CN105585839A - 添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料的制备方法，将炭黑进行酸处理后与已二胺等发生反应制得改性炭黑，并碳纤维进行酸处理，将尼龙6、改性炭黑、酸处理碳纤维按一定质量比称量后在挤出机中熔融共混挤出，得到添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料。本发明制备的添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料具有良好的力学性能，可用于加工制成可抗静电、力学性能良好的塑料风扇叶片等零部件，可拓展尼龙6的应用范围。

Description

添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子复合材料的制备技术，特别涉及一种尼龙6复合材料的制备方法。
背景技术
尼龙6又名聚酰胺6，是一种工程塑料，可用于制作塑料齿轮、风扇叶片、汽车零部件等。尼龙6具有韧性好、耐磨等一系列优点,但也存在着吸湿性大、制品尺寸稳定性差、耐强酸强碱性差等缺点。采用尼龙6制成的塑料风扇叶片等零部件，在其运转使用过程中，有时候容易产生静电而对机器设备不利，为了克服这一缺点，可将具有导电性的炭黑、碳纤维添加到尼龙6中制成尼龙6/炭黑/碳纤维复合材料。但无机的炭黑和碳纤维与有机的尼龙6共混复合改性时，存在复合材料内部的界面结合性不高的问题，从而影响尼龙6/炭黑/碳纤维复合材料的力学性能，添加硅烷类偶联剂可在一定程度上改善复合材料内部的界面结合性能。将酸处理后的炭黑与已二胺等发生反应，同时对碳纤维进行酸处理，再将改性炭黑、酸处理碳纤维、尼龙6在挤出机中熔融共混，以增强无机的炭黑和碳纤维与有机的尼龙6的界面结合从而改善尼龙6的性能，这样的研究目前尚未见诸报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种在尼龙6中添加改性炭黑和碳纤维的复合材料制备方法，利用该方法制备出的尼龙6复合材料具有良好的力学性能。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，改性炭黑的制备：
（1）按质量比，炭黑∶浓硫酸∶浓硝酸=1∶（1～2）∶（0.5～1），将上述组分称量混合，室温下搅拌后过滤,用过量水洗涤滤出物，然后将滤出物干燥，得到酸处理炭黑；
（2）按质量比，酸处理炭黑∶已二胺∶1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐∶1-羟基苯并三唑=100∶（8～12）∶（4～6）∶（1～3），将上述组分称量混合，室温下在球磨机中球磨，得到改性炭黑；
第二步，按质量比，碳纤维∶浓硫酸∶浓硝酸=1∶（1～2）∶（0.5～1），将上述组分称量混合，室温下搅拌后过滤,用过量水洗涤滤出物，然后将滤出物干燥，得到酸处理碳纤维；
第三步，按质量比，尼龙6∶改性炭黑∶酸处理碳纤维=100∶（15～20）∶（1～2），将上述组分称量混合，得到混合料；
第四步，将混合料加入双螺杆挤出机中，在不高于250℃条件下熔融共混挤出，得到添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料。
上述步骤中，第一步（1）中搅拌时间为24～36小时，第一步（2）中球磨时间为24～36小时，第二步中搅拌时间为24～36小时，第四步中挤出温度分四段设置，从进料口到出料口依次为220℃-230℃-240℃-245℃。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明制备改性炭黑时，在少量1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑的促进作用下，将酸处理后的炭黑与已二胺发生反应，在炭黑表面接枝氨基从而对炭黑表面进行有机化改性，使得改性炭黑、酸处理碳纤维、尼龙6在挤出机中进行熔融共混时，改性炭黑表面接枝的氨基、酸处理碳纤维表面的羧基、尼龙6分子链上的氨基之间发生一定的结合作用，以增强无机的炭黑和碳纤维与有机的尼龙6的界面结合，从而使制得的添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料具有良好的力学性能。
本发明制得的添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料，可用于加工制成具有抗静电性能和力学性能良好塑料风扇叶片等零部件，可拓展尼龙6的应用范围。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
一种添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，按表1的质量比配方，顺序制备酸处理炭黑①、改性炭黑②，其中，①在室温下搅拌后过滤,用过量水洗涤滤出物，然后将滤出物干燥，②在室温下在球磨机中球磨；
第二步，按表1的质量比配方，制备酸处理碳纤维③，其中，③在室温下搅拌后过滤,用过量水洗涤滤出物，然后将滤出物干燥；
第三步，按表1的质量比配方称量混合，得到混合料④；
第四步，将混合料④加入双螺杆挤出机中，在分段温度条件下熔融共混挤出（从进料口到出料口分四段，温度依次设置为220℃-230℃-240℃-245℃），得到添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料。
性能评价方式及实行标准：
将按表1的质量比组成配方制备的材料制成试样，分别按ASTMD790标准测试弯曲强度、按ASTMD638标准测试拉伸强度、按ASTMD256标准测试冲击强度。
上述测试的结果见表2。
表1实施例1～5及对比例1的质量比组成配方
。
从表2的力学性能数据可以看到：在尼龙6、炭黑、碳纤维的配比相同的情况下，与采用普通偶联剂（3-氨基丙基三乙氧基硅烷，即KH550）处理的尼龙6/炭黑/碳纤维复合材料（对比例1）相比，将改性后的炭黑和酸处理后的碳纤维添加到尼龙6中制成的复合材料（实施例1）的弯曲强度、冲击强度、拉伸强度均更好；实施例2～5均具有良好的力学性能。这说明：对炭黑进行酸处理后再用已二胺等对其进行改性处理、同时对碳纤维进行酸处理的方法，有利于提高尼龙6/炭黑/碳纤维复合材料的力学性能，使制得的添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料的力学性能良好。
表2实施例1～5及对比例1的性能测试结果
弯曲强度(Mpa) 冲击强度(kJ/m2) 拉伸强度(Mpa)
实施例1 110.6 7.9 73.1
实施例2 112.4 7.8 72.5
实施例3 111.6 7.9 73.6
实施例4 109.7 7.5 68.7
实施例5 108.5 7.5 67.3
对比例1 105.2 7.1 63.5

Claims (5)

1.一种添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，改性炭黑的制备：
（1）按质量比，炭黑∶浓硫酸∶浓硝酸=1∶（1～2）∶（0.5～1），将上述组分称量混合，室温下搅拌后过滤,用过量水洗涤滤出物，然后将滤出物干燥，得到酸处理炭黑；
（2）按质量比，酸处理炭黑∶已二胺∶1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐∶1-羟基苯并三唑=100∶（8～12）∶（4～6）∶（1～3），将上述组分称量混合，室温下在球磨机中球磨，得到改性炭黑；
第二步，按质量比，碳纤维∶浓硫酸∶浓硝酸=1∶（1～2）∶（0.5～1），将上述组分称量混合，室温下搅拌后过滤,用过量水洗涤滤出物，然后将滤出物干燥，得到酸处理碳纤维；
第三步，按质量比，尼龙6∶改性炭黑∶酸处理碳纤维=100∶（15～20）∶（1～2），将上述组分称量混合，得到混合料；
第四步，将混合料加入双螺杆挤出机中，在不高于250℃条件下熔融共混挤出，得到添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料。
2.如权利要求1所述的添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于，第一步（1）中搅拌时间为24～36小时。
3.如权利要求1所述的添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于，第一步（2）中球磨时间为24～36小时。
4.如权利要求1所述的添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于，第二步中搅拌时间为24～36小时。
5.如权利要求1所述的添加改性炭黑和碳纤维的尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于，第四步中挤出温度分四段设置，从进料口到出料口依次为220℃-230℃-240℃-245℃。
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