CN105504794A - 一种混杂纤维增强尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混杂纤维增强尼龙复合材料及其制备方法。本发明的混杂纤维增强尼龙复合材料组分按重量份分别为：尼龙树脂30～80份、纤维A？10～30份，纤维B？10～30份、增韧剂0～10份、抗氧剂0.1～1份、加工助剂0.2～2份。与目前市场上常见的碳纤维增强尼龙复合材料相比，本发明的混杂纤维复合材料在保持较高的拉伸强度、拉伸模量、冲击强度等性能的同时，价格大幅下降。

Description

一种混杂纤维增强尼龙复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及到一种混杂纤维增强尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术
目前，碳纤维增强尼龙复合材料是世界上特殊领域首选的高性能增强材料。碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、密度小等多种优异性能，被广泛应用于航空航天军事及民用的机械电子、建筑材料、文体、汽车等各个领域。然而，碳纤维在高性能的同时，价格相对比较昂贵，在民用领域上使用受到限制，使得纯碳纤维增强尼龙普遍应用因为价格的原因还存在一定的困难。混杂纤维增强尼龙复合材料就是从市场出发，为了解决一些特殊工业产品纯碳纤维增强尼龙价格上不能接受的情况下开发的一种混杂纤维增强尼龙复合材料，用部分玄武岩纤维代替碳纤维，在较大的提高增强尼龙的力学性能和其他性能，同时也能较大的降低产品的价格。
发明内容
为了克服现有的技术不足，本发明提供一种力学性能好，而且价格相对便宜的混杂纤维增强尼龙复合材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种混杂纤维增强尼龙复合材料，包括以下重量份计的原料：尼龙树脂：30～80份；短切纤维A：10～30份；短切纤维B：10～30份；增韧剂：0～10份；抗氧剂0.1～1份；加工助剂0.2～2份。
上述复合材料中，所述的尼龙树脂可以尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙6T和尼龙9T中的一种或者几种尼龙的组合。
所述的短切纤维A为经过硅烷偶联剂表面处理的短切玄武岩纤维，其长度为6mm，短切纤维B为经过硅烷偶联剂表面处理的短切聚丙烯碳纤维或沥青基短切碳纤维，其长度为6mm。
所述的增韧剂为马来酸酐接枝的EPDM、POE和SEBS中的一种或者几种组合。
所述的抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168复配而成。
所述的其他助剂为润滑剂或者色粉。
一种制备上述混杂纤维增强尼龙复合材料的方法，其步骤为：
(1)按照重量配比称取原料尼龙树脂及其它助剂；
(2)将称好的原材料投入到高速混合器中干混3～5min；
(3)短切纤维A和短切纤维B按照一定比例混合均匀；
(4)将步骤(2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，并在双螺杆挤出机的侧喂料口中加入经步骤(3)得到的混合纤维；
(5)将步骤(4)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
所述步骤(4)的主喂料转速为30～50r.p.m，侧喂料20～60r.p.m。
步骤(4)的双螺杆挤出机转速为300～400r.p.m。
步骤(4)的双螺杆挤出机各段温度在220～280℃之间。
本发明的有益效果是：通过本发明制备了混杂纤维增强尼龙复合材料具有机械强度高、耐高温、质轻、易加工等多种优异性能；本发明的制备方法操作简单，产品价格具有优势，适合工业化生产和推广。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。
在实施例复合材料配方中，使用的尼龙树脂尼龙6生产商为广东新会美达锦纶股份有限公司，型号为M2000，其相对粘度为2.0，密度为1.131g/cm3。尼龙66生产商为平顶山神马工程塑料有限责任公司，相对粘度为2.7，密度为1.134g/cm3。短切纤维A吉林通鑫玄武岩科技有限公司提供的玄武岩纤维，纤维长度为6mm，直径为9um，其拉伸强度为2100MPa，弹性模量为105GPa；短切纤维B为韩国TYM公司提供，经过表面处理的短切聚丙烯碳纤维，其直径为7um，拉伸强度为4300MPa，弹性模量为230GPa，其型号为T70-PA6。增韧剂MAH-g-POE为上海久聚高分子提供；抗氧剂为生产商为Ciba公司，商品牌号为Irganox1010和Irganox168；加工助剂中采用的润滑剂为硬脂酸钙。
为便于对本发明进一步理解，现结合具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：
1)：按照重量配比称取原料尼龙6树脂76.5份，并经烘箱烘干；并加入0.3份抗氧剂，3份马来酸酐接枝POE(MAH-g-POE)及0.2份加工助剂在高速机中搅拌混合均匀；
2)：将短切纤维A和短切碳纤维B按照1：1比例混合；
3)：将步骤(1)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧向喂料口中加入经步骤(2)得到的混合纤维，使得混合纤维重量份数为20份；双螺杆挤出机从加料口到机头的温度分别为220℃，220℃，230℃，240℃，240℃，240℃，245℃，245℃，240℃，其转速为380r.p.s，混合物在双螺杆挤出机内受到剪切、熔融等复合处理。
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
实施例2：
1)：按照重量配比称取原料尼龙6树脂66.5份，并经烘箱烘干；并加入0.3份抗氧剂，3份马来酸酐接枝POE(MAH-g-POE)及0.2份加工助剂在高速机种搅拌混合均匀；
2)：将短切纤维A和短切碳纤维B按照1：1比例混合；
3)：将步骤(1)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧向喂料口中加入经步骤(2)得到的混合纤维，使得混合纤维重量份数为30份；双螺杆挤出机从加料口到机头的温度分别为220℃，220℃，230℃，240℃，240℃，240℃，245℃，245℃，240℃，其转速为380r.p.s，混合物在双螺杆挤出机内受到剪切、熔融等复合处理。
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
实施例3：
1)：按照重量配比称取原料尼龙66树脂76.5份，并经烘箱烘干；并加入0.3份抗氧剂，3份马来酸酐接枝POE(MAH-g-POE)及0.2份加工助剂在高速机种搅拌混合均匀；
2)：将短切纤维A和短切纤维B按照1：1比例混合均匀；
3)：将步骤(1)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧向喂料口中加入经步骤(2)得到的混合纤维，使得混合纤维重量份数为20份；双螺杆挤出机从加料口到机头的温度分别为240℃，240℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，其转速为380r.p.s，混合物在双螺杆挤出机内受到剪切、熔融等复合处理。
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
实施例4：
1)：按照重量配比称取原料尼龙66树脂66.5份，并经烘箱烘干；并加入0.3份抗氧剂，3份马来酸酐接枝POE(MAH-g-POE)及0.2份加工助剂在高速机种搅拌混合均匀；
2)：将短切纤维A和短切纤维B按照1：1比例混合均匀；
3)：将步骤(1)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧向喂料口中加入经步骤(2)得到的混合纤维，使得混合纤维重量份数为30份；双螺杆挤出机从加料口到机头的温度分别为240℃，240℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，其转速为380r.p.s，混合物在双螺杆挤出机内受到剪切、熔融等复合处理。
4)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例1：
1)：按照重量配比称取原料尼龙6树脂81.5份，并经烘箱烘干；并加入0.3份抗氧剂，3份马来酸酐接枝POE(MAH-g-POE)及0.2份加工助剂在高速机种搅拌混合均匀；
2)：将步骤(1)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧向喂料口中加入短切碳纤维B，控制短切碳纤维B重量份数为15份；双螺杆挤出机从加料口到机头的温度分别为220℃，220℃，230℃，240℃，240℃，240℃，245℃，245℃，240℃，其转速为380r.p.s，混合物在双螺杆挤出机内受到剪切、熔融等复合处理。
3)：将步骤(2)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例2：
1)：按照重量配比称取原料尼龙6树脂76.5份，并经烘箱烘干；并加入0.3份抗氧剂，3份马来酸酐接枝POE(MAH-g-POE)及0.2份加工助剂在高速机种搅拌混合均匀；
2)：将步骤(1)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧向喂料口短切碳纤维B，使得纤维重量份数为20份；双螺杆挤出机从加料口到机头的温度分别为240℃，240℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，其转速为380r.p.s，混合物在双螺杆挤出机内受到剪切、熔融等复合理。
3)：将步骤(2)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例3：
1)：按照重量配比称取原料尼龙6树脂71.5份，并经烘箱烘干；并加入0.3份抗氧剂，3份马来酸酐接枝POE(MAH-g-POE)及0.2份加工助剂在高速机种搅拌混合均匀；
2)：将步骤(1)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧向喂料口中加入短切玄武岩纤维A，控制短切碳纤维B重量份数为25份；双螺杆挤出机从加料口到机头的温度分别为220℃，220℃，230℃，240℃，240℃，240℃，245℃，245℃，240℃，其转速为380r.p.s，混合物在双螺杆挤出机内受到剪切、熔融等复合处理。
3)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例4：
1)：按照重量配比称取原料尼龙66树脂81.5份，并经烘箱烘干；并加入0.3份抗氧剂，3份马来酸酐接枝POE(MAH-g-POE)及0.2份加工助剂在高速机种搅拌混合均匀；
2)：将步骤(1)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧向喂料口中加入短切玄武岩纤维A，控制短切碳纤维B重量份数为15份；双螺杆挤出机从加料口到机头的温度分别为240℃，240℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，其转速为380r.p.s，混合物在双螺杆挤出机内受到剪切、熔融等复合处理。
3)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例5：
1)：按照重量配比称取原料尼龙66树脂76.5份，并经烘箱烘干；并加入0.3份抗氧剂，3份马来酸酐接枝POE(MAH-g-POE)及0.2份加工助剂在高速机种搅拌混合均匀；
2)：将步骤(1)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧向喂料口中加入短切玄武岩纤维A，控制短切短切碳纤维B重量份数为20份；双螺杆挤出机从加料口到机头的温度分别为240℃，240℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，其转速为380r.p.s，混合物在双螺杆挤出机内受到剪切、熔融等复合处理。
3)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例6：
1)：按照重量配比称取原料尼龙66树脂71.5份，并经烘箱烘干；并加入0.3份抗氧剂，3份马来酸酐接枝POE(MAH-g-POE)及0.2份加工助剂在高速机种搅拌混合均匀；
2)：将步骤(1)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，所述的主喂料器的转速为30r.p.m，并在双螺杆挤出机的侧向喂料口中加入短切玄武岩纤维A，控制短切玄短切碳纤维B重量份数为25份；双螺杆挤出机从加料口到机头的温度分别为240℃，240℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，260℃，其转速为380r.p.s，混合物在双螺杆挤出机内受到剪切、熔融等复合处理。
3)：将步骤(3)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
性能测试：
拉伸强度和拉伸模量按照ASTM/D638标准进行检测，拉伸速度为50mm/min；弯曲强度和弯曲模量按照ASTM/D790标准进行检测，弯曲速度为20mm/min；缺口冲击强度按照ASTMD/D256标准进行检测；冲击强度按照ASTMD/D4812标准进行检测；
实施例1-4的配方及材料性能见表1：
表1
表2：
从以上实施例和比较例性能可以看出，本发明的混杂纤维增强尼龙复合材料是一种高强度、高抗冲击性、高耐热且制品尺寸性能稳定优良的复合材料，如按照实施例1，玄武岩纤维和碳纤维各为10％增强PA6，其力学性能高于对比例2(纤维含量为15％增强PA6)，按照目前市场上的玄武岩纤维价格为碳纤维的5％左右计算，其价格远低于碳纤维增强尼龙；本发明的制备方法操作简单，产品价格具有优势，适合工业化生产和应用。

Claims (10)

1.一种混杂纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：包括以下重量份计的原料：尼龙树脂：30～80份；短切纤维A：10～30份；短切纤维B：10～30份；增韧剂：0～10份；抗氧剂0.1～1份；加工助剂0.2～2份。
2.根据权利要求1所述的一种混杂纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：所述的尼龙树脂可以尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙6T和尼龙9T中的一种或者几种尼龙的组合。
3.根据权利要求1所述的一种混杂纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：所述的短切纤维A为经过硅烷偶联剂表面处理的短切玄武岩纤维，其长度为6mm，短切纤维B为经过硅烷偶联剂表面处理的短切聚丙烯碳纤维或沥青基短切碳纤维，其长度为6mm。
4.根据权利要求1所述的一种混杂纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为马来酸酐接枝的EPDM、POE和SEBS中的一种或者几种组合。
5.根据权利要求1所述的一种混杂纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168复配而成。
6.根据权利要求1所述的一种混杂纤维增强尼龙复合材料，其特征在于：所述的其他助剂为润滑剂或者色粉。
7.一种制备权利要求1-6任意之一所述混杂纤维增强尼龙复合材料的方法，其特征在于：其步骤为：
(1)按照重量配比称取原料尼龙树脂及其它助剂；
(2)将称好的原材料投入到高速混合器中干混3～5min；
(3)短切纤维A和短切纤维B按照一定比例混合均匀；
(4)将步骤(2)得到的物质经主喂料器送入双螺杆挤出机中，并在双螺杆挤出机的侧喂料口中加入经步骤(3)得到的混合纤维；
(5)将步骤(4)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理。
8.根据权利要求7所述的一种混杂纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)的主喂料转速为30～50r.p.m，侧喂料20～60r.p.m。
9.根据权利要求7所述的一种混杂纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)的双螺杆挤出机转速为300～400r.p.m。
10.根据权利要求7所述的一种混杂纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)的双螺杆挤出机各段温度在220～280℃之间。
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