CN105086429A - 一种高刚性高强度锦纶及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高刚性高强度锦纶及其制备工艺。本发明的高刚性高强度锦纶，按重量份计，包括以下原料：40～70份锦纶树脂、20～30份玻璃纤维、1～5份碳纤维、0.5～2份无机晶须、1～10份偶联剂、0.5～1份抗氧剂。原料中添加了玻璃纤维、碳纤维、无机晶须作为增强材料，通过控制三种添加材料的用量，在偶联剂的作用下很好地分散在锦纶树脂中，三者相互协同共同提高了锦纶材料的刚性和强度。本发明的制备工艺简单，便于批量生产。

Description

一种高刚性高强度锦纶及其制备工艺

技术领域

本发明涉及锦纶技术领域，尤其涉及一种高刚性高强度锦纶及其制备工艺。

背景技术

锦纶，学名聚酰胺纤维，俗称尼龙(Nylon)，英文名称Polyamide(简称PA)，锦纶是聚酰胺纤维的商品名称，密度1.15g/cm3，是分子主链上含有重复酰胺基团(－NHCO－)的热塑性树脂总称。主要品种有锦纶6和锦纶66。锦纶具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适于用玻璃纤维和其它填料填充增强改性，以此提高材料性能和扩大应用范围。

玻纤增强锦纶具有较高的机械强度，耐磨性和耐腐蚀性优良，传统玻纤增强材料的玻纤含量一般在50％以下，能够满足一般塑料制品的要求，但相对于金属材料超高的强度和尺寸稳定性来言，传统玻纤增强锦纶还不能够达到以塑代钢的目的。一般来说，玻璃纤维含量越高，尼龙的力学性能越高，近年来，市场上出现的一些高刚性尼龙，就是玻璃纤维含量高的增强尼龙，最高含量可达到60％。但实际生产中应根据市场需要来确定玻璃纤维的含量。玻璃纤维含量太高时，对设备的磨损更严重，缩短螺杆的使用寿命。另外，玻璃纤维含量对熔体流动性能有较大影响。随着玻璃纤维含量的增加，产品的流动性下降，因而为成型加工带来一定的不利影响，对于大型、复杂结构的制件必须考虑如何保证物料加工的流动性，同时，还应改变加工工艺，以满足制品的要求。玻纤含量太大时，材料的冲击韧性下降，材料变脆，影响其使用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种高刚性高强度锦纶，本发明制备的锦纶具有优良的力学性能，刚性高、强度高。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种高刚性高强度锦纶，按重量份计，包括以下原料：

40～70份锦纶树脂，例如40份、45份、50份、55份、60份、65份、70份；20～30份玻璃纤维，例如20份、21份、22份、25份、27份、29份、30份；1～5份碳纤维，例如1份、2份、3份、4份、5份；0.5～2份无机晶须，例如0.5份、0.8份、0.9份、1份、1.5份、1.6份、1.8份、2份；1～10份偶联剂，例如1份、3份、4份、6份、7份、8份、10份；0.5～1份抗氧剂，例如0.5份、0.6份、0.8份、0.9份、1份。

玻璃纤维增强锦纶材料是较为常用的纤维增强改性方法。玻璃纤维具有高强度、耐候、耐热、绝缘性好等特点，与其它纤维相比较，玻璃纤维的价格低廉，是廉价髙性能增强材料。一般采用含碱金属氧化物在2％以下的无碱玻纤。玻纤组成不同，强度和模量也不相同。玻璃纤维的主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等，根据玻璃中碱含量的多少，可分为无碱玻璃纤维(氧化钠0％～2％，属铝硼硅酸盐玻璃)、中碱玻璃纤维(氧化钠8％～12％,属含硼或不含硼的钠钙硅酸盐玻璃)和高碱玻璃纤维(氧化钠13％以上，属钠钙硅酸盐玻璃)。如直径为5μm的纤维，无碱玻纤的抗张强度为2000MPa，而中碱玻纤(含碱金属氧化物6％～12％)抗张强度只有1600MPa。

玻璃纤维在增强塑料中的分散形式有平行排列、相互垂直、杂乱排列、织物形状排布等，对制品的力学性能都有很大影响。玻璃纤维含量对塑料制品的力学性能也有很大影响。玻璃纤维与基体树脂界面粘接情况，对玻璃纤维增强塑料的影响最为重要。若界面粘接不好，玻璃纤维就发挥不了增强作用，因此常用偶联剂处理玻璃纤维表面，以此提高玻璃纤维的增强效果。偶联剂是某些具有特定基团的化合物，它能通过化学或物理作用将两种性质差异很大的材料结合起来。硅烷偶联剂在玻纤表面的应用能起到改善结合力的作用，玻纤表面经有机化处理后，增强了玻纤与尼龙间的粘接力，提高了产品的力学性能。

碳纤维，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。但是碳纤维的价格昂贵，作为填充材料需要考虑其成本，本发明通过调节碳纤维与其他添加材料如玻璃纤维和无机晶须的用量，在起到增强锦纶刚性和强度的同时，降低原料的成本。

无机晶须作为一种新型的增强材料，具有强度高、耐热、耐磨导电、绝缘、阻燃等许多优良的优点和功能。

优选地，本发明中，所述锦纶为锦纶6和/或锦纶66，所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维，所述无机晶须为氧化锌晶须和/或氧化镁晶须，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。

本发明的目的之二在于提供一种高刚性高强度锦纶的制备工艺，包括如下步骤：

(1)按重量份计，称取40～70份锦纶树脂、20～30份玻璃纤维、1～5份碳纤维、0.5～2份无机晶须、1～10份偶联剂、0.5～1份抗氧剂；

(2)将锦纶树脂、偶联剂、抗氧剂混合均匀，加入双螺杆挤出机，将玻璃纤维、碳纤维、无机晶须通过侧喂料装置处均匀加入，挤出、冷却、干燥、切粒，制备得到高刚性高强度锦纶。

优选地，所述螺杆挤出机的挤出温度为265～285℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的一种高刚性高强度锦纶，按重量份计，原料包括40～70份锦纶树脂、20～30份玻璃纤维、1～5份碳纤维、0.5～2份无机晶须、1～10份偶联剂、0.5～1份抗氧剂；原料中添加了玻璃纤维、碳纤维、无机晶须作为增强材料，通过控制三种添加材料的用量，在偶联剂的作用下很好地分散在锦纶树脂中，三者相互协同共同提高了锦纶材料的刚性和强度；同时也有效控制了原料的成本；另外，偶联剂的加入使玻璃纤维与碳纤维、无机晶须与锦纶树脂的相容性，有效提高了材料的流动性，减少了材料表面的浮纤。本发明的制备工艺简单，便于批量生产。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。

实施例1

按重量份计，称取60份锦纶树脂、30份铝硼硅酸盐玻璃、5份碳纤维、2份氧化锌晶须、5份硅烷偶联剂、0.8份四[β-(3,5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；将锦纶树脂、硅烷偶联剂、四[β-(3,5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯混合均匀，加入双螺杆挤出机，将铝硼硅酸盐玻璃、碳纤维、氧化锌晶须通过侧喂料装置处均匀加入，从螺筒的第五区和第七区的侧喂料装置处均匀加入，挤出、冷却、干燥、切粒，双螺杆挤出机的加工条件为：第一至第四区的温度为265℃，第五区的温度为270℃，第六至第八区的温度为280℃，第九区的温度为270℃，主机转速为300转/分钟，制备得到高刚性高强度锦纶。

实施例2

按重量份计，称取50份锦纶树脂、25份铝硼硅酸盐玻璃、3份碳纤维、1.5份氧化镁晶须、7份硅烷偶联剂、0.6份四[β-(3,5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；将锦纶树脂、硅烷偶联剂、四[β-(3,5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯混合均匀，加入双螺杆挤出机，将铝硼硅酸盐玻璃、碳纤维、氧化镁晶须通过侧喂料装置处均匀加入，从螺筒的第五区和第七区的侧喂料装置处均匀加入，挤出、冷却、干燥、切粒，双螺杆挤出机的加工条件为：第一至第四区的温度为270℃，第五区的温度为275℃，第六至第八区的温度为285℃，第九区的温度为280℃，主机转速为280转/分钟，制备得到高刚性高强度锦纶。

实施例3

按重量份计，称取40份锦纶树脂、20份铝硼硅酸盐玻璃、2份碳纤维、1份氧化锌晶须、6份硅烷偶联剂、0.7份四[β-(3,5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；将锦纶树脂、硅烷偶联剂、四[β-(3,5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯混合均匀，加入双螺杆挤出机，将铝硼硅酸盐玻璃、碳纤维、氧化锌晶须通过侧喂料装置处均匀加入，从螺筒的第五区和第七区的侧喂料装置处均匀加入，挤出、冷却、干燥、切粒，双螺杆挤出机的加工条件为：第一至第四区的温度为265℃，第五区的温度为270℃，第六至第八区的温度为280℃，第九区的温度为270℃，主机转速为300转/分钟，制备得到高刚性高强度锦纶。

实施例	拉伸强度(MPa)	弯曲强度(MPa)	缺口冲击强度(KJ/m2)
				实施例1	257	331	18.4
实施例2	263	357	20.1
				实施例3	242	339	19.7

本发明制备的锦纶具有优良的力学性能，刚性高、强度高。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (8)

1.一种高刚性高强度锦纶，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：40～70份锦纶树脂、20～30份玻璃纤维、1～5份碳纤维、0.5～2份无机晶须、1～10份偶联剂、0.5～1份抗氧剂。

2.根据权利要求1所述的一种高刚性高强度锦纶，其特征在于，所述锦纶为锦纶6和/或锦纶66。

3.根据权利要求1所述的一种高刚性高强度锦纶，其特征在于，所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维。

4.根据权利要求1所述的一种高刚性高强度锦纶，其特征在于，所述无机晶须为氧化锌晶须和/或氧化镁晶须。

5.根据权利要求1所述的一种高刚性高强度锦纶，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

6.根据权利要求1所述的一种高刚性高强度锦纶，其特征在于，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。

7.一种如权利要求1～6任一项所述的高刚性高强度锦纶的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)按重量份计，称取40～70份锦纶树脂、20～30份玻璃纤维、1～5份碳纤维、0.5～2份无机晶须、1～10份偶联剂、0.5～1份抗氧剂；

(2)将锦纶树脂、偶联剂、抗氧剂混合均匀，加入双螺杆挤出机，将玻璃纤维、碳纤维、无机晶须通过侧喂料装置处均匀加入，挤出、冷却、干燥、切粒，制备得到高刚性高强度锦纶。

8.根据权利要求7所述的高刚性高强度锦纶的制备工艺，其特征在于，所述螺杆挤出机的挤出温度为265～285℃。