一種芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料是由芳綸纖維、耐高溫尼龍、相容劑、加工助劑等組分混合后經(jīng)螺桿熔融共混擠出制備而成的，本發(fā)明的復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐熱性能，力學(xué)性能以及阻燃性能，該復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于電子電器、汽車、軍工等領(lǐng)域，本發(fā)明復(fù)合材料采用螺桿擠出制備，制備方法和工藝簡(jiǎn)單、連續(xù)生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】一種芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]耐高溫尼龍產(chǎn)品主要包括半芳香族聚酰胺中的6T、7T、8T、9T、10T、12T等，是由帶芳環(huán)的二羧酸和脂肪族二胺經(jīng)熔融縮聚所制備的，其由于在聚酰胺分子主鏈中引入了芳香環(huán)，從而提高了耐熱性和力學(xué)性能，降低了吸水率，并且有較合適的性價(jià)比，是介于通用工程塑料尼龍和耐高溫工程塑料PEEK之間的耐熱性高的樹脂，主要用于汽車和電氣電子行業(yè)。隨著高科技的迅速發(fā)展，其應(yīng)用有新的突破和進(jìn)展，市場(chǎng)需求呈上升趨勢(shì)。
[0003]目前現(xiàn)有的用于增強(qiáng)耐高溫尼龍的填料主要是無(wú)機(jī)玻璃纖維，但是由于玻璃纖維自身結(jié)構(gòu)和性能上的一些缺點(diǎn)，比如其與耐高溫尼龍樹脂基體的相容性較差，在樹脂基體中分布不均以及纖維增強(qiáng)體容易外露等，給后續(xù)的加工帶來(lái)很大問(wèn)題，因此限制了其在增強(qiáng)耐高溫尼龍方面的應(yīng)用。
[0004]芳綸纖維是一種新型的高科技有機(jī)合成纖維，其具有超高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐酸耐堿以及重量輕等優(yōu)良的性能，其強(qiáng)度是鋼絲的5飛倍，模量為鋼絲或玻璃纖維的2~3倍，韌性是鋼絲的2倍，而重量?jī)H為鋼絲的1/5左右，在560°C的溫度下不分解不熔化；它還具有良好的絕緣性和抗老化性能，具有很長(zhǎng)的生命周期；此外芳綸纖維還具有優(yōu)異的阻燃性能，其極限氧指數(shù)(LOI)大于28，離開火焰時(shí)不會(huì)繼續(xù)燃燒，也不會(huì)產(chǎn)生熔滴。因由其自身化學(xué)結(jié)構(gòu)所決定，所以芳綸纖維是一種永久阻燃纖維。由于芳綸纖維是含有酰胺鍵的有機(jī)合成纖維，根 據(jù)相似相容原理，可得芳綸纖維與耐高溫尼龍基體應(yīng)有良好的相容性；此外芳綸纖維經(jīng)過(guò)異氰酸酯處理以后，表面會(huì)產(chǎn)生自由氨基基團(tuán)，也能與耐高溫尼龍基體有較好的相容性，芳綸纖維與耐高溫尼龍良好的相容性可使纖維在耐高溫尼龍基體中均勻分布，并有效改善纖維體外露現(xiàn)象。因此芳綸纖維是一種很有應(yīng)用前景的用于耐高溫尼龍的填料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一目的是提供一種芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料，以解決現(xiàn)有技術(shù)中以玻璃纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍存在的由于玻璃纖維自身結(jié)構(gòu)和性能上的缺點(diǎn)導(dǎo)致的相容性較差、填料分布不均、纖維增強(qiáng)體容易外露等缺陷和由此帶來(lái)的后續(xù)加工不便的技術(shù)問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的第二目的是提供一種芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中以玻璃纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍存在的由于玻璃纖維自身結(jié)構(gòu)和性能上的缺點(diǎn)導(dǎo)致的相容性較差、填料分布不均、纖維增強(qiáng)體容易外露等缺陷和由此帶來(lái)的后續(xù)加工不便的技術(shù)問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料，由包含以下重量份的組分制成:
芳綸纖維10-30份；
耐高溫尼龍70-90份；
相容劑I~20份；
加工助劑1~3份。
[0008]較佳地，所述的芳綸纖維為間位芳綸本白短纖，且在使用前經(jīng)異氰酸酯處理。
[0009]較佳地，所述的對(duì)芳綸纖維進(jìn)行處理的異氰酸酯選自二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、2，4-甲苯二異氰酸酯(TDI)和1，6_己二異氰酸酯(HDI)中的一種或幾種。
[0010]較佳地，所述的耐高溫尼龍選自PA6T、PA7T、PA8T、PA9T、PA10T、PA12T中的一種或幾種，優(yōu)選為PAlOT。
[0011]較佳地，所述的相容劑選自馬來(lái)酸酐接枝SEBS、馬來(lái)酸酐接枝苯乙烯、馬來(lái)酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中的一種或幾種。
[0012]較佳地，所述的加工助劑為質(zhì)量比1:1的酚類高溫抗氧劑和硬脂酸類潤(rùn)滑劑的混合物。
[0013]較佳地，所述的酚類高溫抗氧劑選自四[β- (3，5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)、β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧劑1076)、1，3，5-三(4-叔丁基-3-羥基-2，6- 二甲基芐基)_1，3，5-三嗪-2，4，6-(1Η, 3Η, 5Η)-三酮(抗氧劑1790)中的一種或幾種。
[0014]較佳地，所述的硬脂酸類潤(rùn)滑劑選自硬脂酰胺、硬脂酸、硬脂酸鋅和硬脂酸鈣中的一種或幾種，優(yōu)選硬脂酸鈣。
[0015]一種上述的芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟: 第一步，芳綸纖維的處理和耐高溫尼龍的干燥，其中
芳綸纖維處理:將芳綸纖維用異氰酸酯處理，較優(yōu)的，芳綸纖維占異氰酸酯重量比例的30%~50%，之后用蒸餾水和無(wú)水乙醇清洗，為了保證清洗徹底，可采用大量蒸餾水和無(wú)水乙醇清洗，清洗后干燥備用；
耐高溫尼龍干燥:將耐高溫尼龍放入干燥箱內(nèi)，10(Tl3(rC干燥1~8小時(shí)，此過(guò)程優(yōu)選使用真空烘箱；其中
芳綸纖維的處理和耐高溫尼龍的干燥不分先后，可以先進(jìn)行芳綸纖維的處理再進(jìn)行耐高溫尼龍的干燥，也可以先進(jìn)行耐高溫尼龍的干燥再進(jìn)行芳綸纖維的處理，或者芳綸纖維的處理和耐高溫尼龍的干燥同時(shí)進(jìn)行；
第二步，按以下重量份稱取干燥好的原料和助劑:
芳綸纖維10-30份，
耐高溫尼龍70-90份，
相容劑I~20份，
加工助劑1~3份；
第三步，將稱量好的耐高溫尼龍、相容劑和加工助劑通過(guò)高速混合機(jī)攪拌均勻得混合物，攪拌轉(zhuǎn)速50(T800r/min，混合時(shí)間3~8分鐘；
第四步，將第三步得到的混合物加入到螺桿擠出機(jī)中，在270~330°C溫度下與第二步稱量得到的芳綸纖維一起熔融共混擠出造粒，其中芳綸纖維在螺桿擠出機(jī)的專用加料口加入，即得到芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料。
[0016]較佳地，所述的第四步中，螺桿擠出機(jī)為雙螺桿擠出機(jī)，熔融共混溫度為285~315。C。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
第一，本發(fā)明采用芳綸纖維作為耐高溫尼龍的增強(qiáng)填料，由于芳綸纖維具有優(yōu)異的阻燃性能，為自阻燃材料，所以得到的芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料具有一定的阻燃性倉(cāng)泛;
第二，本發(fā)明采用芳綸纖維作為耐高溫尼龍的增強(qiáng)填料，由于芳綸纖維具有優(yōu)異的耐熱性能和很高的強(qiáng)度，所以得到的芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐熱性能和力學(xué)性能；
第三，本發(fā)明復(fù)合材料的制備采用雙螺桿擠出機(jī)，其制備方法及工藝簡(jiǎn)單，易于操作，并且連續(xù)生產(chǎn)效率高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
[0018]當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)該理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。在實(shí)際應(yīng)用中技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明做出的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]實(shí)施例1
本實(shí)施例中采用的生產(chǎn)芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料所用的主要設(shè)備有:
高速混合機(jī)，轉(zhuǎn)速450~l350r/min ；
雙螺桿擠出機(jī)，螺桿轉(zhuǎn)速:230~400rpm，設(shè)定溫度:285~305°C ；
水槽:冷卻水溫度25~45°C，切粒機(jī)轉(zhuǎn)速:40(T800rpm ；
耐高溫尼龍選用PA10T，由上海杰事杰新材料(集團(tuán))股份有限公司提供，使用前將其放入干燥箱內(nèi)，100°C干燥8小時(shí)。
[0021]芳綸纖維選用煙臺(tái)泰和新材料公司提供的Tametar間位芳綸本白短纖，使用前用二苯基甲烷二異氰酸酯處理，芳綸纖維占二苯基甲烷二異氰酸酯的重量比例為30%。
[0022]相容劑選用馬來(lái)酸酐接枝SEBS ；
加工助劑選用酚類高溫抗氧劑與硬脂酸類潤(rùn)滑劑質(zhì)量比1:1的混合物，其中酚類高溫抗氧劑為抗氧劑1010，硬脂酸類潤(rùn)滑劑為硬脂酸鈣。
[0023]本實(shí)施例中各原料采用以下重量份進(jìn)行稱量:
芳綸纖維10份，
耐高溫尼龍70份，
相容劑20份，
加工助劑3份；
將按上述比例稱量好的耐高溫尼龍、相容劑和加工助劑放入高速混合機(jī)中在800r/min轉(zhuǎn)速條件下混合5分鐘后，加入到雙螺桿擠出機(jī)中，在285~305°C下與上述稱量得到的處理過(guò)的芳綸纖維一起熔融共混擠出造粒，處理過(guò)的芳綸纖維在雙螺桿擠出機(jī)的四、五節(jié)筒體開口處加入，芳綸纖維進(jìn)入到充滿塑化熔體的雙螺桿擠出機(jī)中，與熔體充分混合、浸潤(rùn)，分散在耐高溫尼龍熔體中，然后經(jīng)口模擠出，拉條冷卻后切粒，即可獲得本實(shí)施例的芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料。其中
雙螺桿擠出機(jī)加工工藝如下:一區(qū)溫度275± 10°C，二區(qū)溫度275± 10°C，三區(qū)溫度280±10°C，四區(qū)溫度285±10°C，五區(qū)溫度295± 10°C，六區(qū)溫度295± 10°C，七區(qū)溫度295±10°C，八區(qū)溫度290±10°C，九區(qū)溫度285± 10°C，十區(qū)溫度285± 10°C，機(jī)頭溫度為285±10°C，螺桿轉(zhuǎn)速250~350轉(zhuǎn)/分鐘。
[0024]實(shí)施例2
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，各原料采用以下重量份進(jìn)行稱量:
芳綸纖維20份，
耐高溫尼龍70份，
相容劑20份，
加工助劑3份。
[0025]耐高溫尼龍選用PA9T，由上海杰事杰新材料(集團(tuán))股份有限公司提供。
[0026]其余各處理步驟與實(shí)施例1相同。
[0027]實(shí)施例3
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，各原料采用以下重量份進(jìn)行稱量:
芳綸纖維30份，
耐高溫尼龍70份，
相容劑20份，
加工助劑3份。
[0028]其余各處理步驟與實(shí)施例1相同。
[0029]對(duì)實(shí)施例1-實(shí)施例3所得產(chǎn)品，采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其綜合力學(xué)性能和阻燃性能進(jìn)行檢測(cè)，包括拉 伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、Izod缺口沖擊強(qiáng)度和熱變形溫度。測(cè)試結(jié)果見下表1。
[0030]表1
【權(quán)利要求】
1.一種芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料，其特征在于，由包含以下重量份的組分制成: 芳綸纖維10-30份； 耐高溫尼龍70-90份； 相容劑I~20份； 加工助劑1~3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述的芳綸纖維為間位芳綸本白短纖，其在使用前經(jīng)異氰酸酯處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述的對(duì)芳綸纖維進(jìn)行處理的異氰酸酯選自二苯基甲烷二異氰酸酯、2，4_甲苯二異氰酸酯和1，6-己二異氰酸酯中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述的耐高溫尼龍選自ΡΑ6Τ、ΡΑ7Τ、ΡΑ8Τ、ΡΑ9Τ、ΡΑ10Τ、ΡΑ12Τ中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述的相容劑選自馬來(lái)酸酐接枝SEBS、馬來(lái)酸酐接枝苯乙烯、馬來(lái)酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利I所述的芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述的加工助劑為質(zhì)量比1:1的酚類高溫抗氧劑和硬脂酸類潤(rùn)滑劑的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述的酚類高溫抗氧劑選自四[β - (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β - (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯、1，3，5-三(4-叔丁基-3-羥基-2，6- 二甲基芐基)-1, 3，5-三嗪-2，4，6- (1Η，3Η, 5Η)-三酮中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述的硬脂酸類潤(rùn)滑劑選自硬脂酰胺、硬脂酸、硬脂酸鋅和硬脂酸鈣中的一種或幾種。
9.一種權(quán)利要求1所述的芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 第一步，芳綸纖維的處理和耐高溫尼龍的干燥，其中 芳綸纖維處理:將芳綸纖維用異氰酸酯處理，之后用蒸餾水和無(wú)水乙醇清洗，并干燥備用； 耐高溫尼龍干燥:將耐高溫尼龍放入干燥箱內(nèi)，10(Tl3(rC干燥8小時(shí)； 第二步，按以下重量份稱取干燥好的原料和助劑: 芳綸纖維10-30份， 耐高溫尼龍70-90份， 相容劑I~20份， 加工助劑1~3份； 第三步，將稱量好的耐高溫尼龍、相容劑和加工助劑通過(guò)高速混合機(jī)攪拌均勻得混合物，攪拌轉(zhuǎn)速50(T800r/min，混合時(shí)間3~8分鐘； 第四步，將第三步得到的混合物加入到螺桿擠出機(jī)中，在27(T330°C溫度下與第二步稱量得到的芳綸纖維一起熔融共混擠出造粒，其中芳綸纖維在螺桿擠出機(jī)的專用加料口加入，即得到芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的芳綸纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的第四步中，螺桿擠出機(jī)為雙螺桿擠出機(jī)，熔融共混溫度為285~315°C。
【文檔編號(hào)】C08K5/20GK103627164SQ201210298290
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月21日
【發(fā)明者】李宗仁 申請(qǐng)人:上海杰事杰新材料(集團(tuán))股份有限公司