CN1098886C - 一种高含量玻璃纤维增强铸型尼龙复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高含量玻璃纤维增强铸型尼龙复合材料的制备方法，首先对玻璃纤维进行预处理：使偶联剂溶于水形成溶液，再将要处理的玻璃纤维加入到水溶液中，将处理后的玻璃纤维与己内酰胺单体混合均匀，加热并脱水，再加入催化剂和活化剂，迅速浇铸到已预热的模具中，脱模，即为本发明的高含量玻璃纤维增强铸型尼龙复合材料。用本发明的方法制备的复合材料，其拉伸强度、拉伸弹性模量、弯曲强度和弯曲弹性模量都有较大的提高。

Description

一种高含量玻璃纤维增强铸型尼龙复合材料的制备方法

本发明涉及一种用高含量玻璃纤维增强铸型尼龙复合材料的制备方法，属材料科学技术领域。

铸型尼龙是在常压下将熔融的原料己内酰胺单体用强碱性的物质作催化剂，与活化剂等助剂一起，直接注入预热到一定温度的模具中，物料在模具内很快地进行聚合反应，凝结成白色坚韧的固体坯件。铸型尼龙的特点是：质量轻，密度一般在1.15～1.16；减振降噪；良好的回弹性；具有耐磨性和自润滑性，适宜于在不能添加润滑剂的工况下使用；良好的机械性能，机械强度比普通尼龙高得多，韧性好，抗冲击，耐疲劳。铸型尼龙作为耐磨自润滑工程塑料在很多工业领域获得应用，如石油、天然气输送管线上的大型球阀密封环和轴套，钻井用泥浆泵的活塞体，各种传动结构部件如轴瓦、轴套、船用螺旋桨、纺织机梭子、齿轮等。随着铸型尼龙实际应用的扩展，对其性能提出了更高的要求。特别是其与钢铁材料相比较低的机械强度，难以满足大型工件对材料性能的要求。因此，在保持其优良特点的同时，如何进一步提高其力学性能，开发材料潜能，成为扩大其应用的关键。

本发明的目的是提出一种高含量玻璃纤维增强铸型尼龙复合材料的制备方法，使该种复合材料不仅具有铸型尼龙的良好性能特点，而且具有较铸型尼龙更高的拉伸强度，弯曲强度等力学性能，摩擦学性能也得到提高，从而能用此材料制备出承载能力更高的工件。

本发明提出的高含量玻璃纤维增强铸型尼龙复合材料的制备方法，包括以下各步骤：

(1)玻璃纤维的预处理：取待处理的玻璃纤维量的0.1-2％的偶联剂溶于水形成溶液，该偶联剂为：γ-氨丙基三乙氧基硅烷即KH550或钛酸酯，加水量为使全部纤维都浸到溶液中，再将要处理的玻璃纤维加入到水溶液中30分钟，取出晾干，再放到120℃的烘箱中干燥1小时，备用；

(2)将处理后的玻璃纤维与己内酰胺单体混合均匀，玻璃纤维的加入量为20-40％，纤维单丝直径10μm左右，长度100-200μm，放入容器内加热至110-130℃，使物料熔化，容器抽真空脱水，真空度为10^-1～10^-3Pa；

(3)打开阀门，解除真空，加入催化剂氢氧化钠，加入量∶与单体的摩尔比为0.002～0.003∶1，抽真空至10^-1～10^-3Pa，加热到130℃；

(4)打开阀门，解除真空，加入活化剂甲苯二异氰酸酯，加入量∶与单体的摩尔比为0.002～0.003∶1；

(5)迅速浇铸到已预热至150-180℃的模具中，保温5分钟后脱模，即为本发明的高含量玻璃纤维增强铸型尼龙复合材料。

用本发明的方法制备的复合材料，其主要性能特点是：拉伸强度达到90Mpa-110MPa，拉伸弹性模量达到4100Mpa-7500Mpa，弯曲强度达到160Mpa-210Mpa，弯曲弹性模量达到3800Mpa-6900MPa，缺口冲击韧性达到11kJ/m-15kJ/m，均较单体铸型尼龙有较大的提高；摩擦学性能也有了明显的改善。

实施例一：

按下述步骤制备高含量玻璃纤维增强单体铸型尼龙复合材料：

(1)玻璃纤维的预处理：取待处理的玻璃纤维量的0.5％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷即KH550作为偶联剂，将该偶联剂溶于水形成溶液，加水量以能够使全部纤维都浸到溶液中为宜，再将要处理的玻璃纤维加入到水溶液中30分钟，取出晾干，再放到120℃的烘箱中干燥1小时，备用；

(2)将处理后的玻璃纤维与己内酰胺单体混合均匀，玻璃纤维的加入量为20％，纤维单丝直径10μm左右，长度100-200μm；放入容器内加热至120℃左右，使物料熔化，容器抽真空脱水，真空度为10^-2Pa；

(3)打开阀门，解除真空，加入催化剂氢氧化钠，加入量∶与单体的摩尔比为0.002∶1，抽真空至10^-2Pa，加热到130℃；

(4)打开阀门，解除真空，加入活化剂甲苯二异氰酸酯，加入量∶与单体的摩尔比为0.002∶1；

(5)迅速浇铸到已预热至160℃的模具中，保温5分钟后脱模，即为本发明的高含量玻璃纤维增强铸型尼龙复合材料。

实施例二：

按下述步骤制备高含量玻璃纤维增强单体铸型尼龙复合材料：

(1)玻璃纤维的预处理：取待处理玻璃纤维量的1.5％的钛酸酯作为偶联剂，将该偶联剂溶于水形成溶液，加水量以能够使全部纤维都浸到溶液中为宜，再将要处理的玻璃纤维加入到水溶液中30分钟，取出晾干，再放到120℃的烘箱中干燥1小时，备用；

(2)将处理后的玻璃纤维与己内酰胺单体混合均匀，玻璃纤维的加入量为30％，纤维单丝直径10μm左右，长度100-200μm；放入容器内加热至120℃左右，使物料熔化，容器抽真空脱水，真空度为10^-1Pa；

(3)打开阀门，解除真空，加入催化剂氢氧化钠，加入量∶与单体的摩尔比为0.002∶1，抽真空至10^-1Pa，加热到130℃；

(4)打开阀门，解除真空，加入活化剂甲苯二异氰酸酯，加入量∶与单体的摩尔比为0.002∶1；

(5)迅速浇铸到已预热至165℃的模具中，保温5分钟后脱模，即为本发明的高含量玻璃纤维增强铸型尼龙复合材料。

实施例三：

按下述步骤制备高含量玻璃纤维增强单体铸型尼龙复合材料：

(1)玻璃纤维的预处理：取待处理玻璃纤维量的1.8％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷即KH550作为偶联剂，将该偶联剂溶于水形成溶液，加水量以能够使全部纤维都浸到溶液中为宜，再将要处理的玻璃纤维加入到水溶液中30分钟，取出晾干，再放到120℃的烘箱中干燥1小时，备用；

(2)将处理后的玻璃纤维与己内酰胺单体混合均匀，玻璃纤维的加入量为40％，纤维单丝直径10μm左右，长度100-200μm；放入容器内加热至120℃左右，使物料熔化，容器抽真空脱水，真空度为10^-3Pa；

(3)打开阀门，解除真空，加入催化剂氢氧化钠，加入量：与单体的摩尔比为0.003∶1，抽真空至10^-3Pa，加热到130℃；

(4)打开阀门，解除真空，加入活化剂甲苯二异氰酸酯，加入量∶与单体的摩尔比为0.003∶1；

(5)迅速浇铸到已预热至170℃的模具中，保温5分钟后脱模，即为本发明的高含量玻璃纤维增强铸型尼龙复合材料。

Claims (1)

1、一种高含量玻璃纤维增强铸型尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下各步骤：

(1)玻璃纤维的预处理：取待处理的玻璃纤维量的0.1-2％的偶联剂溶于水形成溶液，该偶联剂为：γ-氨丙基三乙氧基硅烷或钛酸酯，加水量为使全部纤维都浸到溶液中，再将要处理的玻璃纤维加入到水溶液中30分钟，取出晾干，再放到120℃的烘箱中干燥1小时，备用；

(2)将处理后的玻璃纤维与己内酰胺单体混合均匀，玻璃纤维的加入量为占单体的20-40％，纤维单丝直径10μm左右，长度100-200μm，放入容器内加热至110-130℃，使物料熔化，容器抽真空脱水，真空度为10^-1～10^-3Pa；

(3)打开阀门，解除真空，加入催化剂氢氧化钠，加入量：催化剂与单体的摩尔比为：催化剂∶单体＝0.002～0.003∶1，抽真空至10^-1～10^-3Pa，加热到130℃；

(4)打开阀门，解除真空，加入活化剂甲苯二异氰酸酯，加入量：活化剂与单体的摩尔比为：活化剂∶单体＝0.002～0.003∶1；

(5)迅速浇铸到已预热至150-180℃的模具中，保温5分钟后脱模，即为本发明的高含量玻璃纤维增强铸型尼龙复合材料。