区温度165～180℃，二区温度220～235℃，三区温度235～245℃，四区温度215～230℃，五区温度235～245℃，六区温度235～245℃，机头温度235～245℃，螺杆转速为365～375r/min；无碱玻璃纤维、碳纤维、钛酸钾晶须在第四区或第五区处加入到双螺杆挤出机中。
钛酸钾晶须由于细小，在表面处理和加工成型过程中极易折断，而晶须只有保持一定的长径比才能使其增强复合材料体现理想的性能，因此如何使晶须少受或者免受损伤是非常重要的问题。所以本发明在生产工艺中先加入除中碱玻璃纤维和钛酸钾晶须以外的其他原料进行熔融，然后再将中碱玻璃纤维和钛酸钾晶须侧向喂料送入到挤出机中，则能明显减少晶须的损伤，最大发挥钛酸钾晶须作用，得高强度、高弹性模量PA6T复合材料。
与现有技术相比本发明具有如下优点：
1.在制备过程中通过高速剪切和超声保证了物料的混合均匀度，使各组分的作用得到了加强；
2.在常规玻纤、碳纤的改性基础上，本发明引入了钛酸钾晶须进一步加强了PA6T复合材料高强度、高弹性模量等优点，可广泛用于汽车、电器和和其他需要高强度的领域。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
实施例1
将30份的PA6T尼龙、10份的PETG在微波真空干燥条件下，控制干燥温度为105℃，干燥至恒重；将恒重的PA6T尼龙、PETG与2份增韧剂(增韧剂由重量比为马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯∶甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物∶氯化聚乙烯＝4∶1∶2组成)、1份的抗氧剂(抗氧剂由抗氧剂168、抗氧剂JY-702和抗氧剂1010组成，重量比为抗氧剂168∶抗氧剂JY-702∶抗氧剂1010＝2∶3∶1)在剪切机内混合，在1200r/min下高速剪切1小时初步混合均匀，然后在超声波振动下分散进一步混合1小时得混合物料；
将所得混合物料投入到长径比为42的双螺杆挤出机中，熔融反应，将40份的单丝的直径5～10微米的无碱玻璃纤维、3份的碳纤维(碳纤维由重量比为3∶1的粘胶基碳纤维和聚丙烯腈基碳纤维组成)、5份的钛酸钾晶须(钛酸钾晶须化学通式为K2O.6TiO2，纤维直径为0.5～0.8μm，长度为35～48μm，pH为7.5～8.5，比表面积为12～14m2/g)通过侧位加料的方式加入到双螺杆挤出机中挤出，挤出机的转速370r/min，挤出温度设为225℃，挤出的物料进行冷却、风干、切粒、包装等工序得到成品。
上述的双螺杆挤出机包含六个区，其中各区温度及螺杆转速分别为：一区温度165℃，二区温度220℃，三区温度235℃，四区温度215℃，五区温度235℃，六区温度235℃，机头温度235℃，螺杆转速为365～375r/min；无碱玻璃纤维、碳纤维、钛酸钾晶须在第四区或第五区处加入到双螺杆挤出机中。
实施例2
将54份的PA6T尼龙、15份的PETG在微波真空干燥条件下，控制干燥温度为105℃，干燥至恒重；将恒重的PA6T尼龙、PETG与5份增韧剂(增韧剂由重量比为马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯∶甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物∶氯化聚乙烯＝4∶1∶2组成)、3份的抗氧剂(抗氧剂由抗氧剂168、抗氧剂JY-702和抗氧剂1010组成，重量比为抗氧剂168∶抗氧剂JY-702∶抗氧剂1010＝2∶3∶1)在剪切机内混合，在1200r/min下高速剪切1-2小时初步混合均匀，然后在超声波振动下分散进一步混合0.5小时得混合物料；
将所得混合物料投入到长径比为42的双螺杆挤出机中，熔融反应，将50份的单丝的直径5-10微米的无碱玻璃纤维、10份的碳纤维(碳纤维由重量比为3∶1的粘胶基碳纤维和聚丙烯腈基碳纤维组成)、10份的钛酸钾晶须(钛酸钾晶须化学通式为K2O.6TiO2，纤维直径为0.5～0.8μm，长度为35～48μm，pH为7.5～8.5，比表面积为12～14m2/g)通过侧位加料的方式加入到双螺杆挤出机中挤出，挤出机的转速370r/min，挤出温度设为225℃，挤出的物料进行冷却、风干、切粒、包装等工序得到成品。
上述的双螺杆挤出机包含六个区，其中各区温度及螺杆转速分别为：一区温度165～180℃，二区温度220～235℃，三区温度235～245℃，四区温度215～230℃，五区温度235～245℃，六区温度235～245℃，机头温度235～245℃，螺杆转速为365～375r/min；无碱玻璃纤维、碳纤维、钛酸钾晶须在第四区或第五区处加入到双螺杆挤出机中。
实施例3
将40份的PA6T尼龙、13份的PETG在微波真空干燥条件下，控制干燥温度为105℃，干燥至恒重；将恒重的PA6T尼龙、PETG与4份增韧剂(增韧剂由重量比为马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯∶甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物∶氯化聚乙烯＝4∶1∶2组成)、2份的抗氧剂(抗氧剂由抗氧剂168、抗氧剂JY-702和抗氧剂1010组成，重量比为抗氧剂168∶抗氧剂JY-702∶抗氧剂1010＝2∶3∶1)在剪切机内混合，在1200r/min下高速剪切1-2小时初步混合均匀，然后在超声波振动下分散进一步混合0.5-1小时得混合物料；
将所得混合物料投入到长径比为42的双螺杆挤出机中，熔融反应，
将40～50份的单丝的直径5-10微米的无碱玻璃纤维、6份的碳纤维(碳纤维由重量比为3∶1的粘胶基碳纤维和聚丙烯腈基碳纤维组成)、8份的钛酸钾晶须(钛酸钾晶须化学通式为K2O.6TiO2，纤维直径为0.5～0.8μm，长度为35～48μm，pH为7.5～8.5，比表面积为12～14m2/g)通过侧位加料的方式加入到双螺杆挤出机中挤出，挤出机的转速370r/min，挤出温度设为225℃，挤出的物料进行冷却、风干、切粒、包装等工序得到成品。
上述的双螺杆挤出机包含六个区，其中各区温度及螺杆转速分别为：一区温度165～180℃，二区温度220～235℃，三区温度235～245℃，四区温度215～230℃，五区温度235～245℃，六区温度235～245℃，机头温度235～245℃，螺杆转速为365～375r/min；无碱玻璃纤维、碳纤维、钛酸钾晶须在第四区或第五区处加入到双螺杆挤出机中。
对比实施例
与实施例1相比，本实施例中不加入钛酸钾晶须，其余组分和制备方法均与实施例1相同，并对以上实施例制备出产品进行性能测试，结果如下表所示：
产品性能测试结果表
以上数据表明本发明制备出的PA6T复合材料具有良好的拉伸强度和弯曲模量，尤其弯曲模量得到大幅度提升，高达20GPa以上。
尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

Claims (2)

1.一种高强度、高弹性模量PA6T复合材料，由以下重量组份构成：
30～54份的PA6T尼龙；
10～15份的PETG；
40～50份的单丝的直径5-10微米的无碱玻璃纤维；
3～10份的碳纤维，所述碳纤维由重量比为3∶1的粘胶基碳纤维和聚丙烯腈基碳纤维组成；
2～5份增韧剂，所述增韧剂由马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物和氯化聚乙烯组成，重量比为马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯∶甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物∶氯化聚乙烯＝4∶1∶2；
5～10份的钛酸钾晶须，所述钛酸钾晶须化学通式为K2O.6TiO2，纤维直径为0.5～0.8μm，长度为35～48μm，pH为7.5～8.5，比表面积为12～14m2/g；
1～3份的抗氧剂，所述抗氧剂由抗氧剂168、抗氧剂JY-702和抗氧剂1010组成，重量比为抗氧剂168∶抗氧剂JY-702∶抗氧剂1010＝2∶3∶1。
2.根据权利要求1所述的PA6T复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤；
1)将PA6T尼龙、PETG在微波真空干燥条件下，控制干燥温度为105℃，干燥至恒重；
2)将恒重的PA6T尼龙、PETG、增韧剂、抗氧剂按照比例在剪切机内混合，在1200r/min下高速剪切1-2小时初步混合均匀，然后在超声波振动下分散进一步混合0.5-1小时得混合物料；
3)将步骤2)中所得混合物料投入到长径比为42的双螺杆挤出机中，熔融反应，将无碱玻璃纤维、碳纤维、钛酸钾晶须通过侧位加料的方式加入到双螺杆挤出机中挤出，挤出机的转度370r/min，挤出温度设为225℃，挤出的物料进行冷却、风干、切粒、包装等工序得到成品；
所述的双螺杆挤出机包含六个区，其中各区温度及螺杆转速分别为：一区温度165～180℃，二区温度220～235℃，三区温度235～245℃，四区温度215～230℃，五区温度235～245℃，六区温度235～245℃，机头温度235～245℃，螺杆转速为365～375r/min；无碱玻璃纤维、碳纤维、钛酸钾晶须在第四区或第五区处加入到双螺杆挤出机中。
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