专利名称：一种尼龙66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，涉及ー种尼龙66材料及其制备方法。
背景技术：
聚酰胺树脂，是性能优良用途广泛的化工原料，由于具有无毒、质轻、优良的机械強度、耐磨性及较好 的耐腐蚀性，因此，代替铜等金属在机械、化工、仪表、汽车等エ业中制造轴承、齿轮、泵叶及其他零件中的应用，但是在一些强度要求比较高的部件上，特别是在军エ和航空航天领域，尼龙66原料很难满足使用要求，而且使用过程中易吸水发生尺寸变形，国内外企业为解决此问题，利用碳纤和玻纤对尼龙66进行了增强改性，其中碳纤增强尼龙66材料具有极佳的刚性、耐油性、耐磨性和抗蠕变性，代替传统的金属材料还有重量轻的优势。中国专利CN101608064A (
公开日期2009. 12.23)提出一种用于油田扶正器的碳纤维增强尼龙复合材料及其制备方法，包括以下各步骤增强体碳纤维的表面改性；尼龙本体的改性；碳纤维/改性尼龙复合材料的制备将20 40质量份碳纤维和40 160质量份改性尼龙充分混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出后造粒，然后加温注塑得油田扶正器专用碳纤维增强尼龙复合材料。这种方法的缺陷是所用碳纤维经过挤出机双螺杆的剪切作用，纤维长度仅存Imm以下，虽然明显提高了材料的刚度，但是该材料的韧性，即冲击強度比较低。中国专利CN1292394(
公开日期2001. 04. 25)采用浇注法利用碳纤维增强尼龙材料，包括以下各步骤碳纤维的预处理将待处理的碳纤维量浸泡在硝酸溶液中，后用氢氧化钠溶液和水充分洗涤，直至PH值不显酸性；将处理后的碳纤维与己内酰胺单体混合均匀，放入容器内加热使物料熔化，容器抽真空脱水再加入催化剂氢氧化钠，加热到熔化；加入活化剂甲苯ニ异氰酸酯，浇铸到模具中，保温后脱模。这种方法的缺陷是浇注成型周期比较长，生产效率比较低，浇注过程需要配制大量的酸碱溶液。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种尼龙66材料及其制备方法。该材料具有较高的刚性和強度，以及优异的抗冲击性能和耐热性能，还具有长期抗水解稳定性和抗化学腐蚀性能，而且该材料可以通过注塑直接成型，生产效率高，使用后的制件经粉碎后可以回收利用。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下一种尼龙66材料，该材料包括以下组分和重量份尼龙66原料500 700份，连续碳纤维300 500份，抗氧剂6 10份，润滑剂4 8份，
抗水解剂5 15份。所述的尼龙66在275°C，负荷为O. 325Kg时的熔融指数为10 30g/10min。所述的连续碳纤维选自丙烯腈基连续碳纤维，直径为5 ΙΟμπι，线密度为800 3000g/1000m。所述的抗氧剂选自N，N'-双-(3_(3，5-ニ叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己ニ胺(抗氧剂1098)或三[2. 4-ニ叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)中的ー种或几种。所述的润滑剂选自こ烯-丙烯酸共聚蜡(AC540A)或硬脂酸钙(CaSt)中的ー种或几种。 所述的抗水解剂为高分子量的聚碳化ニ亚胺(Stabaxol P)。ー种上述尼龙66材料的制备方法，该方法包括以下步骤(I)干燥准备按照上述配比称取各组分原料，将尼龙66原料干燥；(2)混料准备；将干燥后的尼龙66原料、抗氧剂、润滑剂和抗水解剂，依次加入到高混机中混料，然后将混好的物料加到挤出机的料斗中干燥备用；(3)抗水解连续碳纤维增强尼龙66材料的制备将连续碳纤维浸溃到步骤(2)中备好的混合物料中，并分散均匀，然后将浸溃后的碳纤维拉出；(4)将步骤(3)中制备的碳纤维增强尼龙66材料冷却、切粒。通过选择定型ロ模的尺寸(2. O 4. Omm),同时调整挤出机转速和主机喂料,来调整连续碳纤维增强尼龙66材料中玻璃纤维的含量。所述的步骤(I)中尼龙66的干燥条件为干燥温度90 100°C，干燥时间6 8h。所述的步骤(2)中挤出机料斗的干燥温度为80 90°C。所述的步骤⑵中挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径65mm，螺杆的长径比为40 1，混合熔融温度设定为第一段220 230°C，第二段230 240°C，第三段240 250°C，第四段250 260°C，第五段260 270°C，熔体温度260 270°C，机头温度265 275 °C。所述的步骤⑵中的混料温度为40 60°C，混料时间为3-5分钟。所述的步骤(3)中的浸溃在连续纤维增强热塑性材料的专用浸溃设备中进行。所述的步骤(4)中碳纤维增强尼龙66材料的切粒长度为ll_13mm，粒径2. O
4.Omm0本发明由于采用了以上技术方案，即采用连续碳纤维增强尼龙66材料，在该材料中碳纤维按同一方向取向，而且纤维的长度大于3mm，从而大幅度提高了材料的刚性和强度，以及抗冲击性能和耐热性能和优异的抗水解性能。本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果I、与现有技术先比，本发明采用连续碳维增强尼龙66，通过浸溃设备对连续碳纤维进行均匀分散，完全浸溃，提高了碳纤维与尼龙66的界面作用，保证了碳纤维的有效长度，从而大大提高了该材料的刚性和強度，同时明显提高材料的抗冲击性能和耐热性能。2、与现有技术先比，本发明材料在保持优异力学性能的基础上，还具有长期稳定性抵抗化学腐蚀，特别是高温水解以及恶劣的化学环境。3、本发明设计合理、操作简单、实用性強，产品为具有一定长度的粒料(粒长11 13mm，直径2. O 4. Omm)，干燥处理后可以直接注塑成型，生产效率高，且制件使用后经过粉碎处理还可以回收利用，不污染环境。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明作进ー步的说明。实施例I(I)干燥准备将尼龙66原料置于干燥器中干燥；干燥温度90 100°C ;干燥时间6 8h ;
(2)按照下列配比称取各原料(重量份)，并依次加入到高混机中，混料温度控制在40 60°C，混料时间3-5分钟后停止，然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用，挤出机料斗的干燥温度设定为80 90°C ；尼龙66原料700份，连续碳纤维300份，抗氧剂9份，润滑剂5份，抗水解剂8份。尼龙66原料的熔融指数为10 30g/10min，测试条件为275°C，O. 325Kg ；连续碳纤维为丙烯睛基连续碳纤维，纤维直径为7 μ m，线密度为3200g/1000m ；抗氧剂包括N，N'-双-(3_(3，5-ニ叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己ニ胺(抗1098)和三[2. 4- ニ叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗168)，二者重量比为1:2;润滑剂包括こ烯-丙烯酸共聚蜡(AC540A)和硬脂酸钙(CaSt)，二者重量比为1:1;抗水解剂为高分子量的聚碳化ニ亚胺(Stabaxol P)。(3)抗水解连续碳纤维增强尼龙66材料是由以下方法制备得到的，该方法包括以下步骤采用我司专利(CN1488674，
公开日期2004.04. 14)中提出的连续纤维增强热塑性材料的专用浸溃设备进行熔融浸溃拉挤成型。该成型エ艺为多束连续碳纤维通过纤维入口被引入浸溃槽，连续碳纤维交替绕过成组的张力辊后沿折线前进，在张カ辊的作用下实现纤维的分散和浸溃；浸溃后的碳纤维沿出口的定型ロ模被牵引拉出；(4)最后，将碳纤维增强尼龙66材料经冷却、切粒成长度为ll_13mm的复合材料颗粒。通过选择定型ロ模的尺寸(3. 5mm),同时调整挤出机的主机转速在16 22Hz,喂料速度在15. O 17. OHz，碳纤维含量控制在30±2%，调整切粒机的切刀转速，使制备得到的抗水解连续碳纤维增强尼龙66材料切粒长度控制在ll_13mm,粒径2. O 4. Omm ；双螺杆挤出机的螺杆直径为65mm，螺杆的长径比为40 1，混合熔融温度设定为第一段220 230°C，第二段230 240°C，第三段240 250°C，第四段250 260°C，第五段260 270°C，熔体温度260 270°C，机头温度265 275°C。
将上述得到的碳纤维增强尼龙66复合材料其置于烘箱中在90 100°C下干燥6 8h后进行注塑，注塑样条为ASTM样条，注塑温度如下下料段260 270°C ;第二段270 280°C ;第三段280 290°C ;喷嘴290 300 0C注塑样条放于干燥器中进行状态调节调节温度23°C ;调节时间16h ;性能测试结果见表I。上述注塑样条在85°C的热水中进行水煮IOOh后，再进行性能测试。实施例2
(I)干燥准备将尼龙66原料置于干燥器中干燥；干燥温度90 100°C ;干燥时间6 8h ;(2)按照下列配比称取各原料(重量份)，并依次加入到高混机中，混料温度控制在40 60°C，混料时间3-5分钟后停止，然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用，挤出机料斗的干燥温度设定为80 90°C ；尼龙66原料600份，连续碳纤维400份，抗氧剂9份，润滑剂5份，抗水解剂8份。尼龙66原料的熔融指数为10 30g/10min，测试条件为275°C，O. 325Kg ；连续碳纤维为丙烯睛基连续碳纤维，纤维直径为7 μ m，线密度为3200g/1000m ；抗氧剂包括N，N'-双-(3_(3，5-ニ叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己ニ胺(抗1098)和三[2. 4- ニ叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗168)，二者重量比为1:2;润滑剂包括こ烯-丙烯酸共聚蜡(AC540A)和硬脂酸钙(CaSt)，二者重量比为1:1;抗水解剂为高分子量的聚碳化ニ亚胺(Stabaxol P)。(3)抗水解连续碳纤维增强尼龙66材料是由以下方法制备得到的，该方法包括以下步骤采用我司专利(CN1488674，
公开日期2004.04. 14)中提出的连续纤维增强热塑性材料的专用浸溃设备进行熔融浸溃拉挤成型。该成型エ艺为多束连续碳纤维通过纤维入口被引入浸溃槽，连续碳纤维交替绕过成组的张力辊后沿正玄曲线前进，在张カ辊的作用下实现纤维的分散和浸溃；浸溃后的碳纤维沿出口的定型ロ模被牵引拉出；(4)最后，将碳纤维增强尼龙66材料经冷却，切粒成长度为11-13_的复合材料颗粒。通过选择定型ロ模的尺寸(3. Omm),同时调整挤出机的主机转速在14 16Hz,喂料速度在8. O 12. OHz，碳纤维含量控制在40±2%，调整切粒机的切刀转速，使制备得到的抗水解连续碳纤维增强尼龙66材料切粒长度控制在ll_13mm,粒径2. O 4. Omm ；双螺杆挤出机的螺杆直径为65mm，螺杆的长径比为40 1，混合熔融温度设定为第一段220 230°C，第二段230 240°C，第三段240 250°C，第四段250 260°C，第五段260 270°C，熔体温度260 270°C，机头温度265 275°C。
将上述得到的碳纤维增强尼龙66复合材料其置于烘箱中在90 100°C下干燥6 8h后进行注塑，注塑样条为ASTM样条，注塑温度如下下料段260 270°C ;第二段270 280°C ;第三段280 290°C ;喷嘴290 300 0C注塑样条放于干燥器中进行状态调节调节温度23°C ;调节时间16h ;性能测试结果见表I。上述注塑样条在85°C的热水中进行水煮IOOh后，再进行性能测试。实施例3(I)干燥准备将尼龙66原料置于干燥器中干燥；干燥温度90 100°C ;干燥时间6 8h ; (2)按照下列配比称取各原料(重量份)，并依次加入到高混机中，混料温度控制在40 60°C，混料时间3-5分钟后停止，然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用，挤出机料斗的干燥温度设定为80 90°C ；尼龙66原料500份，连续碳纤维500份，抗氧剂9份，润滑剂5份，抗水解剂8份。尼龙66原料的熔融指数为10 30g/10min，测试条件为275°C，0. 325Kg ；连续碳纤维为丙烯睛基连续碳纤维，纤维直径为7 μ m，线密度为3200g/1000m ；抗氧剂包括N，N'-双-(3- (3，5- ニ叔丁基_4_羟基苯基)丙酰基)己ニ胺(抗1098)和三[2. 4- ニ叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗168)，二者重量比为1:2;润滑剂包括こ烯-丙烯酸共聚蜡(AC540A)和硬脂酸钙(CaSt)，二者重量比为1:1;抗水解剂为高分子量的聚碳化ニ亚胺(Stabaxol P)。(3)抗水解连续碳纤维增强尼龙66材料是由以下方法制备得到的，该方法包括以下步骤采用我司专利(CN1488674，
公开日期2004.04. 14)中提出的连续纤维增强热塑性材料的专用浸溃设备进行熔融浸溃拉挤成型。该成型エ艺为多束连续碳纤维通过纤维入口被引入浸溃槽，连续碳纤维交替绕过成组的张力辊后沿正玄曲线前进，在张カ辊的作用下实现纤维的分散和浸溃；浸溃后的碳纤维沿出口的定型ロ模被牵引拉出；(4)最后，将碳纤维增强尼龙66材料经冷却，切粒成长度为ll_13mm的复合材料颗粒。通过选择定型ロ模的尺寸(2. 5mm)，同时调整挤出机的主机转速在10 12Hz，喂料速度在6. O 8. OHz，碳纤维含量控制在50 ± 2 %，调整切粒机的切刀转速，使制备得到的抗水解连续碳纤维增强尼龙66材料切粒长度控制在ll_13mm,粒径2. O 4. Omm ；双螺杆挤出机的螺杆直径为65mm，螺杆的长径比为40 1，混合熔融温度设定为第一段220 230°C，第二段230 240°C，第三段240 250°C，第四段250 260°C，第五段260 270°C，熔体温度260 270°C，机头温度265 275°C。
将上述得到的碳纤维增强尼龙66复合材料其置于烘箱中在90 100°C下干燥6 8h后进行注塑，注塑样条为ASTM样条，注塑温度如下下料段260 270°C ;第二段270 280°C ;第三段280 290°C ;喷嘴290 300 0C注塑样条放于干燥器中进行状态调节调节温度23°C ;调节时间16h ;性能测试结果见表I。上述注塑样条在85°C的热水中进行水煮IOOh后，再进行性能测试。比较实施例I为了与现有技术进行比较，本实施例中采用碳纤维与尼龙66树脂在双螺杆挤出机直接熔融混合分散，再进行拉条切粒，配方体系与实施例I完全相同。 尼龙66原料700份，连续碳纤维300份，抗氧剂9份，润滑剂5份，抗水解剂8份。其中，尼龙66原料的熔融指数为10 30g/10min，测试条件为275°C，0. 325Kg ；连续碳纤维为丙烯晴基连续碳纤维，纤维直径为7 μ m，线密度为3200g/1000m ;抗氧剂包括N，N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(抗1098)和三[2. 4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗168)，二者重量比为I : 2 ;润滑剂包括乙烯-丙烯酸共聚蜡(AC540A)和硬脂酸钙(CaSt)，二者重量比为I : I ;抗水解剂为高分子量的聚碳化二亚胺(Stabaxol P)；(I)干燥准备将尼龙66原料置于干燥器中，干燥温度90 100°C ;干燥时间6 8h ;(2)混料准备；将700份尼龙66原料、9份抗氧剂、5份润滑剂、8份抗水解剂，依次加入到高混机中，混料温度控制在40 60°C，混料时间3-5分钟后停止，然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用，挤出机料斗的干燥温度设定为80 90°C ；(3)碳纤维增强尼龙66材料的制备连续碳纤维直接从纤维入口加到双螺杆挤出机中，通过调整螺杆转速和喂料转速，控制碳纤维含量在30±2%，从双螺杆挤出机中拉出料条，料条过水冷却，风机吹干料条表面的水，然后进行切粒；挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径65mm，螺杆的长径比为40 1，混合熔融温度设定为第一段220 230°C，第二段230 240°C，第三段240 250°C，第四段250 260°C，第五段260 270°C，熔体温度260 270°C，机头温度265 275°C。(4)注塑和样条测试将上述得到的比较实施例I中的材料在烘箱中90 100°C干燥6 8h后进行注塑，注塑样条为ASTM样条，注塑温度如下下料段260 270°C ;第二段270 280°C ;第三段280 290°C ;喷嘴290 300 0C注塑样条放于干燥器中进行状态调节调节温度23°C ;调节时间16h ;性能测试结果见表I。上述注塑样条在85°C的热水中进行水煮IOOh后，再进行性能测试。
比较实施例2为了与现有技术进行比较，本实施例中采用碳纤维与尼龙66树脂在双螺杆挤出机直接熔融混合分散，再进行拉条切粒，配方体系与实施例2完全相同。尼龙66原料600份，连续碳纤维400份，抗氧剂9份，润滑剂5份，抗水解剂8份。 尼龙66原料的熔融指数为10 30g/10min，测试条件为275°C，0. 325Kg连续碳纤维为丙烯晴基连续碳纤维，纤维直径为7 μ m，线密度为3200g/1000m ；抗氧剂包括N，N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(抗1098)和三[2. 4- 二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗168)，二者重量比为1:2;润滑剂包括乙烯-丙烯酸共聚蜡(AC540A)和硬脂酸钙(CaSt)，二者重量比为1:1;抗水解剂为高分子量的聚碳化二亚胺(Stabaxol P)。碳纤维增强尼龙66材料是由以下方法制备得到的，该方法包括以下步骤(I)干燥准备将尼龙66原料置于干燥器中，干燥温度90 100°C ;干燥时间6 8h ;(2)混料准备；将600份尼龙66原料、9份抗氧剂、5份润滑剂、8份抗水解剂，依次加入到高混机中，混料温度控制在40 60°C，混料时间3-5分钟后停止，然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用，挤出机料斗的干燥温度设定为80 90°C ；(3)碳纤维增强尼龙66材料的制备连续碳纤维直接从纤维入口加到双螺杆挤出机中，通过调整螺杆转速和喂料转速，控制碳纤维含量在40±2%，从双螺杆挤出机中拉出料条，料条过水冷却，风机吹干料条表面的水，然后进行切粒；挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径65mm，螺杆的长径比为40 1，混合熔融温度设定为第一段220 230°C，第二段230 240°C，第三段240 250°C，第四段250 260°C，第五段260 270°C，熔体温度260 270°C，机头温度265 275°C。(4)注塑和样条测试将上述得到的比较实施例I中的材料在烘箱中90 100°C干燥6 8h后进行注塑，注塑样条为ASTM样条，注塑温度如下下料段260 270°C ;第二段270 280°C ;第三段280 290°C ;喷嘴290 300 0C注塑样条放于干燥器中进行状态调节调节温度23°C ;调节时间16h ;性能测试结果见表I。上述注塑样条在85°C的热水中进行水煮IOOh后，再进行性能测试。表I
权利要求
1.一种尼龙66材料，其特征在于该材料包括以下组分和重量份 尼龙66原料500 700份， 连续碳纤维300 500份， 抗氧剂6 10份， 润滑剂4 8份， 抗水解剂5 15份。
2.根据权利要求I所述的尼龙66材料，其特征在于所述的尼龙66原料在275°C，负荷为O. 325Kg时的熔融指数为10 30g/10min。
3.根据权利要求I所述的尼龙66材料，其特征在于所述的连续碳纤维选自丙烯腈基 连续碳纤维，直径为5 10 μ m，线密度为800 3000g/1000m。
4.根据权利要求I所述的连续碳纤维增强尼龙66材料，其特征在于所述的抗氧剂选自N，N'-双-(3-(3，5_ ニ叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己ニ胺或三[2. 4-ニ叔丁基苯基]亚磷酸酯中的ー种或几种。
5.根据权利要求I所述的尼龙66材料，其特征在于所述的润滑剂选自こ烯-丙烯酸共聚蜡或硬脂酸钙中的ー种或几种。
6.根据权利要求I所述的尼龙66材料，其特征在于所述的抗水解剂为高分子量的聚碳化ニ亚胺。
7.—种权利要求1-6中任一所述的尼龙66材料的制备方法,其特征在于该方法包括以下步骤 (1)干燥准备 按照权利要求I所述的配比称取各组分原料，将尼龙66原料干燥； (2)混料准备； 将干燥后的尼龙66原料、抗氧剂、润滑剂和抗水解剂，依次加入到高混机中混料，然后将混好的物料加到挤出机的料斗中干燥备用； (3)抗水解连续碳纤维增强尼龙66材料的制备 将连续碳纤维浸溃到步骤(2)中备好的混合物料中，并分散均匀，然后将浸溃后的碳纤维拉出； (4)将步骤(3)中制备的碳纤维增强尼龙66材料冷却、切粒。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在干所述的步骤(I)中尼龙66的干燥条件为干燥温度90 100°C，干燥时间6 8h。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在干所述的步骤(2)中挤出机料斗的干燥温度为80 90°C ;或所述的步骤(2)中挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径65mm，螺杆的长径比为40 1，混合熔融温度设定为第一段220 230°C，第二段230 240°C，第三段240 250°C，第四段250 260°C，第五段260 270°C，熔体温度260 270°C，机头温度265 275°C ;或所述的步骤(2)中的混料温度为40 60°C，混料时间为3_5分钟。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述的步骤(3)中的浸溃在连续纤维增强热塑性材料的专用浸溃设备中进行；或所述的步骤(4)中碳纤维增强尼龙66材料的切粒长度为ll-13mm,粒径2. O 4. 0_。
全文摘要
本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种尼龙66材料及其制备方法。该材料包括以下组份及重量份500～700份尼龙66原料、300～500份连续碳纤维、6～10份抗氧剂、4～8份润滑剂和5～15份抗水解剂。与现有技术先比，本发明设计合理、操作简单、实用性强，采用连续碳纤维增强尼龙66材料，使得制件中碳纤维的长度可以保持在3～6mm，从而大大提高了该材料的刚性和强度，明显提高材料的抗冲击性能和耐热性能，而且具有长期抗水解稳定性和抗化学腐蚀性能。
文档编号C08L77/06GK102850786SQ20111017952
公开日2013年1月2日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者蒋超杰 申请人:合肥杰事杰新材料股份有限公司