高强度尼龙6层合复合材料的制备方法
技术领域
本发明是关于层状复合材料技术领域,特别是关于一种高强度尼龙6层合复合材料的制备方法。
背景技术
碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastic CFRP)因其优异的耐腐蚀、热稳定性、高强度和抗冲击性能,在航空航天、战略武器、交通、医疗器械、体育用品、风电等多个领域得到了广泛的应用。航空航天领域:CFRP用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、大型运载火箭壳体、发动机壳体等。CFRP的比强度、比模量优于金属材料,线碰撞系数大大低于金属材料。一架波音787所用CFRP质量已占到机体质量的50%以上。空客A380机身上采用的CFRP达到了25%,而A350已经达到了53%。人造卫星大量采用以CFRP为主体的先进复合材料,主要应用于天线、夹层结构板、太阳能电池基板、椭圆抛物面天线反射器等,具备轻、强、刚和减震吸能的性质以及热膨胀系数小、热导率大的特性。CFRP被用于火箭排气椎体、发动机盖、发动机喷管、壳体、燃烧室、整流罩等部位可有效减轻质量,一枚三级火箭,第一级、第二级和第三级各减重1吨,相应的总质量可减重5kg、8kg和30-100kg。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度尼龙6层合复合材料的制备方法,其能够克服现有技术的缺点。
为实现上述目的,本发明提供了一种高强度尼龙6层合复合材料的制备方法,包括如下步骤:准备尼龙6粒料、经过预处理的短切碳纤维以及纳米氧化铝;将准备尼龙6粒料、经过预处理的短切碳纤维、纳米氧化铝以及加工助剂混合,得到物料A;对物料A进行密炼,得到物料B;对物料B进行挤出成型,得到第一种改性尼龙6粒料;对第一种改性尼龙6粒料进行模压成型,得到第一种改性尼龙6片材;准备尼龙6粒料以及纳米氧化铝;将尼龙6粒料、纳米氧化铝以及加工助剂混合,得到物料C;对物料C进行密炼,得到物料D;对物料D进行挤出成型,得到第二种改性尼龙6粒料;对第二种改性尼龙6粒料进行模压成型,得到第二种改性尼龙6片材;以及依次层叠第一层第二种改性尼龙6片材、第一层第一种改性尼龙6片材及第二层第二种改性尼龙6片材,并对所形成的层合体进行热压成型。
在一优选的实施方式中,在物料A中,以重量份计,尼龙6粒料占100-150份、经过预处理的短切碳纤维占40-70份、纳米氧化铝占9-12份,在物料C中,以重量份计,尼龙6粒料占100-150份、纳米氧化铝占12-15份。
在一优选的实施方式中,对物料A进行密炼是以如下条件进行的:密炼温度为260-270℃,密炼时间为30-50min。
在一优选的实施方式中,对物料B进行挤出成型是以如下条件进行的:单螺杆挤出机第一区温度为210-220℃、第二区温度为220-230℃、第三区温度为240-250℃、第四区温度为230-240℃,螺杆转速为80-90r/min。
在一优选的实施方式中,对第一种改性尼龙6粒料进行模压成型是以如下条件进行的:模压温度为240-250℃,模压压力为15-20MPa,第一种改性尼龙6片材厚度为0.5-1mm。
在一优选的实施方式中,对物料C进行密炼是以如下条件进行的:密炼温度为240-250℃,密炼时间为10-20min。
在一优选的实施方式中,对物料D进行挤出成型是以如下条件进行的:单螺杆挤出机第一区温度为210-220℃、第二区温度为220-230℃、第三区温度为230-240℃、第四区温度为220-230℃,螺杆转速为40-50r/min。
在一优选的实施方式中,对第二种改性尼龙6粒料进行模压成型是以如下条件进行的:模压温度为220-230℃,模压压力为10-15MPa,第二种改性尼龙6片材厚度为0.4-0.8mm。
在一优选的实施方式中,对所形成的层合体进行热压成型是以如下条件进行的:热压温度为240-250℃,热压压力为5-10MPa,保压时间为2-3min。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:复合材料具有重量轻、强度高的优点,因而得到了广泛的研究。现有技术文献(“纳米氧化铝/碳纤维多尺度增强聚酰胺基复合材料的制备工艺及力学性能”,西安建筑科技大学硕士学位论文)公开了一种多层复合材料的制备方法。该方法研究了多层尼龙6基掺杂纳米氧化铝以及碳纤维的复合材料的力学性能以及制备工艺。发明人发现,该方法的工艺存在如下问题:为了达到较高的强度,该方法要求板材具有一定的厚度,这就使得减重的目标难以达成。此外,该现有技术提出,加入纳米氧化铝虽然能够提高材料的弯曲强度,但是会增加脱层的风险,所以如何同时增加材料的弯曲强度以及层间剪切应力仍然是该现有技术不能解决的问题。针对现有技术的缺陷,本发明提出了一种基于尼龙6的复合材料,本发明所提出的复合材料弯曲强度高、层间剪切强度高,在厚度减小的情况下,仍然能够保证相当的强度,本发明的复合材料是一种轻质高强度的复合材料。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的方法流程图。
图2是根据本发明一实施方式的产品结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示,否则在整个说明书和权利要求书中,术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分,而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1是根据本发明一实施方式的方法流程图。图2是根据本发明一实施方式的产品结构示意图。如图所示,本发明的方法包括:
步骤101:准备尼龙6粒料、经过预处理的短切碳纤维以及纳米氧化铝(对短切碳纤维进行预处理是指将碳纤维用甲醇清洗,然后再将短切碳纤维浸泡在浓度适当的硅烷偶联剂中);
步骤102:将准备尼龙6粒料、经过预处理的短切碳纤维、纳米氧化铝以及加工助剂混合,得到物料A;
步骤103:对物料A进行密炼,得到物料B;
步骤104:对物料B进行挤出成型,得到第一种改性尼龙6粒料;
步骤105:对第一种改性尼龙6粒料进行模压成型,得到第一种改性尼龙6片材;
步骤106:准备尼龙6粒料以及纳米氧化铝;
步骤107:将尼龙6粒料、纳米氧化铝以及加工助剂混合,得到物料C;
步骤108:对物料C进行密炼,得到物料D;
步骤109:对物料D进行挤出成型,得到第二种改性尼龙6粒料;
步骤110:对第二种改性尼龙6粒料进行模压成型,得到第二种改性尼龙6片材;
步骤111:依次层叠第一层第二种改性尼龙6片材201、第一层第一种改性尼龙6片材202以及第二层第二种改性尼龙6片材203,并对所形成的层合体进行热压成型。
实施例1
高强度尼龙6层合复合材料的制备方法包括如下步骤:准备尼龙6粒料、经过预处理的短切碳纤维以及纳米氧化铝;将准备尼龙6粒料、经过预处理的短切碳纤维、纳米氧化铝以及加工助剂混合,得到物料A;对物料A进行密炼,得到物料B;对物料B进行挤出成型,得到第一种改性尼龙6粒料;对第一种改性尼龙6粒料进行模压成型,得到第一种改性尼龙6片材;准备尼龙6粒料以及纳米氧化铝;将尼龙6粒料、纳米氧化铝以及加工助剂混合,得到物料C;对物料C进行密炼,得到物料D;对物料D进行挤出成型,得到第二种改性尼龙6粒料;对第二种改性尼龙6粒料进行模压成型,得到第二种改性尼龙6片材;依次层叠第一层第二种改性尼龙6片材、第一层第一种改性尼龙6片材以及第二层第二种改性尼龙6片材,并对所形成的层合体进行热压成型。在物料A中,以重量份计,尼龙6粒料占100份、经过预处理的短切碳纤维占40份、纳米氧化铝占9份,在物料C中,以重量份计,尼龙6粒料占100份、纳米氧化铝占12份。对物料A进行密炼是以如下条件进行的:密炼温度为260℃,密炼时间为30min。对物料B进行挤出成型是以如下条件进行的:单螺杆挤出机第一区温度为210℃、第二区温度为220℃、第三区温度为240℃、第四区温度为230℃,螺杆转速为80r/min。对第一种改性尼龙6粒料进行模压成型是以如下条件进行的:模压温度为240℃,模压压力为15MPa,第一种改性尼龙6片材厚度为0.5mm。对物料C进行密炼是以如下条件进行的:密炼温度为240℃,密炼时间为10min。对物料D进行挤出成型是以如下条件进行的:单螺杆挤出机第一区温度为210℃、第二区温度为220℃、第三区温度为230℃、第四区温度为220℃,螺杆转速为40r/min。对第二种改性尼龙6粒料进行模压成型是以如下条件进行的:模压温度为220℃,模压压力为10MPa,第二种改性尼龙6片材厚度为0.4mm。对所形成的层合体进行热压成型是以如下条件进行的:热压温度为240℃,热压压力为5MPa,保压时间为2min。
实施例2
高强度尼龙6层合复合材料的制备方法包括如下步骤:准备尼龙6粒料、经过预处理的短切碳纤维以及纳米氧化铝;将准备尼龙6粒料、经过预处理的短切碳纤维、纳米氧化铝以及加工助剂混合,得到物料A;对物料A进行密炼,得到物料B;对物料B进行挤出成型,得到第一种改性尼龙6粒料;对第一种改性尼龙6粒料进行模压成型,得到第一种改性尼龙6片材;准备尼龙6粒料以及纳米氧化铝;将尼龙6粒料、纳米氧化铝以及加工助剂混合,得到物料C;对物料C进行密炼,得到物料D;对物料D进行挤出成型,得到第二种改性尼龙6粒料;对第二种改性尼龙6粒料进行模压成型,得到第二种改性尼龙6片材;依次层叠第一层第二种改性尼龙6片材、第一层第一种改性尼龙6片材以及第二层第二种改性尼龙6片材,并对所形成的层合体进行热压成型。在物料A中,以重量份计,尼龙6粒料占150份、经过预处理的短切碳纤维占70份、纳米氧化铝占12份,在物料C中,以重量份计,尼龙6粒料占150份、纳米氧化铝占15份。对物料A进行密炼是以如下条件进行的:密炼温度为270℃,密炼时间为50min。对物料B进行挤出成型是以如下条件进行的:单螺杆挤出机第一区温度为220℃、第二区温度为230℃、第三区温度为250℃、第四区温度为240℃,螺杆转速为90r/min。对第一种改性尼龙6粒料进行模压成型是以如下条件进行的:模压温度为250℃,模压压力为20MPa,第一种改性尼龙6片材厚度为1mm。对物料C进行密炼是以如下条件进行的:密炼温度为250℃,密炼时间为20min。对物料D进行挤出成型是以如下条件进行的:单螺杆挤出机第一区温度为220℃、第二区温度为230℃、第三区温度为240℃、第四区温度为230℃,螺杆转速为50r/min。对第二种改性尼龙6粒料进行模压成型是以如下条件进行的:模压温度为230℃,模压压力为15MPa,第二种改性尼龙6片材厚度为0.8mm。对所形成的层合体进行热压成型是以如下条件进行的:热压温度为250℃,热压压力为10MPa,保压时间为3min。
实施例3
高强度尼龙6层合复合材料的制备方法包括如下步骤:准备尼龙6粒料、经过预处理的短切碳纤维以及纳米氧化铝;将准备尼龙6粒料、经过预处理的短切碳纤维、纳米氧化铝以及加工助剂混合,得到物料A;对物料A进行密炼,得到物料B;对物料B进行挤出成型,得到第一种改性尼龙6粒料;对第一种改性尼龙6粒料进行模压成型,得到第一种改性尼龙6片材;准备尼龙6粒料以及纳米氧化铝;将尼龙6粒料、纳米氧化铝以及加工助剂混合,得到物料C;对物料C进行密炼,得到物料D;对物料D进行挤出成型,得到第二种改性尼龙6粒料;对第二种改性尼龙6粒料进行模压成型,得到第二种改性尼龙6片材;依次层叠第一层第二种改性尼龙6片材、第一层第一种改性尼龙6片材以及第二层第二种改性尼龙6片材,并对所形成的层合体进行热压成型。在物料A中,以重量份计,尼龙6粒料占110份、经过预处理的短切碳纤维占50份、纳米氧化铝占10份,在物料C中,以重量份计,尼龙6粒料占110份、纳米氧化铝占13份。对物料A进行密炼是以如下条件进行的:密炼温度为265℃,密炼时间为35min。对物料B进行挤出成型是以如下条件进行的:单螺杆挤出机第一区温度为212℃、第二区温度为222℃、第三区温度为242℃、第四区温度为232℃,螺杆转速为85r/min。对第一种改性尼龙6粒料进行模压成型是以如下条件进行的:模压温度为242℃,模压压力为16MPa,第一种改性尼龙6片材厚度为0.6mm。对物料C进行密炼是以如下条件进行的:密炼温度为242℃,密炼时间为12min。对物料D进行挤出成型是以如下条件进行的:单螺杆挤出机第一区温度为212℃、第二区温度为222℃、第三区温度为232℃、第四区温度为222℃,螺杆转速为42r/min。对第二种改性尼龙6粒料进行模压成型是以如下条件进行的:模压温度为222℃,模压压力为11MPa,第二种改性尼龙6片材厚度为0.5mm。对所形成的层合体进行热压成型是以如下条件进行的:热压温度为242℃,热压压力为6MPa,保压时间为2.5min。
实施例4
高强度尼龙6层合复合材料的制备方法包括如下步骤:准备尼龙6粒料、经过预处理的短切碳纤维以及纳米氧化铝;将准备尼龙6粒料、经过预处理的短切碳纤维、纳米氧化铝以及加工助剂混合,得到物料A;对物料A进行密炼,得到物料B;对物料B进行挤出成型,得到第一种改性尼龙6粒料;对第一种改性尼龙6粒料进行模压成型,得到第一种改性尼龙6片材;准备尼龙6粒料以及纳米氧化铝;将尼龙6粒料、纳米氧化铝以及加工助剂混合,得到物料C;对物料C进行密炼,得到物料D;对物料D进行挤出成型,得到第二种改性尼龙6粒料;对第二种改性尼龙6粒料进行模压成型,得到第二种改性尼龙6片材;依次层叠第一层第二种改性尼龙6片材、第一层第一种改性尼龙6片材以及第二层第二种改性尼龙6片材,并对所形成的层合体进行热压成型。在物料A中,以重量份计,尼龙6粒料占120份、经过预处理的短切碳纤维占60份、纳米氧化铝占10份,在物料C中,以重量份计,尼龙6粒料占120份、纳米氧化铝占14份。对物料A进行密炼是以如下条件进行的:密炼温度为265℃,密炼时间为40min。对物料B进行挤出成型是以如下条件进行的:单螺杆挤出机第一区温度为215℃、第二区温度为225℃、第三区温度为245℃、第四区温度为235℃,螺杆转速为85r/min。对第一种改性尼龙6粒料进行模压成型是以如下条件进行的:模压温度为245℃,模压压力为17MPa,第一种改性尼龙6片材厚度为0.7mm。对物料C进行密炼是以如下条件进行的:密炼温度为245℃,密炼时间为15min。对物料D进行挤出成型是以如下条件进行的:单螺杆挤出机第一区温度为215℃、第二区温度为225℃、第三区温度为235℃、第四区温度为225℃,螺杆转速为45r/min。对第二种改性尼龙6粒料进行模压成型是以如下条件进行的:模压温度为225℃,模压压力为12MPa,第二种改性尼龙6片材厚度为0.6mm。对所形成的层合体进行热压成型是以如下条件进行的:热压温度为245℃,热压压力为7MPa,保压时间为2.5min。
实施例5
高强度尼龙6层合复合材料的制备方法包括如下步骤:准备尼龙6粒料、经过预处理的短切碳纤维以及纳米氧化铝;将准备尼龙6粒料、经过预处理的短切碳纤维、纳米氧化铝以及加工助剂混合,得到物料A;对物料A进行密炼,得到物料B;对物料B进行挤出成型,得到第一种改性尼龙6粒料;对第一种改性尼龙6粒料进行模压成型,得到第一种改性尼龙6片材;准备尼龙6粒料以及纳米氧化铝;将尼龙6粒料、纳米氧化铝以及加工助剂混合,得到物料C;对物料C进行密炼,得到物料D;对物料D进行挤出成型,得到第二种改性尼龙6粒料;对第二种改性尼龙6粒料进行模压成型,得到第二种改性尼龙6片材;依次层叠第一层第二种改性尼龙6片材、第一层第一种改性尼龙6片材以及第二层第二种改性尼龙6片材,并对所形成的层合体进行热压成型。在物料A中,以重量份计,尼龙6粒料占140份、经过预处理的短切碳纤维占65份、纳米氧化铝占11份,在物料C中,以重量份计,尼龙6粒料占140份、纳米氧化铝占14.5份。对物料A进行密炼是以如下条件进行的:密炼温度为265℃,密炼时间为45min。对物料B进行挤出成型是以如下条件进行的:单螺杆挤出机第一区温度为218℃、第二区温度为228℃、第三区温度为248℃、第四区温度为238℃,螺杆转速为85r/min。对第一种改性尼龙6粒料进行模压成型是以如下条件进行的:模压温度为248℃,模压压力为19MPa,第一种改性尼龙6片材厚度为0.9mm。对物料C进行密炼是以如下条件进行的:密炼温度为248℃,密炼时间为18min。对物料D进行挤出成型是以如下条件进行的:单螺杆挤出机第一区温度为218℃、第二区温度为228℃、第三区温度为238℃、第四区温度为228℃,螺杆转速为48r/min。对第二种改性尼龙6粒料进行模压成型是以如下条件进行的:模压温度为228℃,模压压力为14MPa,第二种改性尼龙6片材厚度为0.7mm。对所形成的层合体进行热压成型是以如下条件进行的:热压温度为248℃,热压压力为9MPa,保压时间为2.5min。
对比例1
与实施例1不同的步骤或者参数在于:在物料A中,以重量份计,尼龙6粒料占180份、经过预处理的短切碳纤维占20份、纳米氧化铝占5份。
对比例2
与实施例1不同的步骤或者参数在于:在物料C中,以重量份计,尼龙6粒料占180份、纳米氧化铝占10份。
对比例3
与实施例1不同的步骤或者参数在于:对物料A进行密炼是以如下条件进行的:密炼温度为220℃,密炼时间为20min。
对比例4
与实施例1不同的步骤或者参数在于:对物料B进行挤出成型是以如下条件进行的:单螺杆挤出机第一区温度为205℃、第二区温度为215℃、第三区温度为235℃、第四区温度为225℃。
对比例5
与实施例1不同的步骤或者参数在于:对物料B进行挤出成型是以如下条件进行的:单螺杆挤出机第一区温度为225℃、第二区温度为235℃、第三区温度为255℃、第四区温度为245℃。
对比例6
与实施例1不同的步骤或者参数在于:对第一种改性尼龙6粒料进行模压成型是以如下条件进行的:模压温度为260℃,模压压力为10MPa。
对比例7
与实施例1不同的步骤或者参数在于:对物料C进行密炼是以如下条件进行的:密炼温度为260℃,密炼时间为25min。
对比例8
与实施例1不同的步骤或者参数在于:对物料D进行挤出成型是以如下条件进行的:单螺杆挤出机第一区温度为205℃、第二区温度为215℃、第三区温度为225℃、第四区温度为215℃。
对比例9
与实施例1不同的步骤或者参数在于:对第二种改性尼龙6粒料进行模压成型是以如下条件进行的:模压温度为235℃,模压压力为20MPa。
对比例10
与实施例1不同的步骤或者参数在于:对所形成的层合体进行热压成型是以如下条件进行的:热压温度为255℃,热压压力为3MPa,保压时间为5min。
对比例11
与实施例1不同的步骤或者参数在于:对所形成的层合体进行热压成型是以如下条件进行的:热压温度为235℃,热压压力为20MPa,保压时间为5min。
对比例12
与实施例1不同的步骤或者参数在于:第一种改性尼龙6片材厚度为1.5mm,第二种改性尼龙6片材厚度为1mm。
对实施例1-5以及对比例1-12进行弯曲强度以及层间剪切强度测试,测试方法是本领域公知的方法,测试结果参见表1。
表1
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。