CN109468703A - 一种尼龙铜复合材料、制备方法及其应用 - Google Patents

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郭文晓
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何代华
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Abstract

本发明提出了一种尼龙铜复合材料、制备方法及其应用，其中尼龙铜复合材料，包含以下成分：铜组分、碳纳米管、硅烷偶联剂及尼龙；各成分为粉末状且的各成分的质量百分比分别为：铜组分3％～30％；碳纳米管质量分数为1％～5％；硅烷偶联剂0.1％～1％；余量为尼龙。本发明使用了一定含量的碳纳米管，碳纳米管材料具有良好的力学性能，可以显著增加复合材料的强度：碳纳米管材料的中空结构，可以让海水通过碳纳米管深入到材料内部，内部的铜组分就有机会参与反应实现铜离子的溶出，从而发挥其防海生物附着的作用。

Description

一种尼龙铜复合材料、制备方法及其应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种尼龙铜复合材料、制备方法及其应用。
背景技术
在传统的海产品养殖上，网箱网衣普遍采用尼龙材料，但是尼龙网箱耐生物附着性能较差，在海区使用一段时间后，网箱网衣上会布满海洋附着生物，其中最主要的类群是藻类、水螅、外肛动物、龙介虫、双壳类、藤壶和海鞘等。大量生物的附着，不仅影响渔网箱体内的水流畅通，减少了养殖品的活动空间，而且影响了养殖品的生长与口感，严重的还会导致养殖鱼类生病，故而需要养殖户频繁进行人工维护，费时费力。因此开发低成本、耐腐蚀、防生物污着的材料就成为一个热点问题。
现有技术中，采用共混法，将铜粉掺入尼龙中制备出尼龙铜复合材料，利用铜材料的天然杀菌性能实现了尼龙铜复合材料抗生物污着的目的。但这种尼龙铜复合材料，由于大部分铜粉末被尼龙包裹，尼龙耐蚀性好，在使用过程中，除了表面暴露的铜之外，尼龙内的铜和海水不接触，很难溶出，尼龙内的铜无法发挥抗海生物附着的作用，造成材料抗海生物附着持续的时间短，抗海生物附着持续的效果差，另一方面也造成了铜的浪费。如何使得尼龙铜复合材料内部的铜组分能和海水接触，以便顺利溶出，就成为抗海生物附着型尼龙铜复合材料急需要解决的问题之一。此外，尼龙铜复合材料在海水中浸泡时，材料中的铜粉末部分溶出，相应的在材料中会形成空洞，造成材料强度降低。
因此，如何在保证尼龙强度的前提下，使得尼龙铜复合材料内部的铜组分和海水接触以顺利溶出，就成为抗海生物附着型尼龙铜复合材料急需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尼龙铜复合材料、制备方法及其应用，在兼顾尼龙强度的同时，使得尼龙铜复合材料内部的铜组分和海水接触以顺利溶出。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
本发明提出了一种尼龙铜复合材料，其特征在于，包含以下成分：铜组分、碳纳米管、硅烷偶联剂及尼龙；其中，所述各成分为粉末状且的各成分的质量百分比分别为：铜组分3％～30％；碳纳米管质量分数为1％～5％；硅烷偶联剂0.1％～1％；余量为尼龙。
优选地，所述铜组分的粒度为60目～400目。
优选地，所述铜组分由金属铜及铜的氧化物组成。
优选地，所述金属铜为纯铜或铜含量大于55％的铜合金。
优选地，所述铜的氧化物为氧化铜或氧化亚铜。
优选地，所述尼龙为同类尼龙或者不同类尼龙的混合物。
本发明还提出了一种尼龙铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)干燥；
将尼龙、碳纳米管以及铜组分分别放入干燥箱中并在温度为60～150℃条件下分别干燥；
2)制备尼龙铜复合材料；
将干燥后的尼龙、碳纳米管、铜组分以及硅烷偶联剂按照质量比放入混合机汇总混合均匀后取出，获取尼龙铜复合材料。
本发明还提出了一种尼龙铜复合材料的应用，将所述尼龙复合材料加入双螺旋挤出机中，经熔融共混后挤出，水冷后经切粒机造粒，获取尼龙铜复合丝；所述尼龙铜复合丝制作成海水围殖网箱及网衣。
优选地，所述双螺杆挤出机的挤出温度为220℃～235℃。
与现有技术相比，本发明的优点为：
1)本发明使用了一定含量的碳纳米管，碳纳米管材料具有良好的力学性能，碳纳米管的抗拉强度达到50Gpa～200Gpa，因此可以显著增加复合材料的强度：碳纳米管材料主要是由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，层与层之间保持固定的距离，因此碳纳米管材料是中空结构，可以让海水通过碳纳米管深入到材料内部，内部的铜组分就有机会参与反应实现铜离子的溶出，从而发挥其防海生物附着的作用；
2)本发明的成分中只有铜组分、碳纳米管、硅烷偶联剂及尼龙这些常见组分，成分简单，制备方法简单；
3)本发明不仅具有良好的抗生物附着性能，而且具有良好的机械性能，使用寿命长。
具体实施方式
下面将对本发明的尼龙铜复合材料、制备方法及其应用进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
实施例1
一种尼龙铜复合材料，其组分为：铜，质量分数为10％；碳纳米管，质量分数为1％；硅烷偶联剂，质量分数为0.5％；以及尼龙6余量。铜组分以粉末形式添加，粉末尺寸为100目，其中铜组分为2份纯铜和1份氧化铜。将配方中成分经过干燥,混合均匀后获取尼龙铜复合材料，然后使用双螺杆挤出机挤出尼龙铜复合材料，造粒后注塑成型得到尼龙铜复合丝。制备得到的尼龙铜复合丝的强度为70MPa，在海水中使用2年，使用过程中没有发现海生物污着。
实施例二
一种尼龙铜复合材料，其组分为：铜，质量分数为3％；碳纳米管，质量分数为1％；硅烷偶联剂，质量分数为0.1％；以及尼龙6余量。铜组分以粉末形式添加，粉末尺寸为200目，其中铜组分为1份纯铜和1份氧化铜。将配方中成分经过干燥,混合均匀，获取尼龙铜复合材料，然后使用双螺杆挤出机挤出尼龙铜复合材料，造粒后注塑成型得到尼龙铜复合丝。制备得到的尼龙铜复合丝的强度70MPa，在海水中使用2年，没有发现海生物污着。
实施例三
一种尼龙铜复合材料，其组分为：铜，质量分数为30％；碳纳米管，质量分数为5％；硅烷偶联剂，质量分数为1％；以及尼龙6余量。铜组分以粉末形式添加，粉末尺寸为200目，其中铜组分为3份纯铜和1份氧化铜。将配方中成分经过干燥,混合均匀，获取尼龙铜复合材料，然后使用双螺杆挤出机挤出尼龙铜复合材料，造粒后注塑成型得到尼龙铜复合丝。制备得到的尼龙铜复合丝强度80MPa，在海水中使用2年，没有发现海生物污着。
实施例四
一种尼龙铜复合材料，其组分为：铜，质量分数为10％；碳纳米管，质量分数为5％；硅烷偶联剂，质量分数为0.5％；以及尼龙6余量。铜组分以粉末形式添加，粉末尺寸为100目，其中铜组分为1份纯铜和2份氧化铜。将配方中成分经过干燥,混合均匀，获取尼龙铜复合材料，然后使用双螺杆挤出机挤出尼龙铜复合材料，造粒后注塑成型得到尼龙铜复合丝。制备得到的尼龙铜复合丝的强度80MPa，在海水中使用1年，没有发现海生物污着。
实施例五
一种尼龙铜复合材料，其组分为：铜，质量分数为20％；碳纳米管，质量分数为3％；硅烷偶联剂，质量分数为0.5％；以及尼龙6余量。铜组分以粉末形式添加，粉末尺寸为400目，其中铜组分为1份纯铜和3份氧化铜。将配方中成分经过干燥,混合均匀，获取尼龙铜复合材料，然后使用双螺杆挤出机挤出尼龙铜复合材料，造粒后注塑成型得到尼龙铜复合丝。制备得到的尼龙铜复合丝的强度70MPa，在海水中使用1年，没有发现海生物污着。
实施例六
一种尼龙铜复合材料，其组分为：铜，质量分数为20％；碳纳米管，质量分数为3％；硅烷偶联剂，质量分数为0.5％；以及尼龙66余量。铜组分以粉末形式添加，粉末尺寸为300目，其中铜组分为1份纯铜和3份氧化铜。将配方中成分经过干燥,混合均匀，获取尼龙铜复合材料，然后使用双螺杆挤出机挤出尼龙铜复合材料，造粒后注塑成型得到尼龙铜复合丝。制备得到的尼龙铜复合丝的强度70MPa，在海水中使用2年，没有发现海生物污着。
实施例七
一种尼龙铜复合材料，其组分为：铜，质量分数为20％；碳纳米管，质量分数为3％；硅烷偶联剂，质量分数为0.5％；以及尼龙11余量。铜组分以粉末形式添加，粉末尺寸为300目，其中铜组分为1份纯铜和3份氧化铜。将配方中成分经过干燥,混合均匀，获取尼龙铜复合材料，然后使用双螺杆挤出机挤出尼龙铜复合材料，造粒后注塑成型得到尼龙铜复合丝。制备得到的尼龙铜复合丝强度70MPa，在海水中使用2年，没有发现海生物污着。
进一步地，尼龙为同类尼龙或者不同类尼龙的混合物。在其他实施例中，尼龙可以为尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙610、尼龙612、尼龙1010、尼龙46、尼龙7、尼龙9以及尼龙13中的任意2种的混合物。
进一步地，在其他实施例中，进一步在尼龙铜复合材料中加入抗氧化剂等物质，在双螺杆挤出机中经熔融共混后挤出、水冷及切粒机造粒。
实施例1～7中，本发明使用了一定含量的碳纳米管，可以显著增加复合材料的强度。根据研究，碳纳米管具有良好的力学性能，碳纳米管的抗拉强度达到50～200Gpa，是钢的100倍，至少比常规石墨纤维高一个数量级；对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa。它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。
实施例1～7中，本发明使得尼龙铜复合材料内部的铜组分和海水接触以顺利溶出。由于碳纳米管的内部为中空结构，因此可以让海水通过碳纳米管深入到本发明的内部，内部的铜组分就有机会参与反应实现铜离子的溶出，从而发挥其防海生物附着的作用；
据实施例1～7所涉及的尼龙铜复合材料、该尼龙铜复合材料的制备方法及应用，复合材料中含有铜、偶联剂、碳纳米管以及尼龙这些常见组分，成分简单。提供的尼龙铜复合材料的制备方法将尼龙粉末、铜粉末、碳纳米管以及偶联剂的混合，并在一定挤出温度下制得尼龙铜复合丝，制备方法简单，易操作。实施例中提供的尼龙铜复合材料用于制成尼龙铜复合丝，并将尼龙铜复合丝制作成海水围殖网箱，该海水围殖网箱不仅具有良好的抗生物附着性能，而且具有良好的耐海水腐蚀性能，使用寿命长。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种尼龙铜复合材料，其特征在于，包含以下成分：铜组分、碳纳米管、硅烷偶联剂及尼龙；其中，所述各成分为粉末状且的各成分的质量百分比分别为：铜组分3％～30％；碳纳米管质量分数为1％～5％；硅烷偶联剂0.1％～1％；余量为尼龙。
2.根据权利要求1所述的尼龙铜复合材料，其特征在于，所述铜组分的粒度为60目～400目。
3.根据权利要求1所述的尼龙铜复合材料，其特征在于，所述铜组分由金属铜及铜的氧化物组成。
4.根据权利要求3所述的尼龙铜复合材料，其特征在于，所述金属铜为纯铜或铜含量大于55％的铜合金。
5.根据权利要求3所述的尼龙铜复合材料，其特征在于，所述铜的氧化物为氧化铜或氧化亚铜。
6.根据权利要求1所述的尼龙铜复合材料，其特征在于，所述尼龙为同类尼龙或者不同类尼龙的混合物。
7.一种尼龙铜复合材料的制备方法，用于制备如权利要求1～6之任一项所述的尼龙铜复合材料，其特征在于，包括以下步骤：
1)干燥；
将尼龙、碳纳米管以及铜组分分别放入干燥箱中并在温度为60～150℃条件下分别干燥；
2)制备尼龙铜复合材料；
将干燥后的尼龙、碳纳米管、铜组分以及硅烷偶联剂按照质量比放入混合机汇总混合均匀后取出，获取尼龙铜复合材料。
8.一种如权利要求1～6之任一项所述的尼龙铜复合材料的应用，其特征在于，将所述尼龙复合材料加入双螺旋挤出机中，经熔融共混后挤出，水冷后经切粒机造粒，获取尼龙铜复合丝；所述尼龙铜复合丝制作成海水围殖网箱及网衣。
9.根据权利要求8所述的尼龙铜复合材料的应用，其特征在于，所述双螺杆挤出机的挤出温度为220℃～235℃。
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US20050045030A1 (en) * 2003-08-29 2005-03-03 Anna-Lee Tonkovich Process for separating nitrogen from methane using microchannel process technology
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张东兴等: "《聚合物基复合材料科学与工程》", 30 June 2017, 哈尔滨工业大学出版社 *

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