CN110615986B - 一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料及在电气领域的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及尼龙技术领域,具体涉及一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料及其在电气领域的应用,高强尼龙塑料包括如下重量份数的原料:PA6 30份、改性陶瓷纤维50‑70份、润滑剂1‑2份、阻燃剂4‑6份、抗氧化剂0.2‑0.4份。本发明通过溶剂再生法,使氮化硅纤维均分分散在PA66基体中,形成尼龙/陶瓷纤维复合粉末,之后通过与PA6的熔融共混,尼龙/陶瓷纤维复合粉末在PA6基体中成海岛结构,并且PA6与氮化硅纤维之间基本不发生相接触,因此分散性也较好,因而可以制得高填充量的尼龙材料,力学性能优越。
Description
技术领域
本发明涉及尼龙技术领域,具体涉及一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料及在电气领域的应用。
背景技术
尼龙由于具有拉伸强度高、冲击韧性好、耐磨、自润滑性和电气性能良好以及优良的加工性等诸多方面的优异性能,目前已广泛用于电子、电器、汽车、机械制造、化工、食品、日用品、医疗卫生等领域。但在某些特殊领域,尼龙的性能还不能完全满足实际应用上的要求。例如,尼龙在室温潮湿的环境下具有很强的吸水性,且其拉伸强度、硬度等都随着吸水量的增加而急剧降低,并带来材料后期的变形收缩,甚至玻璃化转变温度由原来的50℃降低为0℃(参见:《RadiationPhysicsandChemistry78(2009)199-205》)。
通过玻纤填充改性是最常见的尼龙共混改性方法之一,玻纤可以有效改善尼龙的力学性能和尺寸稳定性,但从耐热性能来说,陶瓷纤维是一种更好的改性材料。但无论对于玻璃纤维或是陶瓷纤维,其在尼龙的填充量一般不能超过30wt%,用量过大,无机纤维在尼龙基体难以均匀分散的问题会愈发严重,引发引力集中现象,从而导致力学性能的下降。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足,本发明的目的在于提供一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料及其制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料,包括如下重量份数的原料:
所述改性陶瓷纤维的制备方法包括如下步骤:
(1)将10重量份的PA66溶解于100重量份的甲酸中,形成尼龙溶液;
(2)往所述尼龙溶液中加入45-55重量份的氮化硅纤维,搅拌均匀,得到悬浮液;
(3)将所述悬浮液进行喷雾干燥,即得到所述改性陶瓷纤维。
本发明通过溶剂再生法,使氮化硅纤维均分分散在PA66基体中,形成尼龙/陶瓷纤维复合粉末,之后通过与PA6的熔融共混,尼龙/陶瓷纤维复合粉末在PA6基体中成海岛结构,并且PA6与氮化硅纤维之间基本不发生相接触,因此分散性也较好,因而可以制得高填充量的尼龙材料,力学性能优越。
其中,所述PA6在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为17-20g/10min。
其中,所述PA66在275℃/5kg条件下的熔融指数为40-60g/10min。
本发明尼龙/陶瓷纤维复合粉末在PA6基体中成海岛结构的关键之一在于PA6和PA66的性能差异,PA6加工流动性更好,因此在共混改性时,PA6作为连续相可以较好的包覆分散相,而PA66作为分散相可以较好维持尼龙/陶瓷纤维复合粉末的分散结构,从而避免中PA66与氮化硅纤维重新打散出现相分离的现象。
其中,所述氮化硅纤维的直径为100-200nm,长度为2-3μm。
本发明采用的氮化硅纤维为纳米纤维,相对微米级的纤维具有更好的尺寸效应,对尼龙的改性作用更加显著。
其中,所述润滑剂为滑石粉、聚乙烯蜡和硬脂酸钙中的至少一种。
其中,所述阻燃剂为聚磷酸铵、三氧化二锑、氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种。
其中,所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中至少一种。
如上所述的一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料的制备方法,包括如下步骤:将各原料分散均匀后,加入至双螺杆挤出机进行挤出造粒,即得到所述一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料。
本发明的陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料具有良好的绝缘性和耐热性,尤其适用于电气领域,可用于制作插头、插座、接线板和继电器等产品。
本发明的有益效果在于:本发明通过溶剂再生法,使氮化硅纤维均分分散在PA66基体中,形成尼龙/陶瓷纤维复合粉末,之后通过与PA6的熔融共混,尼龙/陶瓷纤维复合粉末在PA6基体中成海岛结构,并且PA6与氮化硅纤维之间基本不发生相接触,因此分散性也较好,因而可以制得高填充量的尼龙材料,力学性能优越。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解,下面结合实施例对本发明作进一步的说明,实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料,包括如下重量份数的原料:
所述改性陶瓷纤维的制备方法包括如下步骤:
(1)将10重量份的PA66溶解于100重量份的甲酸中,形成尼龙溶液;
(2)往所述尼龙溶液中加入50重量份的氮化硅纤维,搅拌均匀,得到悬浮液;
(3)将所述悬浮液进行喷雾干燥,即得到所述改性陶瓷纤维。
其中,所述PA6在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为17g/10min。
其中,所述PA66在275℃/5kg条件下的熔融指数为40g/10min。
其中,所述氮化硅纤维的直径为100nm,长度为2μm。
其中,所述润滑剂为滑石粉。
其中,所述阻燃剂为聚磷酸铵。
其中,所述抗氧化剂为抗氧剂1010。
如上所述的一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料的制备方法,包括如下步骤:将各原料分散均匀后,加入至双螺杆挤出机进行挤出造粒,即得到所述一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料。
双螺杆挤出机的各区工作温度依次为:240℃、255℃、265℃、255℃和245℃。
实施例2
一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料,包括如下重量份数的原料:
所述改性陶瓷纤维的制备方法包括如下步骤:
(1)将10重量份的PA66溶解于100重量份的甲酸中,形成尼龙溶液;
(2)往所述尼龙溶液中加入55重量份的氮化硅纤维,搅拌均匀,得到悬浮液;
(3)将所述悬浮液进行喷雾干燥,即得到所述改性陶瓷纤维。
其中,所述PA6在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为20g/10min。
其中,所述PA66在275℃/5kg条件下的熔融指数为60g/10min。
其中,所述氮化硅纤维的直径为200nm,长度为3μm。
其中,所述润滑剂为聚乙烯蜡。
其中,所述阻燃剂为氢氧化铝。
其中,所述抗氧化剂为抗氧剂168。
如上所述的一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料的制备方法,包括如下步骤:将各原料分散均匀后,加入至双螺杆挤出机进行挤出造粒,即得到所述一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料。
双螺杆挤出机的各区工作温度依次为:245℃、260℃、270℃、260℃和250℃。
实施例3
一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料,包括如下重量份数的原料:
所述改性陶瓷纤维的制备方法包括如下步骤:
(1)将10重量份的PA66溶解于100重量份的甲酸中,形成尼龙溶液;
(2)往所述尼龙溶液中加入50重量份的氮化硅纤维,搅拌均匀,得到悬浮液;
(3)将所述悬浮液进行喷雾干燥,即得到所述改性陶瓷纤维。
其中,所述PA6在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为18.5g/10min。
其中,所述PA66在275℃/5kg条件下的熔融指数为50g/10min。
其中,所述氮化硅纤维的直径为150nm,长度为2.5μm。
其中,所述润滑剂为滑石粉和硬脂酸钙按重量比1:2组成的混合物。
其中,所述阻燃剂为聚磷酸铵和氢氧化铝按重量比3:1组成的混合物。
其中,所述抗氧化剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按重量比3:2组成的混合物。
如上所述的一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料的制备方法,包括如下步骤:将各原料分散均匀后,加入至双螺杆挤出机进行挤出造粒,即得到所述一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料。
双螺杆挤出机的各区工作温度依次为:240℃、250℃、260℃、255℃和250℃。
对比例1
一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料,包括如下重量份数的原料:
其中,所述PA6在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为18.5g/10min。
其中,所述PA66在275℃/5kg条件下的熔融指数为50g/10min。
其中,所述改性陶瓷纤维为经硅烷偶联剂处理的氮化硅纤维,氮化硅纤维的直径为150nm,长度为2.5μm。
其中,所述润滑剂为滑石粉和硬脂酸钙按重量比1:2组成的混合物。
其中,所述阻燃剂为聚磷酸铵和氢氧化铝按重量比3:1组成的混合物。
其中,所述抗氧化剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按重量比3:2组成的混合物。
如上所述的一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料的制备方法,包括如下步骤:将各原料分散均匀后,加入至双螺杆挤出机进行挤出造粒,即得到所述一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料。
双螺杆挤出机的各区工作温度依次为:240℃、250℃、260℃、255℃和250℃。
对比例2
一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料,包括如下重量份数的原料:
所述改性陶瓷纤维的制备方法包括如下步骤:
(1)将10重量份的PA6溶解于100重量份的甲酸中,形成尼龙溶液;
(2)往所述尼龙溶液中加入50重量份的氮化硅纤维,搅拌均匀,得到悬浮液;
(3)将所述悬浮液进行喷雾干燥,即得到所述改性陶瓷纤维。
其中,所述PA6在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为18.5g/10min。
其中,所述PA66在275℃/5kg条件下的熔融指数为50g/10min。
其中,所述氮化硅纤维的直径为150nm,长度为2.5μm。
其中,所述润滑剂为滑石粉和硬脂酸钙按重量比1:2组成的混合物。
其中,所述阻燃剂为聚磷酸铵和氢氧化铝按重量比3:1组成的混合物。
其中,所述抗氧化剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按重量比3:2组成的混合物。
对比例3
一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料,包括如下重量份数的原料:
其中,所述PA6在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为18.5g/10min。
其中,所述PA66在275℃/5kg条件下的熔融指数为50g/10min。
其中,所述陶瓷纤维为氮化硅纤维,氮化硅纤维的直径为150nm,长度为2.5μm。
其中,所述润滑剂为滑石粉和硬脂酸钙按重量比1:2组成的混合物。
其中,所述阻燃剂为聚磷酸铵和氢氧化铝按重量比3:1组成的混合物。
其中,所述抗氧化剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按重量比3:2组成的混合物。
如上所述的一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料的制备方法,包括如下步骤:将PA6、PA66溶于10重量倍数的甲酸中形成尼龙溶液,然后往尼龙溶液加入陶瓷纤维,混合均匀后进行喷雾干燥,得到尼龙粉末,将所述尼龙粉末与其他原料混合均匀后,即得到高强尼龙塑料粉末。
实施例3和对比例1-3的塑料制成试样,对试样分别进行拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度的测试,测试标准分别为ISO527-2、ISO178、ISO197,测试结果如下表:
拉伸强度(MPa) | 弯曲强度(MPa) | 缺口冲击强度(KJ/m<sup>2</sup>) | |
实施例3 | 234 | 336 | 14.3 |
对比例1 | 221 | 318 | 12.1 |
对比例2 | 205 | 189 | 10.6 |
对比例3 | 240 | 347 | 13.1 |
与对比例1的硅烷偶联剂改性处理相比,本发明PA66溶剂再生法制得的尼龙塑料的力学性能很好;与对比例2的PA6溶剂再生法相比,由于PA6加工流动性更强,因此在后续的熔融挤出中,PA6-陶瓷纤维的包覆结构更易被打散,从而导致陶瓷纤维相与尼龙相的分离,对比例2的力学性能显著下降;与对比例3的完全溶剂再生法相比,陶瓷纤维在对比例3的尼龙基体中具有更好的分散性,因此直接导致拉伸强度和弯曲强度更高,但在抗冲击强度并不如本发明的实施例3,说明PA6-PA66-陶瓷纤维的海岛结构在增韧表现上更加优越。
上述实施例为本发明较佳的实现方案,除此之外,本发明还可以其它方式实现,在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料,其特征在于:所述润滑剂为滑石粉、聚乙烯蜡和硬脂酸钙中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料,其特征在于:所述阻燃剂为聚磷酸铵、三氧化二锑、氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料,其特征在于:所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中至少一种。
5.权利要求1-4任意一项所述的一种陶瓷纤维增强的高强尼龙塑料的应用,其特征在于:在电气领域的应用。
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GR01 | Patent grant | ||
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