CN104974511B - 一种硅藻土/尼龙‑6复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种硅藻土/尼龙‑6复合材料及其制备方法属于塑料填充改性领域该复合材料，尼龙‑6为70～95％，硅藻土为5～30％；所使用的硅藻土为粒径为5～40μm，硅藻土经过表面处理剂处理。方法步骤：将干燥后的硅藻土使用表面处理剂进行干法处理，其中表面处理剂用量为硅藻土的0.2‑1wt％；将尼龙‑6和步骤三中经表面处理的硅藻土按照配方比例预混，预混料加入双螺杆挤出机中进行混炼，水冷，造粒，得到粒料。本发明将硅藻土对尼龙‑6进行填充改性，可以全面提高尼龙‑6的强度、模量、韧性以及热变形温度，一方面降低了成本，减少尼龙‑6的使用量，节能环保；另一方面拓宽了硅藻土的应用领域，提高了硅藻土的有效利用性。

Description

一种硅藻土/尼龙-6复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于塑料填充改性领域，具体涉及到一种具有多级微孔结构的天然生物沉积岩无机填料。

背景技术

聚酰胺俗称尼龙，是一种历史最悠久、产量最大、应用最广泛的一种工程塑料。聚酰胺是一种半结晶性的聚合物，分子链中含有大量极性的酰胺基团，极性强，形成的氢键使分子链间的作用力很大，因此，具有较强的机械强度、高熔点、耐油、耐磨、耐腐蚀性等。凭借其优良的性能，泛应用在汽车、仪器仪表、机械工业、运动休闲、日用消费品等领域。聚酰胺种类繁多，有脂肪族的PA6，PA66，PA11、12、610、612、1010等还有芳香族的聚对苯二甲酰对苯二胺，以及近几年的新品种PA6T，PA9T以及特殊尼龙MXD6等，其中PA6，PA66占总量的80％以上。尽管聚酰胺优点众多，应用广泛，但是由于含有大量酰胺基团具有很强的吸水性，导致产品尺寸稳定性差，并且干态或低温下冲击强度低，这些缺点限制了其应用。为了得到性能多样的产品，拓展其应用领域，对尼龙改性势在必行。

目前对尼龙改性主要是使其向高强度、高模量、低吸水性和高附加值以及优良加工性能等方向发展。有化学方法和物理方法两种途径，其中物理改性经济易行被广泛采用。主要有如通过尼龙与聚烯烃、弹性体等共混进行改性，以提高其韧性，使用滑石粉、硅灰石等无机物进行填充改性以提高其强度等，在众多的改性研究中无机物的填充增强改性是常用的一种方法。

硅藻土是一种天然的含多级有序排列微孔结构的生物沉积岩，孔隙率达80％-90％，强吸附性和高比表面积是其独特的优势，并且硅藻土具有作为填料应具备的性质：化学稳定性好、加工性好、密度小、比表面积大、吸附性好、悬浮性好、吸油值高、耐磨性好、是光、电、声的不良导体并且矿源丰富。特别是其多级有序的微孔结构在作为聚合物材料、环保材料、室内装修材料、涂料的填料、废水处理、建筑、农业、食品饮料等方面有很高的应用价值。硅藻土分布广泛，价格低廉，且硅藻土作为塑料的填料，能明显增强制品的刚性和硬度，提高制品的耐热、耐磨、抗老化等性能，大幅度降低成本，在聚合物改性中的应用前景巨大，国外有一定的研究基础，而我国还处在起步阶段，因此根据我国硅藻土的特点，充分利用新的硅藻土加工技术，开发硅藻土在新型材料、功能性材料等方面的应用，将为我国硅藻土行业带来更多新的机遇。

发明内容

本发明的目的在于使用一种多孔性的无机填料硅藻土，对尼龙-6进行填充改性，制备一种硅藻土/尼龙-6复合材料，并研究硅藻土对尼龙-6的强度以及模量的影响。

为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种硅藻土/尼龙-6复合材料，其特征在于：以重量百分数计，由以下原料组成：尼龙-6为70～95％，硅藻土为5～30％；所使用的硅藻土为粒径为5～40μm，硅藻土经过表面处理剂处理，其中：

表面处理剂为硬脂酸、硅烷偶联剂、铝酸酯、钛酸酯中的一种或多种混合物。

进一步所述的尼龙-6熔体流动速率为8-15g/10min。

所述的一种硅藻土/尼龙-6复合材料的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤一，将尼龙-6在干燥箱中干燥；

步骤二，将硅藻土在干燥箱中干燥；

步骤三，将干燥后的硅藻土使用表面处理剂进行干法处理，其中表面处理剂用量为硅藻土的0.2-1wt％；

步骤四，将尼龙-6和步骤三中经表面处理的硅藻土按照配方比例预混，使得原料初步混合均匀，得到预混料，其中所述的配方比例以重量百分数计，由以下原料组成：尼龙-6为70～95％，硅藻土为5～30％，原料的总量为100％；

步骤五，将步骤四得到的预混料加入双螺杆挤出机中进行混炼，其中：

所述的双螺杆挤出机的螺杆为同向平行双螺杆，长径比为32:1～48:1。

所述的双螺杆挤出机的转速为150～230r/min；

所述的双螺杆挤出机加工温度为230～255℃；

步骤六，将从双螺杆挤出机中出来的物料进行水冷，造粒，得到硅藻土/尼龙-6复合材料粒料。本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

本发明所使用的无机填料硅藻土，具有大量的天然微孔结构，其高吸附性、高表面自由能，其他无机填料不可比拟。在塑料填充改性领域，无机物的加入在提高材料强度的同时，会使其韧性降低，本发明将硅藻土对尼龙-6进行填充改性，可以全面提高尼龙-6的强度、模量、韧性以及热变形温度，一方面降低了成本，减少尼龙-6的使用量，节能环保；另一方面拓宽了硅藻土的应用领域，提高了硅藻土的有效利用性。

附图说明

图1硅藻土含量对硅藻土/尼龙-6复合材料拉伸性能的影响

图2硅藻土含量对硅藻土/尼龙-6复合材料弯曲性能的影响

图3硅藻土含量对硅藻土/尼龙-6复合材料缺口冲击强度的影响

图4硅藻土含量对硅藻土/尼龙-6复合材料热变形温度的影响

具体实施方式

遵从上述技术方案，本发明通过下述实施例予以实现：

以重量百分数计，由以下原料组成：以重量百分数计，由以下原料组成：尼龙-6为70～95％，硅藻土为5～30％，原料的总量为100％，其中：

所使用的硅藻土来自吉林远通矿业有限公司，粒径为5～40μm，

硅藻土经过表面处理剂处理，其中：

表面处理剂为硬脂酸、硅烷偶联剂、铝酸酯、钛酸酯中的一种或多种混合物。

尼龙-6为中石化石家庄炼化分公司生产，熔体流动速率为15g/10min；

本发明实验方案按照以下步骤进行：

步骤一，将尼龙-6在干燥箱中干燥；

步骤二，将硅藻土在干燥箱中干燥；

步骤三，将干燥后的硅藻土使用KH550硅烷偶联剂进行干法处理，其中硅烷偶联剂用量为硅藻土的1wt％；

步骤四，将尼龙-6和步骤三中经表面处理的硅藻土按照配方比例预混，使得原料初步混合均匀，得到预混料，其中所述的配方比例以重量百分数计，由以下原料组成：尼龙-6为70～95％，硅藻土为5～30％，原料的总量为100％；

步骤五，将步骤四得到的预混料加入双螺杆挤出机中进行混炼，，其中：

所述的双螺杆挤出机的螺杆为同向平行双螺杆，长径比为32:1～48:1。

所述的双螺杆挤出机的转速为150～230r/min；

所述的双螺杆挤出机加工温度为230～255℃；

步骤六，将从双螺杆挤出机中出来的物料进行水冷，造粒，得到硅藻土/尼龙-6复合材料粒料。

本实验所用仪器为：

高速混炼机：Z512-1，北京钢化厂；

真空干燥箱：DZF-6020，北京陆希科技有限公司；

双螺杆挤出机：MHS-20，昆山美弧橡塑机械有限公司；

注塑机：Π1-90F2，东华机械有限公司；

电子万能拉力机：CMT4204，美特斯工业系统(中国)有限公司；

复合式摆锤冲击试验机：HIT-2492，承德市金建检测仪器有限公司；

热变形、维卡软化点温度测定仪：XRW-300，承德市金建检测仪器有限公司。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

以下实施例中，拉伸性能测试均按照GB 13022-91标准进行，弯曲性能测试均按照GB/T9341-2008标准进行，简支梁缺口冲击强度按照GB/T-1043.1-2008标准进行，热变形温度测试均按照GB1633-2000标准进行。

对比例：

本对比例，以重量百分数计，由以下原料组成：尼龙-6为100％。所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为210r/min，加工温度为一区230℃，二区235℃，三区240℃，四区245℃，机头240℃。

遵从上述制备方法制备本实施例的硅藻土/尼龙-6复合材料。

实施例1：

本对比例，以重量百分数计，由以下原料组成：尼龙-6为95％，经表面处理的硅藻土为5％，原料总量为100％。所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为210r/min，加工温度为一区230℃，二区235℃，三区240℃，四区245℃，机头240℃。

遵从上述制备方法制备本实施例的硅藻土/尼龙-6复合材料。

实施例2：

本对比例，以重量百分数计，由以下原料组成：尼龙-6为90％，经表面处理的硅藻土为10％，原料总量为100％。所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为210r/min，加工温度为一区230℃，二区235℃，三区240℃，四区245℃，机头240℃。

遵从上述制备方法制备本实施例的硅藻土/尼龙-6复合材料。

实施例3：

本对比例，以重量百分数计，由以下原料组成：尼龙-6为85％，经表面处理的硅藻土为15％，原料总量为100％。所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为210r/min，加工温度为一区230℃，二区235℃，三区240℃，四区245℃，机头240℃。

遵从上述制备方法制备本实施例的硅藻土/尼龙-6复合材料。

实施例4：

本对比例，以重量百分数计，由以下原料组成：尼龙-6为80％，经表面处理的硅藻土为20％，原料总量为100％。所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为210r/min，加工温度为一区230℃，二区235℃，三区240℃，四区245℃，机头240℃。

遵从上述制备方法制备本实施例的硅藻土/尼龙-6复合材料。

实施例5：

本对比例，以重量百分数计，由以下原料组成：尼龙-6为75％，经表面处理的硅藻土为25，原料总量为100％。所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为210r/min，加工温度为一区230℃，二区235℃，三区240℃，四区245℃，机头240℃。

遵从上述制备方法制备本实施例的硅藻土/尼龙-6复合材料。

将实施例1～5以及对比例所得到的硅藻土/尼龙6复合材料的粒料，使用注塑机注塑成标准样条，进行拉伸性能、弯曲性能、简支梁缺口冲击性能以及热变形温度进行测试。其测试结果分别如图1、图2、图3以及图4所示。由以上数据可以看出，经表面处理的硅藻土填充改性尼龙-6可以全面提高尼龙的强度、模量和韧性。复合材料的拉伸和弯曲性能随着硅藻土含量的增加而增大，硅藻土的添加量在25wt％时，与尼龙-6纯料相比，拉伸强度提高24％，弯曲强度提高33％，弹性模量提高96％，弯曲模量提高66％，当添加量为5wt％时，简支梁缺口冲击强度提高最多，达到9％，当硅藻土含量为20wt％使可使尼龙-6的热变形温度提高15℃。以上尼龙各种性能的提高，可以极大的扩大尼龙的应用领域，带来很好的产业利润。

Claims (2)

1.一种硅藻土/尼龙-6复合材料，其特征在于：以重量百分数计，由以下原料组成：尼龙-6为95%，经表面处理的硅藻土为5%；

所使用的硅藻土为粒径为5～40μm；

所述的尼龙-6熔体流动速率为15g/10min；

所述的硅藻土/尼龙-6复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

步骤一，将尼龙-6在干燥箱中干燥；

步骤二，将硅藻土在干燥箱中干燥；

步骤三，将干燥后的硅藻土使用KH550硅烷偶联剂进行干法处理，其中KH550硅烷偶联剂用量为硅藻土的1wt%，得到经表面处理的硅藻土；

步骤四，将尼龙-6和步骤三中经表面处理的硅藻土按照配方比例预混，使得原料初步混合均匀，得到预混料；

步骤五，将步骤四得到的预混料加入双螺杆挤出机中进行混炼，其中：

所述的双螺杆挤出机的螺杆为同向平行双螺杆；

所用双螺杆挤出机的直径为25cm，长径比为32：1，转速为210r/min，加工温度为一区230℃，二区235℃，三区240℃，四区245℃，机头240℃；

步骤六，将从双螺杆挤出机中出来的物料进行水冷，造粒，得到硅藻土/尼龙-6复合材料粒料。

2.如权利要求1所述的一种硅藻土/尼龙-6复合材料的制备方法，其特征在于：按照以下步骤进行：

步骤一，将尼龙-6在干燥箱中干燥；

步骤二，将硅藻土在干燥箱中干燥；

步骤三，将干燥后的硅藻土使用KH550硅烷偶联剂进行干法处理，其中KH550硅烷偶联剂用量为硅藻土的1wt%，得到经表面处理的硅藻土；

步骤四，将尼龙-6和步骤三中经表面处理的硅藻土按照配方比例预混，使得原料初步混合均匀，得到预混料，其中所述的配方比例以重量百分数计，由以下原料组成：尼龙-6为95%，经表面处理的硅藻土为5%；

步骤五，将步骤四得到的预混料加入双螺杆挤出机中进行混炼，其中：

所述的双螺杆挤出机的螺杆为同向平行双螺杆；

所用双螺杆挤出机的直径为25cm，长径比为32：1，转速为210r/min，加工温度为一区230℃，二区235℃，三区240℃，四区245℃，机头240℃；

步骤六，将从双螺杆挤出机中出来的物料进行水冷，造粒，得到硅藻土/尼龙-6复合材料粒料。