CN114479447A - 一种高强度玻璃纤维复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强度玻璃纤维复合材料及其制备方法，所述复合材料由以下重量份的原料组成：70~90份聚酰胺66、15~25份氰乙基三乙氧基硅烷改性玻璃纤维、10~15份八钛酸钾晶须、4~6份三[2.4‑二叔丁基苯基]亚磷酸酯、4~8份N,N'‑双‑(3‑(3,5‑二叔丁基‑4‑羟基苯基)丙酰基)己二胺、6~10份亚乙基双硬脂酸酰胺、4~6份马来酸接枝聚苯乙烯、2~4份马来酸接枝丙烯腈‑丁二烯‑聚苯乙烯共聚物。本发明复合材料的缺口冲击强度、拉伸强度和弯曲模量等力学性能均得到较大程度的改善；除此以外，本发明通过添加钛酸钾晶须，在维持原有复合材料良好力学性能的同时，进一步地降低其噪音值，从而使复合材料整体达到低噪音、高强度及耐磨的效果。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种高强度玻璃纤维复合材料及其制备方法。
背景技术
玻璃纤维，是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以叶腊石、石英砂、石灰石、白云石、硼钙石、硼镁石六种矿石为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。
但当使用玻璃纤维复合材料时，由于树脂基体本身与玻璃纤维并未发生化学键合，使得树脂和纤维界面结合强度不足，同时玻璃纤维和基体的热膨胀系数及弹性模量不同，在复合过程中会出现界面热应力和界面应力效应等界面特征。在应力的作用下，界面层成为复合材料中的薄弱环节，易首先发生破坏，最终导致复合材料的损坏，直接影响复合材料的力学性能及其它性能。
玻璃纤维与基体树脂间的界面研究一直是行业热点之一。目前业内普遍采用硅烷偶联剂对玻璃纤维表面进行处理，通过硅烷偶联剂与玻璃纤维表面进行化学键合，提高界面结合强度。然而，硅烷偶联剂在使用过程中易自缩聚成硅氧烷低聚物，一般起到真实偶联作用的偶联剂只占偶联剂总量的10～20％，且这一小部分偶联剂与玻璃纤维表面的有效化学键合还极易水解，材料的实际利用率很低。
基于上述情况，本发明提出了一种高强度玻璃纤维复合材料及其制备方法，可有效解决以上问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度玻璃纤维复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种高强度玻璃纤维复合材料，所述复合材料由以下重量份的原料组成：70~90份聚酰胺66、15~25份氰乙基三乙氧基硅烷改性玻璃纤维、10~15份八钛酸钾晶须、4~6份三[2 .4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、4~8份N ,N '-双-(3-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、6~10份亚乙基双硬脂酸酰胺、4~6份马来酸接枝聚苯乙烯、2~4份马来酸接枝丙烯腈-丁二烯-聚苯乙烯共聚物。
优选地，所述硅烷偶联剂改性玻璃纤维包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-( 2，3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、γ-脲丙基三乙氧基硅烷、β- ( 3，4 环氧环已基) 乙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氰乙基三乙氧基硅烷其中一种改性得到的玻璃纤维。
优选地，所述钛酸钾晶须为四钛酸钾晶须、六钛酸钾晶须、八钛酸钾晶须的其中一种。
优选地，所述抗氧化剂包括抗氧剂为三[2 .4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯、四[β-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯、N ,N '-双-(3-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的至少一种或两种以上的组合。
优选地，所述抗氧化剂为三[2 .4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯与N ,N '-双-(3-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺的组合。
优选地，所述润滑剂包括硬脂酸、石蜡、硅酮粉、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、季戊四醇硬脂酸酯、亚乙基双硬脂酸酰胺中的一种或两种以上的组合。
优选地，所述相容剂为马来酸接枝聚苯乙烯与马来酸接枝丙烯腈-丁二烯-聚苯乙烯共聚物的组合。
优选地，所述复合材料由以下重量份的原料组成：70份聚酰胺66、25份氰乙基三乙氧基硅烷改性玻璃纤维、15份八钛酸钾晶须、6份三[2 .4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、8份N ,N '-双-(3-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、10份亚乙基双硬脂酸酰胺、6份马来酸接枝聚苯乙烯、4份马来酸接枝丙烯腈-丁二烯-聚苯乙烯共聚物。
优选地，所述复合材料由以下重量份的原料组成： 90份聚酰胺66、15份氰乙基三乙氧基硅烷改性玻璃纤维、10份八钛酸钾晶须、4份三[2 .4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、4份N,N '-双-(3-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、6份亚乙基双硬脂酸酰胺、4份马来酸接枝聚苯乙烯、2份马来酸接枝丙烯腈-丁二烯-聚苯乙烯共聚物。
本发明还提供一种高强度玻璃纤维复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1) 称取聚酰胺66、钛酸钾晶须、抗氧化剂、润滑剂、相容剂份，在高速混合机中混合5~10 min，随后继续添加硅烷偶联剂改性玻璃纤维继续混合15~20min；
(2)将步骤 (1)所得混合物料通过喂料口喂入双螺杆挤出机中，螺杆转速为250~300rpm，各区的温度设置为温控一区250℃，温控二区270℃，温控三区280℃，温控四区260℃，温控五区270℃，温控六区280℃，温控七区260℃，温控八区260℃，机头温度270~280℃，经过熔融挤出、冷却、切粒，即得。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明氰乙基三乙氧基硅烷在玻璃纤维上的接枝效率较佳；复合材料的缺口冲击强度、拉伸强度和弯曲模量等力学性能均得到较大程度的改善；除此以外，本发明通过添加钛酸钾晶须，在维持原有复合材料良好力学性能的同时，进一步地降低其噪音值，从而使复合材料整体达到低噪音、高强度及耐磨的效果。
2.本发明原材料在国内充足，价格适宜，使其规模化生产没有太高的成本限制；同时，制备方法简单，总体生产成本不高，有利于工业的大规模生产。
具体实施方式
实施例1
按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
(1) 称取聚酰胺66、钛酸钾晶须、抗氧化剂、润滑剂、相容剂份，在高速混合机中混合5 min，随后继续添加硅烷偶联剂改性玻璃纤维继续混合15min；
(2)将步骤 (1)所得混合物料通过喂料口喂入双螺杆挤出机中，螺杆转速为250rpm，各区的温度设置为温控一区250℃，温控二区270℃，温控三区280℃，温控四区260℃，温控五区270℃，温控六区280℃，温控七区260℃，温控八区260℃，机头温度270℃，经过熔融挤出、冷却、切粒，即得。
实施例2
(1) 称取聚酰胺66、钛酸钾晶须、抗氧化剂、润滑剂、相容剂份，在高速混合机中混合10 min，随后继续添加硅烷偶联剂改性玻璃纤维继续混合20min；
(2)将步骤 (1)所得混合物料通过喂料口喂入双螺杆挤出机中，螺杆转速为300rpm，各区的温度设置为温控一区250℃，温控二区270℃，温控三区280℃，温控四区260℃，温控五区270℃，温控六区280℃，温控七区260℃，温控八区260℃，机头温度280℃，经过熔融挤出、冷却、切粒，即得。
实施例3
(1) 称取聚酰胺66、钛酸钾晶须、抗氧化剂、润滑剂、相容剂份，在高速混合机中混合10 min，随后继续添加硅烷偶联剂改性玻璃纤维继续混合20min；
(2)将步骤 (1)所得混合物料通过喂料口喂入双螺杆挤出机中，螺杆转速为250rpm，各区的温度设置为温控一区250℃，温控二区270℃，温控三区280℃，温控四区260℃，温控五区270℃，温控六区280℃，温控七区260℃，温控八区260℃，机头温度270℃，经过熔融挤出、冷却、切粒，即得。
对比例1
(1) 称取聚酰胺66、钛酸钾晶须、抗氧化剂、润滑剂、相容剂份，在高速混合机中混合10 min；
(2)将步骤 (1)所得混合物料通过喂料口喂入双螺杆挤出机中，螺杆转速为250rpm，各区的温度设置为温控一区250℃，温控二区270℃，温控三区280℃，温控四区260℃，温控五区270℃，温控六区280℃，温控七区260℃，温控八区260℃，机头温度270℃，经过熔融挤出、冷却、切粒，即得。
对比例2
(1) 称取聚酰胺66、抗氧化剂、润滑剂、相容剂份，在高速混合机中混合10 min，随后继续添加硅烷偶联剂改性玻璃纤维继续混合20min；
(2)将步骤 (1)所得混合物料通过喂料口喂入双螺杆挤出机中，螺杆转速为250rpm，各区的温度设置为温控一区250℃，温控二区270℃，温控三区280℃，温控四区260℃，温控五区270℃，温控六区280℃，温控七区260℃，温控八区260℃，机头温度270℃，经过熔融挤出、冷却、切粒，即得。
表1
| 物料种类 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 |
| 聚酰胺66 | 70 | 80 | 90 | 90 | 90 |
| 氰乙基三乙氧基硅烷改性玻璃纤维 | 25 | 20 | 15 | / | 15 |
| 八钛酸钾晶须 | 15 | 13 | 10 | 10 | / |
| 三[2 .4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯 | 6 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| N ,N '-双-(3-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺 | 8 | 6 | 4 | 4 | 4 |
| 亚乙基双硬脂酸酰胺 | 10 | 8 | 6 | 6 | 6 |
| 马来酸接枝聚苯乙烯 | 6 | 5 | 4 | 4 | 4 |
| 马来酸接枝丙烯腈-丁二烯-聚苯乙烯共聚物 | 4 | 3 | 2 | 2 | 2 |
实施例 4 玻璃纤维复合材料性能测试
将实施例1~3及对比例1、2所制得的玻璃纤维复合材料进行以下测试：按GB/T1040.1-2006进行拉伸强度测试；按GB/T9341-2008进行弯曲模量测试；按GB/T3960-2016进行摩擦磨损测试。测试结果见表2。
表2 性能测试结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 拉伸强度（mpa） | 186 | 185 | 183 | 151 | 182 |
| 弯曲强度（mpa） | 242 | 238 | 236 | 205 | 240 |
| 弯曲模量（mpa） | 8680 | 8445 | 8272 | 6215 | 8560 |
| 缺口冲击强度（KJ/m2） | 32 | 30 | 29 | 22 | 31 |
| 磨损量（mg） | 6.5 | 6.8 | 7.2 | 12.3 | 6.6 |
| 声音阻尼系数 | 0.052 | 0.048 | 0.047 | 0.036 | 0.020 |
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (9)
1.一种高强度玻璃纤维复合材料，其特征在于，所述复合材料由以下重量份的原料组成：70~90份聚酰胺66、15~25份氰乙基三乙氧基硅烷改性玻璃纤维、10~15份八钛酸钾晶须、4~6份三[2 .4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、4~8份N ,N '-双-(3-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、6~10份亚乙基双硬脂酸酰胺、4~6份马来酸接枝聚苯乙烯、2~4份马来酸接枝丙烯腈-丁二烯-聚苯乙烯共聚物。
2.根据权利要求1所述的玻璃纤维复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂改性玻璃纤维包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-( 2，3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、γ-脲丙基三乙氧基硅烷、β- ( 3，4 环氧环已基) 乙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氰乙基三乙氧基硅烷其中一种改性得到的玻璃纤维。
3.根据权利要求2所述的玻璃纤维复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂改性玻璃纤维为氰乙基三乙氧基硅烷改性得到的玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的玻璃纤维复合材料，其特征在于，所述钛酸钾晶须为四钛酸钾晶须、六钛酸钾晶须、八钛酸钾晶须的其中一种。
5.根据权利要求1所述的玻璃纤维复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂包括抗氧剂为三[2 .4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯、四[β-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯、N ,N '-双-(3-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的至少一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的玻璃纤维复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂为三[2 .4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯与N ,N '-双-(3-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺的组合。
7.根据权利要求1所述的玻璃纤维复合材料，其特征在于，所述润滑剂包括硬脂酸、石蜡、硅酮粉、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、季戊四醇硬脂酸酯、亚乙基双硬脂酸酰胺中的一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求1所述的玻璃纤维复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸接枝聚苯乙烯与马来酸接枝丙烯腈-丁二烯-聚苯乙烯共聚物的组合。
9.一种制备权利要求1~8任一所述的玻璃纤维复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1) 称取聚酰胺66、钛酸钾晶须、抗氧化剂、润滑剂、相容剂份，在高速混合机中混合5~10 min，随后继续添加硅烷偶联剂改性玻璃纤维继续混合15~20min；
(2)将步骤 (1)所得混合物料通过喂料口喂入双螺杆挤出机中，螺杆转速为250~300rpm，各区的温度设置为温控一区250℃，温控二区270℃，温控三区280℃，温控四区260℃，温控五区270℃，温控六区280℃，温控七区260℃，温控八区260℃，机头温度270~280℃，经过熔融挤出、冷却、切粒，即得。
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| CN202210281071.8A CN114479447A (zh) | 2022-03-22 | 2022-03-22 | 一种高强度玻璃纤维复合材料及其制备方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113201171A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-08-03 | 江西宏柏新材料股份有限公司 | 氰基硅烷偶联剂改性玻璃纤维的方法及改性玻璃纤维增强尼龙复合材料及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104744936A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-07-01 | 张家港大塚化学有限公司 | 一种高强度、高弹性模量pa6t复合材料 |
| CN113150538A (zh) * | 2021-02-06 | 2021-07-23 | 广州辰东新材料有限公司 | 一种汽车悬架平面轴承再生pa6/pok合金增强耐磨材料及其制备方法 |
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2022
- 2022-03-22 CN CN202210281071.8A patent/CN114479447A/zh active Pending
Patent Citations (2)
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