CN115710120A - 一种尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

该发明公开了一种尼龙复合材料及其制备方法，尼龙与MIL‑101(Cr)的MOF材料、二氧化硅的化学连接作用使得尼龙复合材料结构可靠，利用改性剂3‑(2‑氨乙基)‑氨丙基三甲氧基硅烷可以实现尼龙、MOF和二氧化硅三者的桥连进而使得三者的结合更稳定；本发明采用气凝胶的制备工艺，利用气凝胶存在的较多空隙和孔道可以让尼龙、MOF、二氧化硅能实现充分的混合分散，在保留尼龙本身性能的同时又赋予了尼龙复合材料更稳定的结构，既能加尼龙材料的力学性能，增加了尼龙材料的韧性和拉伸强度，进而实现了尼龙材料的结构稳定性。

Description

一种尼龙复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术
尼龙(PA)，学名为聚酰，PA66(聚酰胺66)凭借着优异的物理性能、化学性能和加工成型性能等，在电子电气、交通运输、航空航天等行业得到了比较广泛的应用。但是尼龙材料存在低温韧性差、不耐酸碱腐蚀、吸水率较大、耐氧化性能差等的不足，这些不足严重限制了尼龙材料的使用。
现有技术中，有现有技术中普遍使用多种添加剂增加尼龙的相关性能，如CN114133734A公开了一种低填充高效协同阻燃尼龙66及其制备方法，其通过尼龙、复合阻燃剂、分散剂、抗氧剂、无机纳米填料的组合获得具有一定拉伸强度和冲击强度的阻燃尼龙，这些材料虽然能够增加尼龙的相关性能，但这只能部分改善尼龙的性能，当需要足够强度或韧性的尼龙材料时，这些材料与尼龙较弱的连接作用限制了尼龙材料的相关性能；同时，还有对尼龙进行改性提高性能的其他方法，CN 114806161A公开了一种可吹塑专用超韧尼龙，其虽然利用了负载二氧化硅的Zn-BTC-MOF作为尼龙材料的韧性和强度，但负载二氧化硅的MOF与尼龙的连接位点少，不能充分发挥MOF的羧酸基团的位点和二氧化硅的增韧效果，特别是负载二氧化硅的MOF材料不能与尼龙有较强的连接作用。
针对上述问题，特提出本发明。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种尼龙复合材料的制备方法，其步骤为：
步骤1：将PA66加入到甲酸，超声混合得到混合溶液1；
步骤2：向混合溶液中加入研磨粉碎的MIL-101(Cr),超声混合得到混合溶液2；
步骤3：正硅酸乙酯溶于乙醇和水的混合溶液中，加热搅拌得到混合溶液3；
步骤4：将混合溶液2加入到混合溶液3中，混合均匀，搅拌0.5-1h后加入改性剂3-(2-氨乙基)-氨丙基三甲氧基硅烷，得到混合溶液4；
步骤5：将步骤3的混合溶液4低温冷冻2-3h，然后经过16-32h的冷冻干燥制备得到尼龙气凝胶材料；
步骤6：将步骤4中的尼龙气凝胶材料进行高温煅烧得到尼龙复合材料。
进一步地，所述步骤1中PA66颗粒在甲酸溶液的浓度为0.4-0.6g/ml；
进一步地，所述步骤2中，MIL-101(Cr)、PA66的质量比为：0.1～0.2：1～ 2；
进一步地，所述步骤1中，超声的温度为60～65℃，超声时间为1～3h；
所述步骤2中，超声的温度为60～65℃，超声时间为0.5～1h；
进一步地，所述步骤3中，正硅酸乙酯、乙醇、水的体积比为:0.2～0.4：1～ 1.8：1～1.8；乙醇和水的体积比为1:1；正硅酸乙酯与PA66的质量比为0.1～0.2:1；所述步骤3中，加热温度为70～75℃；
进一步地，所述步骤4的改性剂为3-(2-氨乙基)-氨丙基三甲氧基硅烷；
所述改性剂与PA66的质量比为1:0.05-0.1所述混合的温度为65～70℃；
所述步骤5中，低温冷冻的温度范围为-80℃～-100℃；冷冻干燥的条件为：真空度为15-30pa，温度为-80℃～-100℃；
进一步地，所述步骤6中高温煅烧的温度为650～700℃；所述煅烧为：在 N2气氛下，加热速率2～3℃/min的将温度升到650～700℃并保持3～5h。
本发明的另一目的是提供一种按照上述方法制备出的尼龙复合材料。
技术效果
与现有技术相比，本发明的尼龙与MIL-101(Cr)的MOF材料、二氧化硅的化学连接作用使得尼龙复合材料结构可靠，耐压能力和韧性都得到很好的提高：本发明中，通过分步制备方法，先通过尼龙与MOF材料混合形成初步的连接，利用MOF中含有丰富的羧酸基团，羧酸基团与尼龙的酰胺基团构成键连作用；同时，在正硅酸四乙酯溶液反应时可以充分将反应后生成的二氧化硅均匀分布在尼龙和MOF中；但二氧化硅与MOF和尼龙的连接作用主要依靠氢键作用，作用力弱，为了增强尼龙复合材料的结构稳定性，改性剂3-(2-氨乙基)-氨丙基三甲氧基硅烷可以实现尼龙、MOF和二氧化硅三者的桥连，改性剂同时具有氨基和甲氧基硅烷两个基团，氨基可以与MOF的羧酸基团形成较稳定的连接结构，同时，甲氧基硅烷可以实现二氧化硅的强连接作用，这样在改性剂的作用下实现 MOF与二氧化硅的强连接作用，加上改性剂与尼龙有很好的相容性，改性剂可以更容易与尼龙形成较强的化学键连接作用，进而借助改性剂实现了尼龙、MOF 和二氧化硅的强连接作用，增强尼龙复合材料的稳定性，因而所制备的尼龙材料可以获得良好的力学性能；同时，气凝胶的制备工序利用存在的较多空隙和孔道可以让尼龙、MOF、二氧化硅能实现充分的混合分散，在保留尼龙本身性能的同时又赋予了尼龙复合材料更稳定的结构，也使得尼龙复合材料获得了优异的力学性能；这既能加尼龙材料的力学性能，增加了尼龙材料的韧性和拉伸强度，又增加了尼龙材料的结构稳定性。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明技术方案的实施和所具有的有益效果，但不能认定为对本发明的可实施范围的任何限定。
实施例1
一种耐压力防爆抗水解尼龙材料，制备方法为：
步骤1：取10g粒径3mm尼龙颗粒加入20ml甲酸中，在60℃超声2h，得到混合溶液1；
步骤2：向混合溶液中加入研磨粉碎的市售的1gMIL-101(Cr)，在60℃超声1h，得到混合溶液2；
步骤3：将6ml乙醇和6ml水混合成乙醇和水的混合溶液，将1.5g正硅酸乙酯溶于该乙醇和水的混合溶液中，在70℃加热搅拌得到混合溶液3；
步骤4：将混合溶液2加入到混合溶液3中，混合均匀，搅拌0.5-1h后加入 0.8g改性剂3-(2-氨乙基)-氨丙基三甲氧基硅烷，得到混合溶液4；
步骤5：将步骤4的混合溶液4零下80℃低温冷冻2h，然后在真空度为20pa，温度为-100℃的条件下经过24h的冷冻干燥制备得到尼龙气凝胶材料；
步骤6：将上述尼龙气凝胶材料进行高温煅烧，高温煅烧的温度为650℃；煅烧气氛为N2，加热速率4℃/min，的将温度升到650℃并保持4h，后得到该尼龙复合材料。
对比例
依据CN 114806161A公开的方法制备尼龙材料，具体制备方法参考相关专利文件。
对上述材料进行表征，本发明制备的尼龙材料结构致密稳定，各部分缠绕紧密的同时又有较多的间隙孔道，进而赋予了尼龙复合材料的稳定结构和力学性能。
对实施例1制备得到的样品采用GB/T标准测试，在温度为23±2℃和温度为50±5％调节24h后测试，测试结果如下表所示。
测试项目 检测标准 测试条件 实施例 对比例
拉伸强度/MPa GB/T1040 50mm/min 130 50
弯曲强度/MPa GB/T9341 10mm/min 180 68
弯曲模量/MPa GB/T9341 10mm/min 3300 1785
缺口冲击强度kJ/㎡ GB/T1843 2.75J 41 35
上述测试结果显示，本发明制备的尼龙复合材料，具有优异的结构强度和韧性，产品可塑性强，该材料具有很好的应用前景。

Claims (8)

1.一种尼龙复合材料的制备方法，制备方法为：
步骤1：将PA66加入到甲酸，超声混合得到混合溶液1；
步骤2：向混合溶液中加入研磨粉碎的MIL-101(Cr),超声混合得到混合溶液2；
步骤3：正硅酸乙酯溶于乙醇和水的混合溶液中，加热搅拌得到混合溶液3；
步骤4：将混合溶液2加入到混合溶液3中，混合均匀，搅拌0.5-1h后加入改性剂3-(2-氨乙基)-氨丙基三甲氧基硅烷，得到混合溶液4；
步骤5：将步骤3的混合溶液4低温冷冻2-3h，然后经过16-32h的冷冻干燥制备得到尼龙气凝胶材料；
步骤6：将步骤4中的尼龙气凝胶材料进行高温煅烧得到尼龙复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤1中PA66颗粒在甲酸溶液的浓度为0.4-0.6g/ml；
所述步骤2中，MIL-101(Cr)、PA66的质量比为：0.1～0.2：1～2；所述PA66在甲酸溶液的浓度为0.4-0.6g/ml。
3.根据权利要求1所述的一种尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤3中，正硅酸乙酯、乙醇、水的体积比为:0.2～0.4：1～1.8：1～1.8；乙醇和水的体积比为1:1；正硅酸乙酯与PA66的质量比为0.1～0.2:1。
4.根据权利要求1所述的一种尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤1中，超声的温度为60～65℃，超声时间为1～3h；
所述步骤2中，超声的温度为60～65℃，超声时间为0.5～1h；
所述步骤3中，加热温度为70～75℃。
5.根据权利要求1所述的一种尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：步骤4的所述改性剂与PA66的质量比为1:0.05-0.1所述混合的温度为65～70℃。
6.根据权利要求1所述的一种尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤5中，低温冷冻的温度范围为-80℃～-100℃；冷冻干燥的条件为：真空度为15-30pa，温度为-80℃～-100℃。
7.根据权利要求1所述的一种尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：所所述步骤6中高温煅烧的温度为650～700℃；所述煅烧为：在N2气氛下，加热速率2～3℃/min的将温度升到650～700℃并保持3～5h。
8.一种尼龙复合材料，所述尼龙复合材料是按照权利要求1-7任一所述的一种尼龙复合材料的制备方法制备。
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