CN110358293A - 一种尼龙复合材料及其制备原料和制备装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子复合材料领域，公开了一种尼龙复合材料及其制备原料和制备装置及方法。所述尼龙复合材料的制备方法包括以下步骤：S1、连续玻璃纤维的预处理：将连续玻璃纤维在巴多胺溶液中浸渍0.5～5h，再往所述多巴胺溶液中加入Tris缓冲液以将其pH值调节至8～9之后继续浸渍4～6h，接着依次进行烘干、水洗和烘干，得到预处理连续玻璃纤维；S2、包覆处理：将所述预处理连续玻璃纤维于240～260℃下加热预分散，之后浸渍于由所述尼龙、相容剂、润滑剂和抗氧剂熔融挤出所得的熔融液中，接着进行冷却、切粒并任选再进行气味脱除，即得到所述尼龙复合材料。采用本发明提供的方法得到的尼龙复合材料的机械强度高且表面不会产生浮纤。

Description

一种尼龙复合材料及其制备原料和制备装置及方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种尼龙复合材料及其制备原料和制备装置及方法。
背景技术
尼龙作为一种重要的工程塑料，具有自润滑、耐化学腐蚀和热稳定好等特点，被广泛应用于汽车和电子电器领域。然而，虽然尼龙具有以上优良的特性，但是其分子结构中存在的极性酰胺键使其极易吸湿，从而引起尼龙制品的尺寸稳定性差、强度不高且低温及干态缺口冲击韧性差，极大地限制了其应用领域的拓展。
采用纤维作为增强体可显著改善尼龙的机械强度和尺寸稳定性。其中，连续纤维增强热塑性塑料(LFRT)作为一种新型的纤维增强技术，由于制品中纤维残留长度得到了最大的保留，可以显著提高材料的机械性能和尺寸稳定性并降低材料翘曲。但是由于连续玻璃纤维表面呈惰性，在尼龙基体中不易分散，这样往往会造成所得尼龙复合材料的性能缺陷和表面浮纤，影响消费者体验。因此，实现玻璃纤维与尼龙树脂的良好浸润性，是提高尼龙复合材料强度并改善表面浮纤的有效途径。目前常用的方法是添加硅氧烷偶联剂和相容剂以改善玻璃纤维和尼龙树脂之间的相容性，但是效果并不理想。
发明内容
本发明的目的是为了克服尼龙和玻璃纤维的相容性不好而导致尼龙复合材料强度低且表面会产生浮纤的缺陷，而提供一种强度高且表面不会产生浮纤的尼龙复合材料及其制备原料和制备装置及方法。
具体地，本发明提供了一种尼龙复合材料的制备原料，其中，所述尼龙复合材料的制备原料由如下组分组成：尼龙31～88wt％、连续玻璃纤维10～60wt％、浓度为1～5g/L的多巴胺溶液、相容剂1～6wt％、润滑剂0.5～2wt％和抗氧剂0.5～1wt％，所述连续玻璃纤维和多巴胺溶液的质量比为(25～50):1，各组分的总含量的100wt％。
进一步的，所述尼龙选自PA6、PA66、PA11、PA12、PA46、PA610、PA612和PA1010中的至少一种。
进一步的，所述尼龙的相对粘度R.V.为2.4～2.8。
进一步的，所述连续玻璃纤维的直径为10～15μm。
进一步的，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐和/或乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐。
进一步的，所述润滑剂为聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯的复合物。
进一步的，所述复合物中聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯的重量比为1:(1～2)。
进一步的，所述抗氧剂为由主抗氧剂和辅助抗氧剂组成的复合型抗氧剂，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，所述辅助抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂。
本发明还提供了一种尼龙复合材料的制备装置，其中，所述尼龙复合材料的制备装置包括纤维预处理装置和包覆装置；
所述纤维预处理装置包括支架、导辊、张力导辊、浸润槽、第一烘干器、水洗槽和第二烘干器，所述支架用于固定连续玻璃纤维，所述导辊用于对连续玻璃纤维进行导向，所述浸润槽和水洗槽中均设置有张力导辊以对连续玻璃纤维进行导向和拉伸，所述浸润槽用于对源自支架的连续玻璃纤维进行浸润，所述第一烘干器用于对源自浸润槽的连续玻璃纤维进行烘干，所述水洗槽用于对源自第一烘干器的连续玻璃纤维进行水洗，所述第二烘干器用于对源自水洗槽的连续玻璃纤维进行烘干；
所述包覆装置包括支架、张力导辊、预热烘箱、控温浸渍模具、挤出机、压辊、冷却水槽、牵引机和切粒机，所述支架用于固定源自纤维预处理装置的预处理连续玻璃纤维，所述张力导辊设置于预热烘箱中以将源自支架的预处理连续玻璃纤维导入预热烘箱中进行预热处理，所述挤出机用于将尼龙、相容剂、润滑剂和抗氧剂进行熔融挤出，所述控温浸渍模具用于将源自预热烘箱的预处理连续玻璃纤维采用源自挤出机的物料进行浸渍，所述压辊设置于冷却水槽中以将源自温控浸渍模具中的连续玻璃纤维压入冷却水槽中进行冷却，所述切粒机通过牵引机与冷却水槽相连，所述切粒机用于对源自冷却水槽的冷却玻璃纤维进行切粒。
进一步的，所述包覆装置还包括气味处理器，所述气味处理器与切粒机连通以去除源自切粒机的玻璃纤维中的气味。
本发明还提供了一种尼龙复合材料的制备方法，其中，所述尼龙复合材料的制备方法以上述尼龙复合材料的制备原料作为原材料且包括以下步骤：
S1、连续玻璃纤维的预处理：将所述连续玻璃纤维在巴多胺溶液中浸渍0.5～5h，再往所述多巴胺溶液中加入Tris缓冲液以将其pH值调节至8～9之后继续浸渍4～6h，接着依次进行烘干、水洗和烘干，得到预处理连续玻璃纤维；
S2、包覆处理：将所述预处理连续玻璃纤维于240～260℃下加热预分散，之后浸渍于由所述尼龙、相容剂、润滑剂和抗氧剂熔融挤出所得的熔融液中，接着进行冷却、切粒并任选再进行气味脱除，即得到所述尼龙复合材料。
进一步的，本发明提供的尼龙复合材料的制备方法在尼龙复合材料的制备装置中进行且包括如下步骤：
S1、将固定于支架上的连续玻璃纤维通过导辊和张力导辊导入装有多巴胺溶液的浸润槽中循环浸润0.5～5h，再往所述多巴胺溶液中加入Tris缓冲液以将其pH值调节至8～9之后继续浸润4～6h，接着引入第一烘干器中进行烘干，然后通过导辊和张力导辊导入装有去离子水的水洗槽中进行水洗，之后引入第二烘干器中进行烘干，得到预处理连续玻璃纤维；
S2、将所述预处理连续玻璃纤维置于支架上，再通过张力导辊导入预热烘箱中于240～260℃下进行加热预分散，接着引入控温浸渍模具中采用源自挤出机的由尼龙、相容剂、润滑剂和抗氧剂熔融挤出所得的熔融液进行浸渍，浸渍后的包覆连续玻璃纤维引入冷却水槽中进行冷却，之后在牵引机的作用下引入切粒机中进行切粒，然后任选引入气味处理器中去除玻璃纤维中的气味，即得到所述尼龙复合材料。
进一步的，步骤S2中，所述浸渍的温度为250～300℃，预处理连续玻璃纤维的牵引速率为10～35m/min。
此外，本发明还提供了由上述方法制备得到的尼龙复合材料。
多巴胺(DOPA)为一种活性官能团的神经物质，其在水溶液中极易形成含有羟基和亚胺基的聚多巴胺薄膜，对玻璃纤维具有极强的黏附性。本发明利用多巴胺溶液对连续玻璃纤维进行表面预处理，可显著增加连续玻璃纤维的表面活性，使得连续玻璃纤维与尼龙树脂浸润充分，提高两者之间的界面结合强度，提高机械性能并减少表面浮纤。此外，本发明采用连续玻璃纤维而非短切玻璃纤维，尼龙材料以及其他助剂均附着于其表面，并且最终所得尼龙复合材料中纤维残留长度能够得到最大保留，非常有利于力学强度的提高。综上，与现有技术相比，本发明提供的尼龙复合材料克服了尼龙基体的性能缺陷，充分发挥了玻璃纤维的增强效果和性价比优势，通过采用多巴胺溶液对其表面进行预处理，增加了玻璃纤维表面粗糙度和活性，所制备的预处理连续玻璃纤维与尼龙基体界面结合紧密，最终所得尼龙复合材料的机械强度高且表面不会产生浮纤。此外，本发明提供的尼龙材料的制备方法操作简单、成本低廉，便于工业化化生产。
附图说明
图1为本发明提供的尼龙复合材料的制备装置中纤维预处理装置的结构示意图；
图2为本发明提供的尼龙复合材料的制备装置中包覆装置的结构示意图；
图3为实施例1中连续玻璃纤维经过多巴胺溶液预处理后的扫描电镜照片图；
图4为实施例1所得尼龙复合材料的拉伸断面扫描电镜照片图。
附图标记说明
1-纤维预处理装置，11-支架，12-导辊，13-张力导辊，14-浸润槽，15-第一烘干器，16-水洗槽，17-第二烘干器，2-包覆装置，21-支架，22-张力导辊，23-预热烘箱，24-控温浸渍模具，25-挤出机，26-压辊，27-冷却水槽，28-牵引机，29-切粒机，20-气味处理器。
具体实施方式
在本发明中，所述尼龙的种类没有特别的限定，可以为现有的各种大分子主链重复单元中含有酰胺基团的高聚物，其具体实例包括但不限于：PA6、PA66、PA11、PA12、PA46、PA610、PA612、PA1010等中的至少一种，优选为PA6。所述尼龙的相对粘度R.V.优选为2.4～2.8。在本发明中，所述相对粘度的测试条件包括温度为25℃，参比介质为浓度98wt％的硫酸。所述尼龙的含量为31～88wt％。
在本发明中，所述连续玻璃纤维的直径优选为10～15μm。当采用短切玻璃纤维作为原料时，玻璃纤维是以随机状态和方向分散于复合材料中的，并且对应的尼龙复合材料通常只能通过螺杆挤出机挤出成型获得。而相比于采用短切玻璃纤维，本发明采用连续玻璃纤维作为原料，一方面，玻璃纤维始终贯穿于最终获得的尼龙复合材料中，另一方面，对应的尼龙材料无需通过螺杆挤出机，而仅通过浸渍即可获得，这两个因素均决定了尼龙复合材料具有非常高的力学强度。所述连续玻璃纤维的含量为10～60wt％。此外，所述连续玻璃纤维采用多巴胺溶液进行预处理之后，能够显著增加玻璃纤维表面粗糙度和活性，进而提高玻璃纤维和尼龙树脂的界面结合强度，所得尼龙复合材料的力学强度非常高且表面浮纤少。所述连续玻璃纤维和多巴胺溶液的质量比为(25～50):1。其中，所述多巴胺溶液通常为多巴胺的水溶液。
在本发明中，所述相容剂可以为现有的各种能够促进各组分互溶的物质，优选为聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)和/或乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐(POE-g-MAH)。此外，以上两种相容剂的接枝率优选为0.8～1.5wt％。
本发明对所述润滑剂的种类没有特别的限定，可以为现有的各种能够改善尼龙复合材料润滑性能的助剂，其具体实例包括但不限于：聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙烯丙烯酸共聚物和酰胺类润滑剂中的至少一种，优选为聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯的混合物。此外，所述混合物中聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯的质量比优选为1:(1～2)。
本发明对所述抗氧剂的种类没有特别的限定，可以为现有的各种能够提高尼龙复合材料抗氧化性能的物质，优选为由主抗氧剂和辅助抗氧剂组成的复合型抗氧剂，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂(如1098)，所述辅助抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂(如168)。所述复合型抗氧剂具有低挥发、高熔点的特征。此外，所述复合型抗氧剂中主抗氧剂和辅助抗氧剂的质量比优选为1:(1～3)。
本发明提供的尼龙复合材料的制备装置包括纤维预处理装置1和包覆装置2；如图1所示，所述纤维预处理装置1包括支架11、导辊12、张力导辊13、浸润槽14、第一烘干器15、水洗槽16和第二烘干器17，所述支架11用于固定连续玻璃纤维，所述导辊12用于对连续玻璃纤维进行导向，所述浸润槽14和水洗槽16中均设置有张力导辊13以对连续玻璃纤维进行导向和拉伸，所述浸润槽14用于对源自支架11的连续玻璃纤维进行浸润，所述第一烘干器15用于对源自浸润槽14的连续玻璃纤维进行烘干，所述水洗槽16用于对源自第一烘干器15的连续玻璃纤维进行水洗，所述第二烘干器17用于对源自水洗槽16的连续玻璃纤维进行烘干；如图2所示，所述包覆装置2包括支架21、张力导辊22、预热烘箱23、控温浸渍模具24、挤出机25、压辊26、冷却水槽27、牵引机28和切粒机29，所述支架21用于固定源自纤维预处理装置1的预处理连续玻璃纤维，所述张力导辊22设置于预热烘箱23中以将源自支架21的预处理连续玻璃纤维导入预热烘箱23中进行预热处理，所述挤出机25用于将尼龙、相容剂、润滑剂和抗氧剂进行熔融挤出，所述控温浸渍模具24用于将源自预热烘箱23的预处理连续玻璃纤维采用源自挤出机25的物料进行浸渍，所述压辊26设置于冷却水槽27中以将源自温控浸渍模具24中的连续玻璃纤维压入冷却水槽27中进行冷却，所述切粒机29通过牵引机28与冷却水槽27相连，所述切粒机29用于对源自冷却水槽27的冷却玻璃纤维进行切粒。
此外，如图2所示，所述包覆装置2还包括气味处理器20，所述气味处理器20与切粒机29连通以去除源自切粒机29的玻璃纤维中的气味。
本发明提供的尼龙复合材料的制备方法以上述尼龙复合材料的制备原料作为原材料且包括以下步骤：
S1、连续玻璃纤维的预处理：将所述连续玻璃纤维在巴多胺溶液中浸渍0.5～5h，再往所述多巴胺溶液中加入Tris缓冲液以将其pH值调节至8～9之后继续浸渍4～6h，接着依次进行烘干、水洗和烘干，得到预处理连续玻璃纤维；
S2、包覆处理：将所述预处理连续玻璃纤维于240～260℃下加热预分散，之后浸渍于由所述尼龙、相容剂、润滑剂和抗氧剂熔融挤出所得的熔融液中，接着进行冷却、切粒并任选再进行气味脱除，即得到所述尼龙复合材料。
根据本发明的一种具体实施方式，所述尼龙复合材料的制备方法在上述尼龙复合材料的制备装置中进行且包括如下步骤：
S1、将固定于支架11上的连续玻璃纤维通过导辊12和张力导辊13导入装有多巴胺溶液的浸润槽14中循环浸润0.5～5h，再往所述多巴胺溶液中加入Tris缓冲液以将其pH值调节至8～9之后继续浸润4～6h，接着引入第一烘干器15中进行烘干，然后通过导辊12和张力导辊13导入装有去离子水的水洗槽16中进行水洗，之后引入第二烘干器17中进行烘干，得到预处理连续玻璃纤维；
S2、将所述预处理连续玻璃纤维置于支架21上，再通过张力导辊22导入预热烘箱23中于240～260℃下进行加热预分散，接着引入控温浸渍模具24内的浸渍辊上，挤出机25将尼龙、相容剂、润滑剂和抗氧剂进行熔融挤出，熔融挤出所得的熔融液挤入控温浸渍模具24内，浸渍后的包覆连续玻璃纤维引入冷却水槽27中进行冷却，之后在牵引机28的作用下引入切粒机29中进行切粒，然后任选引入气味处理器20中去除玻璃纤维中的气味，即得到所述尼龙复合材料。
在本发明中，步骤S2中，所述控温浸渍模具24内的温度优选为250～300℃，预处理连续玻璃纤维的牵引速率优选为10～35m/min，在该优选的温度和牵引速率下能够保证母粒和加工助剂在熔融状态下充分混合，从而使得浸渍物料对玻璃纤维进行浸渍均匀。
此外，本发明还提供了由上述方法制备得到的尼龙复合材料。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
以下实施例和对比例中：尼龙PA66的相对粘度R.V.为2.6；相容剂为接枝率1.2wt％的聚丙烯接枝马来酸酐；复合抗氧剂为1098和168按照质量比1:1的复合物；润滑剂为聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯按照质量比1:1的复合物。
实施例1
S1、连续玻璃纤维的预处理：如图1所示，以去离子水为溶剂，配制浓度为2g/L的多巴胺溶液，连续玻璃纤维(直径为10～15μm)与多巴胺溶液的质量比为25:1，将连续玻璃纤维卷通过导辊12和张力导辊13送入装有多巴胺溶液的浸润槽14中进行循环浸润0.5h，然后往多巴胺溶液中加入配置好的Tris缓冲液，保持溶液pH值为8.5，继续循环搅拌浸润5h，接着引入第一烘干器15烘干，然后通过导辊12和张力导辊13送入装有离子水的水洗槽16中进行水洗，再经第二烘干器17烘干，得到预处理连续玻璃纤维卷。该预处理连续玻璃纤维卷的扫描电镜图如图3所示，从图3可以看出，经预处理的玻璃纤维表面均匀包覆有一层聚多巴胺薄膜，表面粗糙度增加。
S2、包覆处理：如图2所示，将预处理连续玻璃纤维卷置于支架21上，从支架21上引出并展开，导入预热烘箱23中，经过预热烘箱23内的张力导辊22于240℃下进行加热预分散后，引入到控温浸渍模具24内的浸渍辊上，配套的挤出机25与控温浸渍模具24相连，PA6(88wt％)、相容剂1wt％、复合抗氧剂0.5wt％、润滑剂0.5wt％于挤出机25中熔融混合之后挤入控温浸渍模具24中，将控温浸渍模具24的温度调节至260℃、牵引机28的速度设定为15m/min。将浸渍后的纤维束导入冷却水槽27进行冷却，接着导入切粒机29中造粒，干燥，经气味处理装置20于120℃下处理3小时，得到玻璃纤维含量为10wt％的界面修饰长玻纤增强尼龙复合材料。该尼龙复合材料的扫描电镜照片如图4所示，从图4可以看出，预处理连续玻璃纤维与尼龙树脂基体之间界面结合牢固，说明采用本发明提供的方法能够使连续玻璃纤维充分浸渍，其性能如表1所示。
实施例2
S1、连续玻璃纤维的预处理：如图1所示，以去离子水为溶剂，配制浓度为2g/L的多巴胺溶液，连续玻璃纤维(直径为10～15μm)与多巴胺溶液的质量比为50:1，将连续玻璃纤维卷通过导辊12和张力导辊13送入装有多巴胺溶液的浸润槽14中进行循环浸润5h，然后往多巴胺溶液中加入配置好的Tris缓冲液，保持溶液pH值为8.5，继续循环搅拌浸润5h，接着引入第一烘干器15烘干，然后通过导辊12和张力导辊13送入装有离子水的水洗槽16中进行水洗，再经第二烘干器17烘干，得到预处理连续玻璃纤维卷。
S2、包覆处理：如图2所示，将预处理连续玻璃纤维卷置于支架21上，从支架21上引出并展开，导入预热烘箱23中，经过预热烘箱23内的张力导辊22于260℃下进行加热预分散后，引入到控温浸渍模具24内的浸渍辊上，配套的挤出机25与控温浸渍模具24相连，PA6(65wt％)、相容剂3wt％、复合抗氧剂0.5wt％、润滑剂1.5wt％于挤出机25中熔融混合之后挤入控温浸渍模具24中，将控温浸渍模具24的温度调节至280℃、牵引机28的速度设定为20m/min。将浸渍后的纤维束导入冷却水槽27进行冷却，接着导入切粒机29中造粒，干燥，经气味处理装置20于120℃下处理3小时，则得到玻璃纤维含量为30wt％的界面修饰长玻纤增强尼龙复合材料，其性能如表1所示。
实施例3
S1、连续玻璃纤维的预处理：如图1所示，以去离子水为溶剂，配制浓度为2g/L的多巴胺溶液，连续玻璃纤维(直径为10～15μm)与多巴胺溶液的质量比为35:1，将连续玻璃纤维卷通过导辊12和张力导辊13送入装有多巴胺溶液的浸润槽14中进行循环浸润3h，然后往多巴胺溶液中加入配置好的Tris缓冲液，保持溶液pH值为8.5，继续循环搅拌浸润5h，接着引入第一烘干器15烘干，然后通过导辊12和张力导辊13送入装有离子水的水洗槽16中进行水洗，再经第二烘干器17烘干，得到预处理连续玻璃纤维卷。
S2、包覆处理：如图2所示，将预处理连续玻璃纤维卷置于支架21上，从支架21上引出并展开，导入预热烘箱23中，经过预热烘箱23内的张力导辊22于250℃下进行加热预分散后，引入到控温浸渍模具24内的浸渍辊上，配套的挤出机25与控温浸渍模具24相连，PA66(52wt％)、相容剂5wt％、复合抗氧剂1wt％、润滑剂2wt％于挤出机25中熔融混合之后挤入至控温浸渍模具24中，将控温浸渍模具24的温度调节至290℃、牵引机28的速度设定为20m/min。将浸渍后的纤维束导入冷却水槽27进行冷却，接着导入切粒机29中造粒，干燥，经气味处理装置20于120℃下处理3小时，得到玻璃纤维含量为40wt％的界面修饰长玻纤增强尼龙复合材料，其性能如表1所示。
实施例4
S1、连续玻璃纤维的预处理：同实施例1。
S2、包覆处理：如图2所示，将预处理连续玻璃纤维卷置于支架21上，从支架21上引出并展开，导入预热烘箱23中，经过预热烘箱23内的张力导辊22于240℃下进行加热预分散后，引入到控温浸渍模具24内的浸渍辊上，配套的挤出机25与控温浸渍模具24相连，PA66(31wt％)、相容剂6wt％、复合抗氧剂1wt％、润滑剂2wt％于挤出机25中熔融混合之后挤入控温浸渍模具24中，将控温浸渍模具24的温度调节至300℃、牵引机28的速度设定为35m/min。将浸渍后的纤维束导入冷却水槽27进行冷却，接着导入切粒机29中造粒，干燥，经气味处理装置20于120℃下处理3小时，得到玻璃纤维含量为60wt％的界面修饰长玻纤增强尼龙复合材料，其性能如表1所示。
对比例1
按照实施例2的方法制备尼龙复合材料，不同的是，未将连续玻璃纤维采用多巴胺溶液进行预处理且未加入相容剂，得到参比尼龙复合材料，其性能如表1所示。
对比例2
按照实施例2的方法制备尼龙复合材料，不同的是，未加入相容剂，得到参比尼龙复合材料，其性能如表1所示。
对比例3
按照实施例2的方法制备尼龙复合材料，不同的是，将连续玻璃纤维采用短切玻璃纤维替代且制备方法包括：
以去离子水为溶剂，配制浓度为2g/L的多巴胺溶液，短切玻璃纤维与多巴胺溶液的质量比为50:1，将短切玻璃纤维在多巴胺溶液中浸润5h，然后往多巴胺溶液中加入配置好的Tris缓冲液，保持溶液pH值为8.5，继续循环搅拌浸润5h，接着依次进行烘干、水洗和烘干，得到预处理短切玻璃纤维。
将预处理短切玻璃纤维与PA6(65wt％)、相容剂3wt％、复合抗氧剂0.5wt％、润滑剂1.5wt％进行熔融共混挤出，造粒，干燥，于120℃下处理3小时以去除气味，得到玻璃纤维含量为30wt％的参比尼龙复合材料，其性能如表1所示。
表1
从表1的结果可以看出，采用本发明提供的方法制备尼龙复合材料，能够使玻璃纤维与尼龙树脂界面结合紧密，从而显著提高尼龙复合材料的力学性能，尤其对于尼龙复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度提升明显，并且所得尼龙复合材料表面浮纤少，极具工业应用前景。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种尼龙复合材料的制备原料，其特征在于，所述尼龙复合材料的制备原料由如下组分组成：尼龙31～88wt％、连续玻璃纤维10～60wt％、浓度为1～5g/L的多巴胺溶液、相容剂1～6wt％、润滑剂0.5～2wt％和抗氧剂0.5～1wt％，所述连续玻璃纤维和多巴胺溶液的质量比为(25～50):1。
2.根据权利要求1所述的尼龙复合材料的制备原料，其特征在于，所述尼龙选自PA6、PA66、PA11、PA12、PA46、PA610、PA612和PA1010中的至少一种；所述尼龙的相对粘度R.V.为2.4～2.8。
3.根据权利要求1所述的尼龙复合材料的制备原料，其特征在于，所述连续玻璃纤维的直径为10～15μm。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的尼龙复合材料的制备原料，其特征在于，
所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐和/或乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐；
所述润滑剂为聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯的复合物；优选的，所述复合物中聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯的重量比为1:(1～2)；
所述抗氧剂为由主抗氧剂和辅助抗氧剂组成的复合型抗氧剂，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，所述辅助抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂。
5.一种尼龙复合材料的制备装置，其特征在于，所述尼龙复合材料的制备装置包括纤维预处理装置(1)和包覆装置(2)；
所述纤维预处理装置(1)包括支架(11)、导辊(12)、张力导辊(13)、浸润槽(14)、第一烘干器(15)、水洗槽(16)和第二烘干器(17)，所述支架(11)用于固定连续玻璃纤维，所述导辊(12)用于对连续玻璃纤维进行导向，所述浸润槽(14)和水洗槽(16)中均设置有张力导辊(13)以对连续玻璃纤维进行导向和拉伸，所述浸润槽(14)用于对源自支架(11)的连续玻璃纤维进行浸润，所述第一烘干器(15)用于对源自浸润槽(14)的连续玻璃纤维进行烘干，所述水洗槽(16)用于对源自第一烘干器(15)的连续玻璃纤维进行水洗，所述第二烘干器(17)用于对源自水洗槽(16)的连续玻璃纤维进行烘干；
所述包覆装置(2)包括支架(21)、张力导辊(22)、预热烘箱(23)、控温浸渍模具(24)、挤出机(25)、压辊(26)、冷却水槽(27)、牵引机(28)和切粒机(29)，所述支架(21)用于固定源自纤维预处理装置(1)的预处理连续玻璃纤维，所述张力导辊(22)设置于预热烘箱(23)中以将源自支架(21)的预处理连续玻璃纤维导入预热烘箱(23)中进行预热处理，所述挤出机(25)用于将尼龙、相容剂、润滑剂和抗氧剂进行熔融挤出，所述控温浸渍模具(24)用于将源自预热烘箱(23)的预处理连续玻璃纤维采用源自挤出机(25)的物料进行浸渍，所述压辊(26)设置于冷却水槽(27)中以将源自温控浸渍模具(24)中的连续玻璃纤维压入冷却水槽(27)中进行冷却，所述切粒机(29)通过牵引机(28)与冷却水槽(27)相连，所述切粒机(29)用于对源自冷却水槽(27)的冷却玻璃纤维进行切粒。
6.根据权利要求5所述的尼龙复合材料的制备装置，其特征在于，所述包覆装置(2)还包括气味处理器(20)，所述气味处理器(20)与切粒机(29)连通以去除源自切粒机(29)的玻璃纤维中的气味。
7.一种尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述尼龙复合材料的制备方法以权利要求1～4中任意一项所述的尼龙复合材料的制备原料作为原材料且包括以下步骤：
S1、连续玻璃纤维的预处理：将所述连续玻璃纤维在巴多胺溶液中浸渍0.5～5h，再往所述多巴胺溶液中加入Tris缓冲液以将其pH值调节至8～9之后继续浸渍4～6h，接着依次进行烘干、水洗和烘干，得到预处理连续玻璃纤维；
S2、包覆处理：将所述预处理连续玻璃纤维于240～260℃下加热预分散，之后浸渍于由所述尼龙、相容剂、润滑剂和抗氧剂熔融挤出所得的熔融液中，接着进行冷却、切粒并任选再进行气味脱除，即得到所述尼龙复合材料。
8.根据权利要求7所述的尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，该方法在权利要求5或6所述的尼龙复合材料的制备装置中进行且包括如下步骤：
S1、将固定于支架(11)上的连续玻璃纤维通过导辊(12)和张力导辊(13)导入装有多巴胺溶液的浸润槽(14)中循环浸润0.5～5h，再往所述多巴胺溶液中加入Tris缓冲液以将其pH值调节至8～9之后继续浸润4～6h，接着引入第一烘干器(15)中进行烘干，然后通过导辊(12)和张力导辊(13)导入装有去离子水的水洗槽(16)中进行水洗，之后引入第二烘干器(17)中进行烘干，得到预处理连续玻璃纤维；
S2、将所述预处理连续玻璃纤维置于支架(21)上，再通过张力导辊(22)导入预热烘箱(22)中于240～260℃下进行加热预分散，接着引入控温浸渍模具(24)中采用源自挤出机(25)的由尼龙、相容剂、润滑剂和抗氧剂熔融挤出所得的熔融液进行浸渍，浸渍后的包覆连续玻璃纤维引入冷却水槽(27)中进行冷却，之后在牵引机(28)的作用下引入切粒机(29)中进行切粒，然后任选引入气味处理器(20)中去除玻璃纤维中的气味，即得到所述尼龙复合材料。
9.根据权利要求7或8所述的尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述浸渍的温度为250～300℃，预处理连续玻璃纤维的牵引速率为10～35m/min。
10.由权利要求7～9中任意一项所述的方法制备得到的尼龙复合材料。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115558288A (zh) * 2022-10-12 2023-01-03 安徽省华晟塑胶股份有限公司 一种汽车用轻量化聚酰胺材料及其制备方法
CN116813948A (zh) * 2023-07-17 2023-09-29 杭州马科森复合材料有限公司 一种以连续纤维增强热塑性树脂的单向预浸带的制备工艺

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1827671A (zh) * 2006-02-17 2006-09-06 常州市兴柏化工有限公司 连续纤维增强复合材料、生产方法及专用设备
CN1929986A (zh) * 2004-03-05 2007-03-14 艾尔坎技术及管理有限公司 连续制备纤维增强塑料板的方法
CN101152767A (zh) * 2006-09-27 2008-04-02 广州金发科技股份有限公司 一种连续长纤维增强热塑性树脂的成型方法及其成型设备
CN101474868A (zh) * 2008-10-15 2009-07-08 上海杰事杰新材料股份有限公司 连续纤维增强热塑性树脂复合材料预浸带的制备设备及其应用
CN102367003A (zh) * 2011-09-20 2012-03-07 四川大学 连续长纤维增强热塑性塑料的浸渍设备和方法
WO2012078308A1 (en) * 2010-11-10 2012-06-14 Halushka Perry V Devices and methods for concentration and analysis of fluids
CN102729483A (zh) * 2011-04-15 2012-10-17 中国海洋石油总公司 连续长纤维增强热塑性树脂及其制备方法与成型设备
CN107857487A (zh) * 2017-12-28 2018-03-30 大连理工高邮研究院有限公司 一种多巴胺改性玻璃纤维复合氮化铝的制备方法
CN109176962A (zh) * 2018-08-27 2019-01-11 华东理工大学 一种预分散和表面处理的连续纤维增强热塑性树脂基浸渍条带成型一体化装置及其成型方法
CN109267325A (zh) * 2018-07-19 2019-01-25 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维及其制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1929986A (zh) * 2004-03-05 2007-03-14 艾尔坎技术及管理有限公司 连续制备纤维增强塑料板的方法
CN1827671A (zh) * 2006-02-17 2006-09-06 常州市兴柏化工有限公司 连续纤维增强复合材料、生产方法及专用设备
CN101152767A (zh) * 2006-09-27 2008-04-02 广州金发科技股份有限公司 一种连续长纤维增强热塑性树脂的成型方法及其成型设备
CN101474868A (zh) * 2008-10-15 2009-07-08 上海杰事杰新材料股份有限公司 连续纤维增强热塑性树脂复合材料预浸带的制备设备及其应用
WO2012078308A1 (en) * 2010-11-10 2012-06-14 Halushka Perry V Devices and methods for concentration and analysis of fluids
CN102729483A (zh) * 2011-04-15 2012-10-17 中国海洋石油总公司 连续长纤维增强热塑性树脂及其制备方法与成型设备
CN102367003A (zh) * 2011-09-20 2012-03-07 四川大学 连续长纤维增强热塑性塑料的浸渍设备和方法
CN107857487A (zh) * 2017-12-28 2018-03-30 大连理工高邮研究院有限公司 一种多巴胺改性玻璃纤维复合氮化铝的制备方法
CN109267325A (zh) * 2018-07-19 2019-01-25 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维及其制备方法
CN109176962A (zh) * 2018-08-27 2019-01-11 华东理工大学 一种预分散和表面处理的连续纤维增强热塑性树脂基浸渍条带成型一体化装置及其成型方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张婕: "《纳米氮化硼协同玻璃纤维复合增强尼龙6》", 《塑料》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115558288A (zh) * 2022-10-12 2023-01-03 安徽省华晟塑胶股份有限公司 一种汽车用轻量化聚酰胺材料及其制备方法
CN115558288B (zh) * 2022-10-12 2024-03-26 安徽省华晟塑胶股份有限公司 一种汽车用轻量化聚酰胺材料及其制备方法
CN116813948A (zh) * 2023-07-17 2023-09-29 杭州马科森复合材料有限公司 一种以连续纤维增强热塑性树脂的单向预浸带的制备工艺

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