一种泡沫改性尼龙复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子材料
技术领域：
，具体涉及一种泡沫改性尼龙复合材料。
背景技术：
：尼龙是在碱性条件下，由己内酰胺单体经阴离子开环聚合而成，又称单体浇铸尼龙(monomercastingnylon)，是工程塑料的一种。尼龙制品具有重量轻、强度高、自润滑、耐磨、防腐，绝缘等多种独特性能，几乎应用于所有的工业领域。它可直接取代部分以铜、不锈钢、铝合金等材料制备的金属制品，“以塑代钢、性能卓越”。但尼龙也存在一些缺点，如在干态和低温下抗冲击强度低，制品尺寸稳定性差，强度和刚度与金属相比差距较大，呈现较大的脆性，尤其在低温条件下更易脆裂。为了解决这个问题，通常是采用物理或化学的方法进行改性。专利cn102146160a公开了通过十二内酰胺单体的引入，使单体浇铸尼龙的化学结构和聚合形态上发生改变，以达到增韧改性的目的。但改性后的单体浇铸尼龙在韧性上是常规尼龙的2～3倍时，十二内酰胺单体的用量需要达到己内酰胺单体质量份的40％左右。专利cn102796256a公开了采用交联聚丙烯进行共混改性单体浇铸尼龙，但交联聚丙烯的用量在达到己内酰胺单体质量份的5～20％时，此方法使所获得的改性单体浇铸尼龙的抗冲击强度提高70％以上。泡沫具有轻质、回弹性和耐久性优良，密度和硬度可调节，耐冲击、隔热性能好等特性，同时具有易进行裁剪、穿孔、粘合加工等性能(参考文献《的应用与研究》，陈宣，《化工文摘》2007，1)。工业生产中产生的废硬质泡沫塑料，一般采用焚烧的方法进行处理，既浪费材料，又造成环境污染。专利cn101096426a公开了将废硬质泡沫塑料粉碎后与聚醚多元醇、异氰酸酯混合后进行发泡，制备泡沫塑料成品。专利cn103834163b公开了将泡沫用于对单体浇铸尼龙(尼龙)进行共混改性，制得泡沫改性尼龙复合材料。技术实现要素：为了解决上述的技术问题，本发明提供一种泡沫改性尼龙复合材料及其制备方法，其目的在于，提供一种泡沫改性尼龙复合材料，通过添加硬质泡沫，使得复合材料具有良好的韧性和抗冲击性能，在增容剂作用下，有效改善了两相的界面结合作用。本发明提供一种泡沫改性尼龙复合材料，由以下原料制备而成：己内酰胺、硬质泡沫、钛酸钾晶须、纳米氧化铜、tdi活化剂、片碱、纳米二氧化硅、蒙脱土、增强剂、润滑剂和增容剂。作为本发明进一步的改进，由以下原料按重量份制备而成：己内酰胺1000-2000份、硬质泡沫700-1200份、钛酸钾晶须30-50份、纳米氧化铜20-40份、tdi活化剂2-5份、片碱1-3份、纳米二氧化硅10-20份、蒙脱土15-30份、增强剂3-7份、润滑剂2-8份和增容剂2-5份。作为本发明进一步的改进，由以下原料按重量份制备而成：己内酰胺1200-1800份、硬质泡沫900-1100份、钛酸钾晶须35-45份、纳米氧化铜22-38份、tdi活化剂3-5份、片碱2-3份、纳米二氧化硅12-17份、蒙脱土18-25份、增强剂4-7份、润滑剂3-6份和增容剂2-4份。作为本发明进一步的改进，由以下原料按重量份制备而成：己内酰胺1600份、硬质泡沫1000份、钛酸钾晶须40份、纳米氧化铜29份、tdi活化剂4份、片碱2份、纳米二氧化硅15份、蒙脱土20份、增强剂6份、润滑剂5份和增容剂3份。作为本发明进一步的改进，所述增容剂为炭黑和偶联剂的混合物，质量比为1:1，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。作为本发明进一步的改进，所述硅烷偶联剂选自kh-550、kh-560、kh-570、kh-151、kh-171、kh-580、kh-602、kh-792和sj-42中的一种或几种。作为本发明进一步的改进，所述润滑剂为二硫化钼、液体石蜡、四氟乙烯微粉和二烷基二硫代磷酸锌的混合物，质量比为1:2:2:1。作为本发明进一步的改进，所述增强剂为碳纤维、玻璃纤维和硅灰石的混合物，质量比为1:1:2。本发明进一步保护一种上述泡沫改性尼龙复合材料的制备方法，按照以下步骤制备：s1.将钛酸钾晶须、纳米氧化铜、纳米二氧化硅和蒙脱土混合，搅拌均匀后加入增容剂处理1-2h后，得到处理过的粉末；s2.将处理过的粉末、己内酰胺和硬质泡沫加入反应釜，加热至熔融，脱水15min，超声，加入氢氧化钠，在减压状态下继续加热反应3-5h，加入增强剂、润滑剂和tdi活化剂，摇荡均匀，浇铸于事先预热好的模具中，把模具放入烘箱中加热聚合，30min后脱模成型，制得泡沫改性尼龙复合材料作为本发明进一步的改进，所述超声功率为700-1000w。本发明具有如下有益效果：1.本发明通过添加硬质泡沫，使得复合材料具有良好的韧性和抗冲击性能，在增容剂作用下，有效改善了两相的界面结合作用；2.本发明添加的蒙脱土和钛酸钾晶须，使得复合材料的维卡温度、弯曲强度、硬度和耐磨性比普通尼龙都明显提高；3.本发明添加的纳米二氧化硅和纳米氧化铜能有效提高复合材料的拉伸性能和断裂生长率，使得其具有优异的力学性能；4.本发明制得的泡沫改性尼龙复合材料具有良好的耐磨性、韧性、抗冲性能、硬度等力学性能，可以满足某些工业领域对材料的更高要求，能更好的实现以塑代钢、节约资源和降低成本，为新型的尼龙复合材料开辟广阔的前景。附图说明图1为本发明泡沫改性尼龙复合材料的制备流程图。具体实施方式下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本发明的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护范围。实施例1原料组成(重量份)：己内酰胺1000份、硬质泡沫700份、钛酸钾晶须30份、纳米氧化铜20份、tdi活化剂2份、片碱1份、纳米二氧化硅10份、蒙脱土15份、增强剂3份、润滑剂2份和增容剂2份。所述增容剂为炭黑和偶联剂的混合物，质量比为1:1，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂kh-550。所述润滑剂为二硫化钼、液体石蜡、四氟乙烯微粉和二烷基二硫代磷酸锌的混合物，质量比为1:2:2:1。所述增强剂为碳纤维、玻璃纤维和硅灰石的混合物，质量比为1:1:2。一种泡沫改性尼龙复合材料的制备方法，按照以下步骤制备：s1.将钛酸钾晶须、纳米氧化铜、纳米二氧化硅和蒙脱土混合，搅拌均匀后加入增容剂处理1h后，得到处理过的粉末；s2.将处理过的粉末、己内酰胺和硬质泡沫加入反应釜，加热至熔融，脱水15min，超声，超声功率为700w，加入氢氧化钠，在减压状态下继续加热反应3h，加入增强剂、润滑剂和tdi活化剂，摇荡均匀，浇铸于事先预热好的模具中，把模具放入烘箱中加热聚合，30min后脱模成型，制得泡沫改性尼龙复合材料。实施例2原料组成(重量份)：己内酰胺2000份、硬质泡沫1200份、钛酸钾晶须50份、纳米氧化铜40份、tdi活化剂5份、片碱3份、纳米二氧化硅20份、蒙脱土30份、增强剂7份、润滑剂8份和增容剂5份。所述增容剂为炭黑和偶联剂的混合物，质量比为1:1，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂kh-570。所述润滑剂为二硫化钼、液体石蜡、四氟乙烯微粉和二烷基二硫代磷酸锌的混合物，质量比为1:2:2:1。所述增强剂为碳纤维、玻璃纤维和硅灰石的混合物，质量比为1:1:2。一种泡沫改性尼龙复合材料的制备方法，按照以下步骤制备：s1.将钛酸钾晶须、纳米氧化铜、纳米二氧化硅和蒙脱土混合，搅拌均匀后加入增容剂处理2h后，得到处理过的粉末；s2.将处理过的粉末、己内酰胺和硬质泡沫加入反应釜，加热至熔融，脱水15min，超声，超声功率为1000w，加入氢氧化钠，在减压状态下继续加热反应5h，加入增强剂、润滑剂和tdi活化剂，摇荡均匀，浇铸于事先预热好的模具中，把模具放入烘箱中加热聚合，30min后脱模成型，制得泡沫改性尼龙复合材料。实施例3原料组成(重量份)：己内酰胺1200份、硬质泡沫900份、钛酸钾晶须35份、纳米氧化铜22份、tdi活化剂3份、片碱2份、纳米二氧化硅12份、蒙脱土18份、增强剂4份、润滑剂3份和增容剂2份。所述增容剂为炭黑和偶联剂的混合物，质量比为1:1，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂kh-171。所述润滑剂为二硫化钼、液体石蜡、四氟乙烯微粉和二烷基二硫代磷酸锌的混合物，质量比为1:2:2:1。所述增强剂为碳纤维、玻璃纤维和硅灰石的混合物，质量比为1:1:2。一种泡沫改性尼龙复合材料的制备方法，按照以下步骤制备：s1.将钛酸钾晶须、纳米氧化铜、纳米二氧化硅和蒙脱土混合，搅拌均匀后加入增容剂处理1h后，得到处理过的粉末；s2.将处理过的粉末、己内酰胺和硬质泡沫加入反应釜，加热至熔融，脱水15min，超声，超声功率为800w，加入氢氧化钠，在减压状态下继续加热反应4h，加入增强剂、润滑剂和tdi活化剂，摇荡均匀，浇铸于事先预热好的模具中，把模具放入烘箱中加热聚合，30min后脱模成型，制得泡沫改性尼龙复合材料。实施例4原料组成(重量份)：己内酰胺1800份、硬质泡沫1100份、钛酸钾晶须45份、纳米氧化铜38份、tdi活化剂5份、片碱3份、纳米二氧化硅17份、蒙脱土25份、增强剂7份、润滑剂6份和增容剂4份。所述增容剂为炭黑和偶联剂的混合物，质量比为1:1，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂sj-42。所述润滑剂为二硫化钼、液体石蜡、四氟乙烯微粉和二烷基二硫代磷酸锌的混合物，质量比为1:2:2:1。所述增强剂为碳纤维、玻璃纤维和硅灰石的混合物，质量比为1:1:2。一种泡沫改性尼龙复合材料的制备方法，按照以下步骤制备：s1.将钛酸钾晶须、纳米氧化铜、纳米二氧化硅和蒙脱土混合，搅拌均匀后加入增容剂处理2h后，得到处理过的粉末；s2.将处理过的粉末、己内酰胺和硬质泡沫加入反应釜，加热至熔融，脱水15min，超声，超声功率为900w，加入氢氧化钠，在减压状态下继续加热反应4h，加入增强剂、润滑剂和tdi活化剂，摇荡均匀，浇铸于事先预热好的模具中，把模具放入烘箱中加热聚合，30min后脱模成型，制得泡沫改性尼龙复合材料。实施例5原料组成(重量份)：己内酰胺1600份、硬质泡沫1000份、钛酸钾晶须40份、纳米氧化铜29份、tdi活化剂4份、片碱2份、纳米二氧化硅15份、蒙脱土20份、增强剂6份、润滑剂5份和增容剂3份。所述增容剂为炭黑和偶联剂的混合物，质量比为1:1，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂kh-171和sj-42的混合物。所述润滑剂为二硫化钼、液体石蜡、四氟乙烯微粉和二烷基二硫代磷酸锌的混合物，质量比为1:2:2:1。所述增强剂为碳纤维、玻璃纤维和硅灰石的混合物，质量比为1:1:2。一种泡沫改性尼龙复合材料的制备方法，按照以下步骤制备：s1.将钛酸钾晶须、纳米氧化铜、纳米二氧化硅和蒙脱土混合，搅拌均匀后加入增容剂处理1.5h后，得到处理过的粉末；s2.将处理过的粉末、己内酰胺和硬质泡沫加入反应釜，加热至熔融，脱水15min，超声，超声功率为850w，加入氢氧化钠，在减压状态下继续加热反应4h，加入增强剂、润滑剂和tdi活化剂，摇荡均匀，浇铸于事先预热好的模具中，把模具放入烘箱中加热聚合，30min后脱模成型，制得泡沫改性尼龙复合材料。对比例1与实施例5相比缺少硬质泡沫。对比例2与实施例5相比缺少蒙脱土和钛酸钾晶须。对比例3与实施例5相比缺少纳米二氧化硅和纳米氧化铜。测试例1将本发明实施例1-5、对比例1-3制备的泡沫改性尼龙复合材料和尼龙进行性能测试，结果见表1。表1组别拉伸强度(mpa)冲击强度(kj/m-2)断裂伸长率(％)硬度(hrm)维卡温度(℃)实施例1105.622.174.687.1235实施例2105.522.074.487.3237实施例3106.722.274.887.2235实施例4106.222.375.087.7236实施例5107.522.575.387.9238对比例1102.816.534.185.4231对比例2103.321.873.180.2210对比例380.718.970.285.6230尼龙74.216.130.279.7208与现有技术相比，本发明通过添加硬质泡沫，使得复合材料具有良好的韧性和抗冲击性能，在增容剂作用下，有效改善了两相的界面结合作用；本发明添加的蒙脱土和钛酸钾晶须，使得复合材料的维卡温度、弯曲强度、硬度和耐磨性比普通尼龙都明显提高；本发明添加的纳米二氧化硅和纳米氧化铜能有效提高复合材料的拉伸性能和断裂生长率，使得其具有优异的力学性能；本发明制得的泡沫改性尼龙复合材料具有良好的耐磨性、韧性、抗冲性能、硬度等力学性能，可以满足某些工业领域对材料的更高要求，能更好的实现以塑代钢、节约资源和降低成本，为新型的尼龙复合材料开辟广阔的前景。本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。当前第1页12