CN112341807B - 微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料 - Google Patents

微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微晶石墨矿‑尼龙6组合物复合材料，微晶石墨矿复配物与尼龙6、马来酸酐接枝物或共聚物、润滑剂和抗老化剂共混，通过螺杆挤出机挤出，获得微晶石墨矿‑尼龙6组合物复合材料。尼龙6与微晶石墨矿复配物的质量比为20:6～14，润滑剂使用量为0.05～0.02％，抗老化剂使用量为0.03～0.2％。马来酸酐接枝物使用量为2～15％。马来酸酐共聚物使用量为2～5％。微晶石墨矿的碳质量含量为20～95％。本发明通过尼龙6与微晶石墨矿粉和玻纤、天然矿物共混，加入改性物质，提高了复合材料的导电性能和力学性能，获得高韧性、高强度及高导电性的微晶石墨矿‑尼龙6组合物复合材料，降低了成本，扩大了复合材料的用途。

Description

微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料
技术领域
本发明属于高分子化学品技术领域，涉及一种高分子复合材料，具体涉及一种微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料。
背景技术
汽车轻量化对于节约能源、减少废气排放、实现我国汽车工业可持续发展战略具有十分积极的意义，减轻汽车自重是提高汽车的燃油经济性、降低能耗、减少污染的重要措施之一。汽车工业中的塑料用量已经占整个塑料产量的10％～15％，汽车上应用的塑料种类繁多，聚酰胺及其复合材料是其中重要的一种。聚酰胺材料机械强度高、耐热、耐腐蚀、耐疲劳，加工性能优越，在汽车塑料的比重越来越大。
PA6具有强度高、韧性较好、耐热性、耐磨损性、耐化学性、阻燃性及自润滑性，而且易加工，摩擦系数低，是性能优良的树脂。然而，PA6分子链中含有大量酰胺基团，具有较强吸水性，从而导致材料的力学性能、尺寸稳定性等大幅度下降。由于PA6低温冲击强度低，干态韧性不足，抗蠕变性能不高等缺点，对其改性是提高其性能的有效方法。目前PA6改性的方法主要有填充增强改性、共混改性、共聚改性、添加助剂、扩链、分子复合等方法。其中填充增强改性是一种简单有效的方法，既可保持填料优点又可利用复合效应，大幅度提高力学性能、耐热性能，尺寸稳定性也有明显改善，并能降低材料的成本。在众多改性方法中，填充改性是一种简单有效的方法，既可保持填料优点又可利用复合效应，大幅度提高复合材料各方面性能，并能降低材料的成本。
目前，PA6常用的增强填充物有玻纤、碳纤、石棉纤维等；天然矿物填充(增强)尼龙，常用的填充物有碳酸钙、硫酸钙、滑石、高岭土、沸石等。合成填料填充(增强)尼龙，常用的有石墨、二硫化钥、案四氟乙烯、硅树脂粉等。通常情况下，纤维和合成填料需要通过化学方法合成，不仅大幅增加成本，且在一定程度上对环境存在影响。因此采用天然矿物做填料，会大幅减低成本，但力学性能提高有限，而对其中PA6采用“混杂化”技术(同时使用纤维和填料)填充尼龙，往往可获得综合性能更优异均衡的产品。
发明内容
本发明目的是提供一种微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料，将尼龙6与微晶石墨矿粉和玻纤、天然矿物共混，加入改性物质，获得高韧性、高强度及高导电性的微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料，提高复合材料的性能，降低复合材料的成本。
本发明的技术方案是：微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料，微晶石墨矿复配物与尼龙6、马来酸酐接枝物或马来酸酐共聚物、润滑剂和抗老化剂共混，通过螺杆挤出机挤出，获得微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料。尼龙6与微晶石墨矿复配物的质量比为20:6～14，润滑剂使用量为复合材料质量的0.05～0.02％，抗老化剂使用量为复合材料质量的0.03～0.2％。马来酸酐接枝物的接枝率为1～8％，使用量为复合材料质量的2～15％。马来酸酐共聚物使用量为复合材料质量的2～5％。微晶石墨矿为粒径1～10μm的细粉，用偶联剂KH550或KH560改性，微晶石墨矿的碳质量含量为20～95％。
微晶石墨矿复配物为不同碳含量的微晶石墨矿复配，或不同碳含量的微晶石墨矿与玻纤复配，或不同碳含量的微晶石墨矿与天然矿物复配；玻纤包括长纤或短纤，玻纤的使用量为复合材料质量的5～20％。天然矿物为碳酸钙、滑石、高岭土、蒙脱土、硅灰石或凹凸棒，天然矿物的使用量为复合材料质量的5～20％。润滑剂为油酸酰胺、芥酸酰胺、N,N,-亚乙基双硬脂酰胺或聚硅氧烷(分子量300～10000)。抗老化剂为钛白粉、光稳定剂622、光稳定剂AO-60的一种或两种。马来酸酐接枝物为马来酸酐接枝ABS、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶和马来酸酐接枝SEBS中的一种聚合物或两种共聚物。马来酸酐共聚物为苯乙烯-马来酸酐共聚物，马来酸酐的质量含量为5～30％，分子量为8000～20000。尼龙6的相对黏度为2.4～3.4。
微晶石墨矿-尼龙6组合物中的微晶石墨矿不仅局限于微晶石墨矿，也包括微晶石墨矿结构或组成类似物，微晶石墨矿结构或组成类似物为微晶石墨浮选矿渣、鳞片石墨浮选矿渣、煤矸石、煤浮选后煤渣或各种炉渣，或上述材料的组合。
微晶石墨矿中石墨晶体极小，原矿品位高(一般含碳60％～80％)，部分可达95％，平均粒径<2-20μm，石墨颗粒嵌于粘土中很难分离，所含杂质主要为硅铝酸盐，嵌入石墨层间的无机杂质粒径达到纳米级，将微晶石墨矿细化处理，添加到PA6基体中，可获得综合性能更优异均衡的产品。
本发明微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料，将不同品位的微晶石墨细化处理，然后改变微晶石墨矿中碳含量与玻纤复合或天然矿物混合，通过螺杆挤出机挤出，获得不同性能和用途的微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料，在航天航空、汽车工业、电子电器等领域具有重要的推广应用前景。
本发明微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料，通过尼龙6与微晶石墨矿粉和玻纤、天然矿物共混，加入润滑剂、抗老化剂和马来酸酐改性物质，提高了复合材料的导电性能和力学性能，制备出高韧性、高强度及高导电性的微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料，降低了复合材料的成本，有利于扩大微晶石墨矿-尼龙6复合材料的用途。与现有技术相比，本发明微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料的优点是：①微晶石墨矿在我国储量大、分布广、原料易得、成本低。②微晶石墨矿除了含有微晶石墨以外，还含有大量无机硅铝酸盐，这些无机颗粒在微晶石墨矿分布均匀、粒度细(甚至有达到纳米级)，通过螺杆挤出易分散，同时无机颗粒与微晶石墨之间存在一定协调作用，可获得综合性能更优异均衡的产品。③微晶石墨矿中微晶石墨含量分布宽，其含量从含碳20％～80％，部分可达95％，通过不同碳含量微晶石墨矿复配，或与天然矿物、玻纤复配，调控微晶石墨与无机矿物列，进而调配微晶石墨矿-尼龙6复合材料性能，获得系列微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料。④微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料具有抗静电、导电、散热和耐高温等性能。
说明书附图
图1为微晶石墨矿细化处理SEM图；
图2为微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料断裂截面图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
实施例1
制备抗静电、导电微晶石墨矿-尼龙6复合材料，制备过程为：
⑴微晶石墨矿研磨细化至1～5μm，并用偶联剂KH550或KH560改性，KH550或KH560的质量用量为1～2％，干燥待用；细化处理后微晶石墨矿的SEM图如图1所示；不同碳含量的微晶石墨矿复配，得到不同碳含量的微晶石墨矿粉，其中碳的质量含量分别是：30％、40％、50％、60％、70％、80％和90％；
⑵将尼龙6与步骤⑴中不同含量的微晶石墨矿粉和润滑剂、抗老化剂、马来酸酐接枝物共混，尼龙6的相对粘度为2.4、2.8或3.4，具体润滑剂、抗老化剂和马来酸酐接枝物及各组分的质量配比见表1；
⑶将步骤⑵中共混物通过螺杆挤出机造粒，得到制备抗静电、导电微晶石墨矿-尼龙6复合材料；抗静电导电微晶石墨矿-尼龙6复合材料的导电性能如表2所示，抗静电导电微晶石墨矿-尼龙6复合材料的力学性能见表3。
表1.抗静电导电微晶石墨矿-尼龙6复合材料的组分配比
Figure GDA0003599326730000051
表2.抗静电导电微晶石墨矿-尼龙6复合材料的导电性能
Figure GDA0003599326730000052
Figure GDA0003599326730000061
表3.抗静电导电微晶石墨矿-尼龙6复合材料的力学性能
Figure GDA0003599326730000062
实施例2
制备高强度微晶石墨矿-尼龙6复合材料，具体制备过程如下：
⑴微晶石墨矿研磨细化至1-5μm，并用偶联剂KH550或KH560改性，干燥待用；微晶石墨矿复配物为不同碳含量的微晶石墨矿复配，得到不同碳含量的微晶石墨矿粉，其中碳的质量含量分别是：30％、40％、50％、60％、70％、80％和90％；KH550或KH560的质量用量为1～2％；
⑵将步骤⑴不同碳含量的微晶石墨矿与玻纤或天然矿物复配，得到不同碳含量的微晶石墨矿-玻纤复合物或微晶石墨矿-天然矿物复配物；
⑶将步骤⑵中微晶石墨矿-玻纤组合物或微晶石墨矿-天然矿物组合物与尼龙6、润滑剂、抗老化剂、玻纤或天然矿物、马来酸酐共聚物共混，尼龙6的相对粘度为2.4、2.8或3.4，具体润滑剂、玻纤或天然矿物、抗老化剂和马来酸酐共聚物及各组分的质量配比如表4所示；
⑷将步骤⑶中共混物通过螺杆挤出机造粒，得到高强度微晶石墨矿-尼龙6复合材料；高强度微晶石墨矿-尼龙6复合材料的力学性能见表5。
表4.高强度微晶石墨矿-尼龙6复合材料的组分配比
Figure GDA0003599326730000063
Figure GDA0003599326730000071
表5.高强度微晶石墨矿-尼龙6复合材料的力学性能
Figure GDA0003599326730000072
实施例3
制备高韧性微晶石墨矿-尼龙6复合材料，制备过程为：
⑴微晶石墨矿研磨细化至1-5μm，并用偶联剂KH550或KH560改性，干燥待用；不同碳含量的微晶石墨矿复配，得到不同碳含量的微晶石墨矿粉，其中碳的质量含量分别是：40％、50％和90％；KH550或KH560的质量用量为1～2％；
⑵将尼龙6与步骤⑴中不同含量的微晶石墨矿粉和润滑剂、抗老化剂、马来酸酐接枝物共混，尼龙6的相对粘度为2.4、2.8和3.4，具体润滑剂、抗老化剂和马来酸酐接枝物及各组分的质量配比见表6；
⑶将步骤⑵中共混物通过螺杆挤出机造粒，得到高韧性微晶石墨矿-尼龙6复合材料；高韧性微晶石墨矿-尼龙6复合材料的力学性能见表7；图2为其中样品编号1高韧性微晶石墨矿-尼龙6复合材料的断裂截面图。
表6.高韧性微晶石墨矿-尼龙6复合材料的组分配比
Figure GDA0003599326730000081
表7.高韧性微晶石墨矿-尼龙6复合材料的力学性能
Figure GDA0003599326730000082

Claims (8)

1.一种微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料，其特征是：所述微晶石墨矿复配物与尼龙6、马来酸酐接枝物或马来酸酐共聚物、润滑剂和抗老化剂共混，通过螺杆挤出机挤出，获得微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料；所述尼龙6与微晶石墨矿复配物的质量比为20:6～14，所述润滑剂使用量为复合材料质量的0.05～0.02％，所述抗老化剂使用量为复合材料质量的0.03～0.2％；所述马来酸酐接枝物的接枝率为1～8％，使用量为复合材料质量的2～15％，所述马来酸酐共聚物使用量为复合材料质量的2～5％；所述微晶石墨矿为粒径1～10μm细粉，用偶联剂KH550或KH560改性，微晶石墨矿的碳质量含量为20～95％；所述微晶石墨矿复配物为不同碳含量的微晶石墨矿复配，或不同碳含量的微晶石墨矿与玻纤复配，或不同碳含量的微晶石墨矿与天然矿物复配。
2.根据权利要求1所述的微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料，其特征是所述玻纤包括长纤或短纤，玻纤的使用量为复合材料质量的5～20％。
3.根据权利要求1所述的微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料，其特征是：所述的天然矿物为碳酸钙、滑石、高岭土、蒙脱土、硅灰石或凹凸棒，天然矿物的使用量为复合材料质量的5～20％。
4.根据权利要求1所述的微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料，其特征是：所述润滑剂为油酸酰胺、芥酸酰胺、N,N,-亚乙基双硬脂酰胺或聚硅氧烷。
5.根据权利要求1所述的微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料，其特征是：抗老化剂为：钛白粉、光稳定剂622、光稳定剂AO-60的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料，其特征是：所述马来酸酐接枝物为马来酸酐接枝ABS、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶和马来酸酐接枝SEBS中的一种聚合物或两种共聚物。
7.根据权利要求1所述的微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料，其特征是：马来酸酐共聚物为苯乙烯-马来酸酐共聚物，马来酸酐的质量含量为5～30％，分子量为8000～20000。
8.根据权利要求1所述的微晶石墨矿-尼龙6组合物复合材料，其特征是：所述尼龙6的相对黏度为2.4～3.4。
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