CN105037711A - 一种抗静电尼龙6复合材料的制备方法及该复合材料 - Google Patents

一种抗静电尼龙6复合材料的制备方法及该复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抗静电尼龙6复合材料的制备方法及该复合材料，其原料包括己内酰胺、连续纤维织物、引发剂和催化剂，通过采用己内酰胺阴离子聚合反应，利用液体成型方法将反应液抽注到已经铺设好连续纤维织物并预热的模具中聚合得到连续纤维织物增强阴离子聚酰胺6复合材料，本发明制备的抗静电尼龙6复合材料具有优异的导电性能，同时具有优异的抗静电性能和力学性能，在航天航空、汽车工业、电子电器等领域具有重要的推广应用前景。

Description

一种抗静电尼龙6复合材料的制备方法及该复合材料
技术领域
本发明涉及一种抗静电尼龙6复合材料的制备方法及该复合材料，属于功能复合材料领域。
背景技术
尼龙6是一种用途广泛的通用工程塑料，具有优异的力学性能、热性能、耐磨性能和自润滑性能，已在航天航空、机械制造、汽车工业、电气工业等领域得到了广泛应用。尤其是采用阴离子聚合的单体浇铸尼龙，其分子量、结晶度、密度均比普通尼龙6高，因而机械强度、刚度和耐磨性更优异，在许多领域正逐步替代铜、铝、钢铁等金属材料。但是由于尼龙6的表面电阻一般在1014～1015Ω，导电性能较差。当与其它物质或材料表面接触或摩擦以后容易积累大量静电荷，严重时会造成重大事故和损失，极大限制了在很多重要领域的推广应用。因此，很有必要对单体浇铸尼龙6进行抗静电改性，赋予其较低的电阻值，消除静电危害。通常采用加入大量导电填料的方式改善尼龙6的抗静电性能，但大量导电填料的加入同时会导致复合材料力学性能的降低，影响尼龙6复合材料使用性能。
中国专利CN101565542A公开了一种导电MC尼龙材料及其生产方法，由于导电填料仅仅是简单混合在基体中，分散效果不佳，使得复合材料导电性能提升有限。中国专利CN102260406A报道了尼龙6纳米导电复合材料及其制备方法，对石墨、碳纤维和碳纳米管等导电填料通过硅烷偶联剂进行表面改性，得到尼龙6复合材料的导电性能较好，但是表面处理周期较长，同时复合材料力学性能未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种抗静电尼龙6复合材料的制备方法，该方法制备的抗静电尼龙6复合材料同时具有优异的抗静电性能和力学性能，在航天航空、汽车工业、电子电器等领域具有重要的推广应用前景。
本发明的另外一个目的在于提供一种抗静电尼龙6复合材料。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种抗静电尼龙6复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将导电填料置于120～200℃真空烘箱中加热干燥4～8小时；
(2)、将己内酰胺单体在反应容器中加热至110～130℃使物料融化，真空脱水0.5～1小时后加入引发剂，继续真空脱水0.5～1小时；解除真空，加入导电填料，升高反应液温度至130～150℃，高速搅拌分散乳化0.5～1小时后继续真空脱水0.5～1小时；
(3)、解除真空后加入催化剂分散1～8分钟，将反应液抽注到已预热至150～180℃的模具中，保温0.5～1小时后脱模，得到抗静电尼龙6复合材料。
在上述抗静电尼龙6复合材料的制备方法中，步骤(2)中真空脱水时的真空度小于或等于10-2Pa。
在上述抗静电尼龙6复合材料的制备方法中，步骤(2)中高速搅拌分散乳化采用高速均质机，转速为500～4000rpm。
在上述抗静电尼龙6复合材料的制备方法中，步骤(3)中采用真空辅助树脂模塑方法将反应液抽注到模具中，抽注反应液时的真空度为0.01～0.08MPa。
在上述抗静电尼龙6复合材料的制备方法中，导电填料为炭黑、天然石墨、膨胀石墨或鳞片石墨中的一种或组合，加入导电填料的质量与己内酰胺的质量比为：1～20：100。
在上述抗静电尼龙6复合材料的制备方法中，引发剂为甲醇钠、氢氧化钠或己内酰胺钠中的一种或组合，加入引发剂的质量与己内酰胺的质量比为：0.1～1：100。
在上述抗静电尼龙6复合材料的制备方法中，催化剂为甲苯2,4二异氰酸酯、甲苯2,6二异氰酸酯或四氢呋喃改性甲苯二异氰酸酯中的一种或组合，加入催化剂的质量与己内酰胺的质量比为：0.1～1：100。
一种抗静电尼龙6复合材料，包含如下质量份数的组份：
在上述抗静电尼龙6复合材料中，导电填料选自炭黑、天然石墨、膨胀石墨或鳞片石墨中的一种或组合；所述引发剂选自甲醇钠、氢氧化钠或己内酰胺钠中的一种或组合。
在上述抗静电尼龙6复合材料中，催化剂选自甲苯2,4二异氰酸酯、甲苯2,6二异氰酸酯或四氢呋喃改性甲苯二异氰酸酯中的一种或组合。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)、本发明针对传统方法直接将导电填料混合到尼龙树脂中，从而制备尼龙复合材料，存在分散效果不佳，复合材料导电性能提升有限的缺陷，提出了一种新的复合材料制备方法，直接采用己内酰胺单体进行原位聚合反应，反应中加入导电填料、催化剂和引发剂，同时设计了最优的反应路线，并对工艺参数进行了优化设计，实现了导电填料粒子在反应液中的均匀分散，显著提高己内酰胺阴离子聚合反应程度，使得制备出的尼龙6复合材料导电性能优异，兼具优良抗静电性能和力学性能；
(2)、本发明通过高速均质机分散和乳化导电填料，使导电填料粒子在树脂中的分散程度显著改善，从而大幅度提高尼龙6复合材料的抗静电性能；本发明采用真空辅助树脂传递模塑方法将反应液抽注到模具中成型，避免了反应液和空气中水汽接触，提高了聚合反应程度，改善了尼龙6复合材料的力学性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明抗静电尼龙6复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)、将导电填料置于120～200℃真空烘箱中加热干燥4～8小时；
(2)、将己内酰胺单体在反应容器中加热至110～130℃使物料融化，真空脱水0.5～1小时后加入引发剂，继续真空脱水0.5～1小时；解除真空，加入导电填料，升高反应液温度至130～150℃，高速搅拌分散乳化0.5～1小时后继续真空脱水0.5～1小时。其中真空脱水时的真空度小于或等于10-2Pa；高速搅拌分散乳化采用高速均质机，转速为500～4000rpm。
(3)、解除真空后加入催化剂分散1～8分钟，采用真空辅助树脂模塑方法将反应液抽注到已预热至150～180℃的模具中，保温0.5～1小时后脱模，抽注反应液时的真空度为0.01～0.08MPa，经精加工后得到本发明的抗静电尼龙6复合材料。
其中模具形状根据复合材料形状确定，可以为任意要求形状的模具，例如平板模具等。
其中导电填料为炭黑、天然石墨、膨胀石墨或鳞片石墨中的一种或组合，加入导电填料的质量与己内酰胺的质量比为：1～20：100。引发剂为甲醇钠、氢氧化钠或己内酰胺钠中的一种或组合，加入引发剂的质量与己内酰胺的质量比为：0.1～1：100。催化剂为甲苯2,4二异氰酸酯、甲苯2,6二异氰酸酯或四氢呋喃改性甲苯二异氰酸酯中的一种或组合，加入催化剂的质量与己内酰胺的质量比为：0.1～1：100。
本发明抗静电尼龙6复合材料，包含如下质量份数的组份：
其中导电填料选自炭黑、天然石墨、膨胀石墨或鳞片石墨中的一种或组合，颗粒尺寸0.1-100微米；所述引发剂选自甲醇钠、氢氧化钠或己内酰胺钠中的一种或组合；所述催化剂选自甲苯2,4二异氰酸酯、甲苯2,6二异氰酸酯或四氢呋喃改性甲苯二异氰酸酯中的一种或组合。
实施例1
将天然石墨在120℃真空烘箱中干燥8小时，然后在1L反应釜中加入100质量份己内酰胺单体，升温至110℃熔融，真空脱水0.5小时后加入0.1质量份甲醇钠，继续真空脱水0.5小时(真空度小于10-2Pa)，然后加入1质量份的天然石墨，采用高速均质机分散乳化0.5小时(转速500rpm)并加热至140℃，真空脱水1小时，解除真空后加入0.3质量份甲苯2,4二异氰酸酯，搅拌8分钟后迅速采用真空辅助树脂传递模塑工艺将反应液抽注到已经预热至150℃平板模具中(真空度0.08MPa)，0.5小时后脱模，经后加工得到抗静电尼龙6复合材料。复合材料典型性能见表1。
实施例2
将天然石墨在120℃真空烘箱中干燥8小时，然后在1L反应釜中加入100质量份己内酰胺单体，升温至110℃熔融，真空脱水1小时后加入0.3质量份甲醇钠，继续真空脱水0.5小时(真空度10-2Pa)，然后加入10质量份的天然石墨，采用高速均质机分散乳化1小时(转速2000rpm)并加热至140℃，真空脱水0.5小时，解除真空后加入0.6质量份四氢呋喃改性甲苯2,4二异氰酸酯，搅拌5分钟后迅速采用真空辅助树脂传递模塑工艺将反应液抽注到已经预热至170℃的平板模具中(真空度0.03MPa)，0.5小时后脱模，经后加工得到抗静电尼龙6复合材料。复合材料典型性能见表1。
实施例3
将天然石墨在120℃真空烘箱中干燥8小时，然后在1L反应釜中加入100质量份己内酰胺单体，升温至130℃熔融，真空脱水1小时后加入1质量份己内酰胺钠，继续真空脱水0.5小时(真空度10-2Pa)，然后加入20质量份的天然石墨，采用高速均质机分散乳化1小时(转速4000rpm)并加热至150℃，真空脱水0.5小时，解除真空后加入1质量份甲苯2,6二异氰酸酯，搅拌1分钟后迅速采用真空辅助树脂传递模塑工艺将反应液抽注到已经预热至180℃模具中(真空度0.01MPa)，1小时后脱模，经后加工得到抗静电尼龙6复合材料。复合材料典型性能见表1。
实施例4
将炭黑在150℃真空烘箱中干燥6小时，然后在1L反应釜中加入100质量份己内酰胺单体，升温至110℃熔融，真空脱水0.5小时后加入0.2质量份氢氧化钠，继续真空脱水0.5小时(真空度10-2Pa)，然后加入5质量份的炭黑，采用高速均质机分散乳化0.5小时(转速1000rpm)并加热至130℃，真空脱水1小时，解除真空后加入0.4质量份甲苯2,4二异氰酸酯，搅拌5分钟后迅速采用真空辅助树脂传递模塑工艺将反应液抽注到已经预热至160℃模具中(真空度0.02MPa)，0.5小时后脱模，经后加工得到抗静电尼龙6复合材料。复合材料典型性能见表1
实施例5
将膨胀石墨在200℃真空烘箱中干燥4小时，然后在1L反应釜中加入100质量份己内酰胺单体，升温至130℃熔融，真空脱水1小时后加入0.5质量份甲醇钠，继续真空脱水0.5小时(真空度小于10-2Pa)，然后加入10质量份的膨胀石墨，采用高速均质机分散乳化1小时(转速2000rpm)并加热至150℃，真空脱水0.5小时，解除真空后加入1质量份甲苯2,4二异氰酸酯，搅拌3分钟后迅速采用真空辅助树脂传递模塑工艺将反应液抽注到已经预热至170℃模具中(真空度0.08MPa)，1小时后脱模，经后加工得到抗静电尼龙6复合材料。复合材料典型性能见表1。
实施例6
将鳞片石墨在200℃真空烘箱中干燥4小时，然后在1L反应釜中加入100质量份己内酰胺单体，升温至120℃熔融，真空脱水1小时后加入0.2质量份甲醇钠，继续真空脱水0.5小时(真空度10-2Pa)，然后加入10质量份的鳞片石墨，采用高速均质机分散乳化1小时(转速3000rpm)并加热至150℃，真空脱水0.5小时，解除真空后加入1质量份甲苯2,4二异氰酸酯，搅拌1分钟后迅速采用真空辅助树脂传递模塑工艺将反应液抽注到已经预热至160℃模具中(真空度0.06MPa)，1小时后脱模，经后加工得到抗静电尼龙6复合材料。复合材料典型性能见表1。
比较例1
将天然石墨在120℃真空烘箱中干燥8小时，然后在1L反应釜中加入100质量份己内酰胺单体，升温至130℃熔融，真空脱水1小时后加入0.1质量份己内酰胺钠，继续真空脱水0.5小时(真空度10-2Pa)，解除真空后加入10质量份的天然石墨，采用普通机械搅拌1小时(转速2000rpm)并加热至140℃，真空脱水0.5小时，解除真空后加入0.3质量份甲苯2,6二异氰酸酯，搅拌3分钟后迅速将反应液浇铸到已经预热至170℃模具中(真空度0.03MPa)，1小时后脱模，经后加工得到抗静电尼龙6复合材料。复合材料典型性能见表1。
表1抗静电尼龙6复合材料基本性能
由表1可以看出采用本发明方法制备的抗静电尼龙6复合材料导电性能优异，同时具有优异的抗静电性能和力学性能，比较例1未采用高速均质机分散和真空辅助树脂传递模塑方法，性能有所降低。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种抗静电尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)、将导电填料置于120～200℃真空烘箱中加热干燥4～8小时；
(2)、将己内酰胺单体在反应容器中加热至110～130℃使物料融化，真空脱水0.5～1小时后加入引发剂，继续真空脱水0.5～1小时；解除真空，加入导电填料，升高反应液温度至130～150℃，高速搅拌分散乳化0.5～1小时后继续真空脱水0.5～1小时；
(3)、解除真空后加入催化剂分散1～8分钟，将反应液抽注到已预热至150～180℃的模具中，保温0.5～1小时后脱模，得到抗静电尼龙6复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种抗静电尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中真空脱水时的真空度小于或等于10-2Pa。
3.根据权利要求1所述的一种抗静电尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中高速搅拌分散乳化采用高速均质机，转速为500～4000rpm。
4.根据权利要求1所述的一种抗静电尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中采用真空辅助树脂模塑方法将反应液抽注到模具中，抽注反应液时的真空度为0.01～0.08MPa。
5.根据权利要求1～4之一所述的一种抗静电尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于：所述导电填料为炭黑、天然石墨、膨胀石墨或鳞片石墨中的一种或组合，加入导电填料的质量与己内酰胺的质量比为：1～20：100。
6.根据权利要求1～4之一所述的一种抗静电尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于：所述引发剂为甲醇钠、氢氧化钠或己内酰胺钠中的一种或组合，加入引发剂的质量与己内酰胺的质量比为：0.1～1：100。
7.根据权利要求1～4之一所述的一种抗静电尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于：所述催化剂为甲苯2,4二异氰酸酯、甲苯2,6二异氰酸酯或四氢呋喃改性甲苯二异氰酸酯中的一种或组合，加入催化剂的质量与己内酰胺的质量比为：0.1～1：100。
8.一种抗静电尼龙6复合材料，其特征在于：包含如下质量份数的组份：
9.根据权利要求1所述的一种抗静电尼龙6复合材料，其特征在于：所述导电填料选自炭黑、天然石墨、膨胀石墨或鳞片石墨中的一种或组合；所述引发剂选自甲醇钠、氢氧化钠或己内酰胺钠中的一种或组合。
10.根据权利要求1所述的一种抗静电尼龙6复合材料，其特征在于：所述催化剂选自甲苯2,4二异氰酸酯、甲苯2,6二异氰酸酯或四氢呋喃改性甲苯二异氰酸酯中的一种或组合。
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