本发明涉及塑胶原料领域，特别是涉及基于玄武岩纤维增强的高强度PA6复合材料及其制备方法。
背景技术：
PA6，即聚酰胺-6、尼龙6，是由已内酰胺开环缩聚而成的一种半透明或不透明的乳白色结晶热塑性聚合物，是工程塑料中开发最早也是目前尼龙类聚合物中产量最大的品种之一。
PA6具有耐化学腐蚀、耐有机溶剂、摩擦系数小、韧性好、耐油和加工流动性好等诸多优异的性能，在化工、汽车、电子、纺织、交通和机械等领域都有广泛的应用。但由于PA6中大量的酰胺基团具有较强的吸水性，水分子的存在会导致PA6的尺寸不稳定，从而导致PA6机械性能降低，无法适用于尺寸精度要求高的场合，也无法适用于耐磨性要求高的场合。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供一种性质稳定、机械性能好、使用寿命长的基于玄武岩纤维增强的高强度PA6复合材料。
本发明所采用的技术方案是：基于玄武岩纤维增强的高强度PA6复合材料，包括以下重量份数的组分，PA6 63-80份、改性玄武岩纤维12-35份、增韧剂5-10份、憎水材料1-4份、相容剂2-5份、抗氧剂1-4份、偶联剂1-4份。
对上述技术方案的进一步改进为，所述改性玄武岩纤维为经10％的盐酸浸泡1h的连续玄武岩纤维，且所述改性玄武岩纤维的长径比为1600。
对上述技术方案的进一步改进为，所述偶联剂为浓度为5％的氨基硅烷偶联剂。
对上述技术方案的进一步改进为，所述增韧剂为马来酸酐接枝改性的乙烯辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物或乙烯丙烯酸共聚物中的一种或多种。
对上述技术方案的进一步改进为，所述相容剂为苯乙烯与马来酸酐的共聚物。
对上述技术方案的进一步改进为，所述憎水材料为聚乙烯和苯二甲酸乙二醇酯的混合物。
基于玄武岩纤维增强的高强度PA6复合材料的制备方法，包括以下步骤，a.制备改性玄武岩纤维；b、将步骤a中的改性玄武岩纤维用浓度为5％的氨基硅烷偶联剂处理；c、称取配方量的步骤b中的改性玄武岩纤维，及PA6、增韧剂、憎水材料、相容剂、抗氧剂，混合均匀；d.将步骤a中的各组分导入螺杆挤出机内进行挤出得到料条；e.对料条进行水冷、风干处理；f.取步骤e中冷却干燥的料条进行切粒。
对上述技术方案的进一步改进为，步骤d中，螺杆挤出机挤出温度为225℃～250℃，螺杆转速为160r/m-180r/m，改性玄武岩纤维的牵引速率为5mm/s～35mm/s。
本发明的有益效果为：
1、一方面，本发明的基于玄武岩纤维增强的高强度PA6复合材料，含有改性玄武岩纤维，玄武岩纤维是一种高强、高模的无机矿物纤维，而且耐高温，耐腐蚀等性能优秀，是一种绿色无污染的理想材料，并且，玄武岩纤维抗拉强度突出，玄武岩纤维能显著增大PA6的抗拉强度，制备的复合材料弯曲强度高、拉伸强度高、冲击强度好且化学性质稳定、便于回收利用，使用寿命长，能适用于耐磨性要求高的场合。第二方面，本发明的配方中含有憎水材料，可降低PA6的吸湿性，从而提高其制品的尺寸稳定性，能适用于尺寸精度要求高的场合。
2、改性玄武岩纤维为经10％的盐酸浸泡1h的连续玄武岩纤维，且所述改性玄武岩纤维的长径比为1600，一方面，选用连续玄武岩纤维，使得玄武岩纤维最小保留尺度较大，分散均匀，并且在复合材料内部，连续玄武岩纤维可形成纤维互相缠绕的三维网络结构，使得纤维增强效应更加明显，进一步有利于提高复合材料的强度。另外，纤维端部的应力集中点也是裂纹引发点，容易造成应力开裂，从而造成韧性下降。由于连续纤维复合材料样品中的纤维最小保留长度较长，端部数量则会显著减少，从而保持有较好的冲击性能。第二方面，玄武岩纤维为经盐酸改性的玄武岩纤维，盐酸能有效的腐蚀玄武岩纤维的表面，增加纤维表面的粗糙度，从而提高玄武岩纤维与PA6的物理结合力，改善复合材料界面，进一步提高复合材料的力学性能。实验证明，当盐酸浓度为10％，处理时间为1h时，复合材料的力学性能提升最大，拉伸强度和冲击强度分别比未经盐酸处理的复合材料提高了8.94％和23.02％。
3、偶联剂为浓度为5％的氨基硅烷偶联剂，由于玄武岩纤维模量较高，PA6把玄武岩纤维粘接起来后作为一个整体来承受载荷，如玄武岩纤维和PA6的界面粘接强度不高，则复合材料的强度增强不明显，因此，本发明中加入了偶联剂，通过偶联剂提高玄武岩纤维和PA6之间的粘接强度，有利于提高复合材料整体的抗拉强度，具体为，硅烷偶联剂的引入有效连接非极性的无机纤维和带有极性基团的PA6基体，使得玄武岩纤维与PA6间通过化学键结合在一起，从而大幅度提高复合材料的力学性能。其中KH550对复合材料的界面改善效果最好，使复合材料的拉伸强度和冲击强度比未加偶联剂时分别提高了17.46％和30.52％。偶联剂加入后，能在玄武岩纤维表面形成一均匀的偶联剂涂层，若偶联剂的浓度过低，偶联剂涂层无法完全覆盖玄武岩纤维表面，玄武岩纤维在偶联剂的作用下完全与PA6结合，复合材料机械强度有待进一步提升，若偶联剂浓度过低，此时玄武岩纤维表面形成了过厚的偶联剂层，由于偶联剂分子层间结合力并不强，在外力作用下易产生层间剪切脱黏现象，造成复合材料的性能下降，只有当偶联剂浓度为5％时，此时，玄武岩纤维表面形成了均匀的单分子层，此时玄武岩纤维与PA6的结合性最好，复合材料的机械强度最优。
4、增韧剂为马来酸酐接枝改性的乙烯辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物或乙烯丙烯酸共聚物中的一种或多种。相对于其他增韧剂，本发明选用的增韧剂具有优异的耐温、耐老化性能，简单易加工，无需硫化即可使用，无毒环保，同时具有良好的流动性，可改善玄武岩纤维的分散效果，能够显著提高复合材料韧性，进一步提高复合材料的各项机械性能。
5、相容剂为苯乙烯与马来酸酐的共聚物，相容剂能与PA6中的极性基团反应，提高PA6和玄武岩纤维的粘接强度，进一步有利于提高复合材料的弯曲强度、拉伸强度和冲击强度。
6、憎水材料为聚乙烯和苯二甲酸乙二醇酯的混合物，在PA6中加入聚乙烯和苯二甲酸乙二醇酯的混合物，能显著降低PA6的吸湿性，从而提高其制品的尺寸稳定性。
7、基于玄武岩纤维增强的高强度PA6复合材料的制备方法，事先对玄武岩纤维进行了盐酸改性，然后在改性玄武岩纤维表面形成偶联剂涂层，通过盐酸改性，能增加纤维表面的粗糙度，从而提高玄武岩纤维与PA6的物理结合力，改善复合材料界面，进一步提高复合材料的力学性能，通过事先涂覆偶联剂涂层，能增加玄武岩纤维与PA6的界面结合力，进一步提高复合材料的力学性能。
8、制备过程中，螺杆挤出机挤出温度为225℃～250℃，以保证各组分的充分混合，制备的复合材料一致性好；改性玄武岩纤维的牵引速率为5mm/s～35mm/s，该牵引速率能保证玄武岩纤维与浸渍物料浸渍均匀，进一步提高复合材料的一致性；螺杆转速为160r/m-180r/m，若转速过大，会导致复合材料所受剪切力大，玄武岩纤维被绞断，平均纤维长度减小，抗拉强度降低，若转速过小，会导致复合材料中的各组分无法均匀混合，致使得到的料条不均匀，当转速为170r/m时，得到的复合材料拉伸强度最高。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的说明。
具体实施例1：
基于玄武岩纤维增强的高强度PA6复合材料，包括以下重量份数的组分，PA6 74份、改性玄武岩纤维12份、增韧剂8份、憎水材料1.5份、相容剂2.5份、抗氧剂1.5份、偶联剂1.5份。
具体实施例2：
基于玄武岩纤维增强的高强度PA6复合材料，包括以下重量份数的组分，PA6 71份、改性玄武岩纤维15份、增韧剂8份、憎水材料1.5份、相容剂2.5份、抗氧剂1.5份、偶联剂1.5份。
具体实施例3：
基于玄武岩纤维增强的高强度PA6复合材料，包括以下重量份数的组分，PA6 66份、改性玄武岩纤维20份、增韧剂8份、憎水材料1.5份、相容剂2.5份、抗氧剂1.5份、偶联剂1.5份。
对照组：
高强度PA6复合材料，包括以下重量份数的组分，PA6 89份、增韧剂8份、憎水材料1.5份、抗氧剂1.5份。
上述各实施例中，改性玄武岩纤维为经10％的盐酸浸泡1h的连续玄武岩纤维，且改性玄武岩纤维的长径比为1600。偶联剂为浓度为5％的氨基硅烷偶联剂。增韧剂为马来酸酐接枝改性的乙烯辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物或乙烯丙烯酸共聚物的混合物。相容剂为苯乙烯与马来酸酐的共聚物。憎水材料为聚乙烯和苯二甲酸乙二醇酯的混合物。
上述各实施例中，基于玄武岩纤维增强的高强度PA6复合材料的制备方法，包括以下步骤，a.制备改性玄武岩纤维；b、将步骤a中的改性玄武岩纤维用浓度为5％的氨基硅烷偶联剂处理；c、称取配方量的步骤b中的改性玄武岩纤维，及PA6、增韧剂、憎水材料、相容剂、抗氧剂，混合均匀；d.将步骤a中的各组分导入螺杆挤出机内进行挤出得到料条；e.对料条进行水冷、风干处理；f.取步骤e中冷却干燥的料条进行切粒。步骤d中，螺杆挤出机挤出温度为235℃，螺杆转速为170r/m，改性玄武岩纤维的牵引速率为20mm/s。
采用各具体实施例和对照组的材料，制成相同厚度、相同大小、相同性质的板状产品，在相同的环境条件下，采用相同的测量仪器和测量方法，测量各组材料的物理性质，测量结果见表1。
从表1可见，具体实施例2的机械性能优于具体实施例3的机械性能，优于具体实施例1的机械性能，优于对照组的机械性能。
一方面，本发明的复合材料中，加入改性玄武岩纤维后能显著提升材料的弯曲强度、拉伸强度、冲击强度等物理性质，同时降低材料的摩擦系数和磨损率，整体提升复合材料的机械性能，改善其耐磨性，且能显著降低复合材料的吸水率，降低其吸湿性。第二方面，当玄武岩纤维含量为15％左右时，纤维增强效果最明显，这是由于纤维含量过低，会造成部分PA6不能与玄武岩纤维结合，其机械性能有待进一步提升，当纤维含量过高时，纤维过剩，部分纤维裸露，导致机械性能下降，当纤维含量为15％，纤维增强效果最明显，复合材料机械性能改善得最好。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。