CN104804424A - 用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂，由以下组分及重量份含量制备而成：端羧基聚己内酰胺低聚物77～89份；硅烷偶联剂10～20份；引发剂1～3份；其中的端羧基聚己内酰胺低聚物由以下组分及重量份含量制备而成：己内酰胺75～85份；有机酸8～15份；氨基己酸7～10份。将本发明具有一定扩散链的界面增容剂用在尼龙/玻璃纤维增强复合材料中，不但能在玻璃纤维的表面形成足够的吸附层，同时还能与尼龙形成有效的相容界面，改善了玻璃纤维在高填量时的分散性，减少了浮纤现象，使得复合材料有更好的加工性能和机械性能。

Description

用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及化学助剂，尤其涉及一种用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂及其制备方法。
背景技术
尼龙(PA)是一种应用广泛的工程塑料，具有良好的刚性、耐油耐磨等性能，易于加工、同时可以回收利用，来源充足等等一系列的优势决定了它在汽车行业以塑代钢，实现车身轻量化设计的发展前景。但是纯尼龙吸水性大、耐酸性差、干态和低温冲击强度低以及吸水后易变形，影响了制品的尺寸稳定性，使其应用范围受到了一定的限制。对此，为了满足尼龙在汽车领域的耐高温耐磨损的使用要求，采用玻纤对尼龙进行增强改性，以改进尼龙塑料的冲击性、热变形性、力学性能、成型加工性能及耐化学腐蚀性能。
但是玻纤在基体尼龙树脂中的分散问题会直接影响到复合材料的增强效果，因为玻纤的加入，使尼龙原有的光滑表面变的很粗糙，进而影响到产品的表面质量，同时由于玻纤和尼龙的界面结合比较差，以至于制品的物理力学强度较低。此外玻纤对加工设备的磨损也十分严重，在很大程度上增加了机器方面的损耗费用，严重的限制了它的应用。
通常采用硅烷偶联剂类改善玻纤与尼龙的相容性，但由于硅烷偶联剂为小分子没有足够长的分子链在玻纤表面形成吸附层，则其相应的立体屏障不足以克服尼龙之间的相互吸引，从而也不能有效阻碍玻纤之间的聚集作用，降粘分散效果不够明显。
为了克服这一缺陷，助剂能够通过氢键、离子键、共价键及范德华力及用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂分子与尼龙分子的缠结等相互作用紧紧地吸附在玻纤表面，使助剂不易脱附，同时，能够与尼龙有一定的相似相容性，使得尼龙与玻纤两相获得良好的相容性，端羧基聚己内酰胺低聚物与硅烷偶联剂的化合物用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂符合以上原理，对尼龙/玻纤有明显的降粘、分散效果，从而提高其力学性能。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种新型的用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂，由以下组分及重量份含量制备而成：
端羧基聚己内酰胺低聚物  77～89份；
硅烷偶联剂              10～20份；
引发剂                  1～3份；
所述端羧基聚己内酰胺低聚物由以下组分及重量份含量制备而成：
己内酰胺     75～85份；
有机酸       8～15份；
氨基己酸     7～10份。
所述硅烷偶联剂选自3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中一种或两种的组合。
所述引发剂选自对甲苯磺酸、三苯基膦或四已基溴化铵中一种。
所述有机酸选自丁二酸、己二酸、癸二酸、对苯二甲酸、苯甲酸、十二酸中的一种。
上述用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂的制备方法是，在氮气保护下，控制反应温度为145～210℃，将配比量的聚己内酰胺低聚物与配比量的硅烷偶联剂机械搅拌混合，加入配比量的引发剂，反应10～30min；
所述端羧基聚己内酰胺低聚物按以下方法制备：在氮气保护下，控制反应温度为160～220℃，将配比量的己内酰胺与配比量的有机酸、配比量的氨基己酸反应，反应1.5～3小时。
上述用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂的制备方法，具体步骤如下：在容器中，加入配比量的己内酰胺、配比量的有机酸、配比量的氨基己酸后，高速通氮置换瓶内的空气，缓慢地升温至160～220℃，反应1.5～3小时，适当降温后，依次加入配比量的硅烷偶联剂和配比量的引发剂，在145～210℃下反应10～30min；最后用二甲苯作溶剂在索氏提取器中除去产物中未反应的单体，并在100℃干燥，即得到一种用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂产品。
本发明的界面增容剂是以端羧基聚己内酰胺低聚物为相容链、以硅烷偶联剂为结合基团，并在引发剂的作用下反应而成的具有一定界面改善性能的助剂。其中的端羧基聚己内酰胺低聚物，是由己内酰胺以有机酸为封端剂、氨基乙酸为开环剂合成的。本发明的界面增容剂是具有一定扩散链段的端羧基聚己内酰胺低聚物类界面增容剂。
将本发明具有一定扩散链的界面增容剂用在尼龙/玻璃纤维增强复合材料中，不但能在玻璃纤维的表面形成足够的吸附层，同时还能与尼龙形成有效的相容界面，改善了玻璃纤维在高填量时的分散性，减少了浮纤现象，使得复合材料有更好的加工性能和机械性能。
具体实施方式
实施例1
原料配比：
      
在三口烧瓶中，按配比加入己内酰胺、氨基乙酸和苯甲酸后，高速通氮置换瓶内的空气，缓慢地升温至220℃，在220℃下开环聚合2小时，适当降温到190℃，再依次加入KH550(3-氨基丙基三乙氧基硅烷)以及对甲苯磺酸，在190℃下反应15min。最后用二甲苯作溶剂在索氏提取器中除去产物中混有未反应的单体等。并在100℃干燥，即得到本发明的一种用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂产品。
实施例2
原料配比：
      
      
在三口烧瓶中，按配比加入己内酰胺、氨基乙酸和己二酸后，高速通氮置换瓶内的空气，缓慢地升温至200℃，在200℃下开环聚合2小时，适当降温到170℃，依次加入KH550以及对甲苯磺酸，在170℃下反应15min。最后用二甲苯作溶剂在索氏提取器中除去产物中混有未反应的单体等。并在100℃干燥，即得到本发明的一种用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂产品。
实施例3
原料配比：
      
在三口烧瓶中，按配比加入己内酰胺、氨基乙酸和己二酸后高速通氮置换瓶内的空气，缓慢地升温至190℃，在190℃下开环聚合2小时，适当降温到170℃，依次加入KH560(3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)以及四已基溴化铵在170℃下反应15min。最后用二甲苯作溶剂在索氏提取器中除去产物中混有未反应的单体等。并在100℃干燥，即得到本发明的一种用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂产品。
实施例4
原料配比：
      
在三口烧瓶中，按配比加入己内酰胺、氨基乙酸和对苯二甲酸后，高速通氮置换瓶内的空气，缓慢地升温至200℃，在200℃下开环聚合2.5小时，适当降温到180℃，依次加入KH560以及四已基溴化铵，在180℃下反应10min。最后用二甲苯作溶剂在索氏提取器中除去产物中混有未反应的单体等。并在100℃干燥，即得到本发明的一种用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂产品。

Claims (6)

1.一种用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂，其特征在于，由以下组分及重量份含量制备而成：
端羧基聚己内酰胺低聚物   77～89份；
硅烷偶联剂               10～20份；
引发剂                   1～3份；
所述端羧基聚己内酰胺低聚物由以下组分及重量份含量制备而成：
己内酰胺        75～85份；
有机酸          8～15份；
氨基己酸        7～10份。
2.如权利要求1所述的用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂，其特征在于：所述硅烷偶联剂选自3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中一种或两种的组合。
3.如权利要求1所述的用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂，其特征在于：所述引发剂选自对甲苯磺酸、三苯基膦或四已基溴化铵中一种。
4.如权利要求1所述的用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂，其特征在于：所述有机酸选自丁二酸、己二酸、癸二酸、对苯二甲酸、苯甲酸、十二酸中的一种。
5.权利要求1所述用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂的制备方法，其特征在于：在氮气保护下，控制反应温度为145～210℃，将配比量的端羧基聚己内酰胺低聚物与配比量的硅烷偶联剂机械搅拌混合，加入配比量的引发剂，反应10～30min；
所述端羧基聚己内酰胺低聚物按以下方法制备：在氮气保护下，控制反应温度为160～220℃，将配比量的己内酰胺与配比量的有机酸、配比量的氨基己酸反应，反应1.5～3小时。
6.权利要求5所述用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：在容器中，加入配比量的己内酰胺、配比量的有机酸、配比量的氨基己酸后，高速通氮置换瓶内的空气，缓慢地升温至160～220℃，反应1.5～3小时，适当降温后，依次加入配比量的硅烷偶联剂和配比量的引发剂，在145～210℃下反应10～30min；最后用二甲苯作溶剂在索氏提取器中除去产物中未反应的单体，并在100℃干燥，即得到一种用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂产品。
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