一种尼龙复合增强材料及其制备和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于新材料领域，具体涉及一种尼龙复合增强材料及其制备方法，该尼龙复合增强材料是一种梯次级配填充空隙而充实的增强尼龙，能够代替常温钢材及金属。
【背景技术】
[0002]传统的常用常温钢材等金属材料，自来于矿石，需经高温冶炼，资源日益枯竭，大量进口，不可再生，临持续发展的瓶颈。高耗能、高碳排、高污染的生产方式，使生态和生活环境、日益恶化，如雾霾在持续加重，正在构成国人生存危机，严重危害着国人的安康和生命、生活质量。且金属材料易腐蚀损耗、防护成本尚、镑蚀减寿命等，有诸多劣势和缺点。
[0003]目前，可代替小量金属的尼龙材料，主要是纳米增强尼龙、玻纤增强尼龙。其中蓖麻尼龙11，由蓖麻油加工制造，源于荒滩种植的蓖麻，具有年年可再生、可回收再生、极耐蚀、重量轻、易制造等优点。尼龙11，是已知最强韧.耐磨.耐蚀的高分子尼龙材料。用玻璃纤维强化后，已广泛用于军用枪械，大幅减轻了重量。但不足之处在于，该材料强度尚低，冲击韧性较低，收缩率较差，断裂源较多等缺陷；不能代替重要钢制零件，不能大量代替常温钢材和金属。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:
1、传统钢材等金属材料的种种不足。本发明用梯次级配增强尼龙新材料来代替钢铁及其它金属常温结构材料。彻底实现无需碳素高温还原铁素，无需石灰石造渣耗能，无需烧钢坯乳钢耗能，比钢节能七成，完美代替传统常温金属材料之目的。以此来突破钢铁材料的瓶颈，解决矿产、能源、环境污染、生态危机等一系列负面问题。
[0005]2、现有的可替代金属材料的尼龙复合增强材料的强度、冲击韧性等性能不佳。本发明的尼龙复合增强材料的各项性能均与金属材料相当。
[0006]本发明的目的是利用常规可得的材料硅等，与可再生的蓖麻尼龙(尼龙11)相结合制备复合材料，代替常用常温金属。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种尼龙复合增强材料，其包括如下成分:
尼龙11，
直径13 μ m的玄武岩纤维，其重量为尼龙11重量的20?40% ；
直径6 μπι的玻璃纤维，其重量为玄武岩纤维重量的20?40% ；
直径2 μ m的玻璃纤维，其重量为所述直径6 μ m的玻璃纤维重量的20?40% ;粒径为400~600nm的亚纳米材料，其重量为所述直径2 μπι的玻璃纤维重量的20?40% ；
纳米材料，其重量为所述亚纳米材料重量的20?40% ；
其中，所述亚纳米材料为亚纳米娃，所述纳米材料为纳米娃；或者，所述亚纳米材料为亚纳米氢氧化镁，所述纳米材料为纳米氢氧化镁(选择亚纳米氢氧化镁和纳米氢氧化镁可以提高材料的阻燃性)；所述亚纳米材料为亚纳米碳，所述纳米材料为纳米碳，(选择亚纳米碳和纳米碳可以提高材料的润滑性)。
[0008]优选地，上述的尼龙复合增强材料，包括如下成分:
尼龙11，
直径13 μ m的玄武岩纤维，其重量为尼龙11重量的27?33% ；
直径6 μπι的玻璃纤维，其重量为玄武岩纤维重量的27?33% ；
直径2 μ m的玻璃纤维，其重量为所述直径6 μ m的玻璃纤维重量的27?33% ;粒径为400~600nm的亚纳米材料，其重量为所述直径2 μπι的玻璃纤维重量的27?33% ；
纳米材料，其重量为所述亚纳米材料重量的27?33%。
[0009]优选地，所述纳米材料的粒径不大于60nm。
[0010]本发明还提供上述的尼龙复合增强材料的制备方法，包括如下步骤:
1)按照配比将各成分混合均匀；
2)将步骤1)的混合物加温加压混炼。温度280°C_300°C，压力30_40MPa ；
3)将步骤2)得到的混炼物，加温加压拉丝。温度280°C_300°C，压力25_30MPa ；
4)分割造粒。
[0011]本发明另提供一种尼龙复合增强材料，其包括如下成分:
尼龙11，
直径13 μ m的玄武岩纤维，其重量为尼龙11重量的20?40% ；
直径6 μπι的玻璃纤维，其重量为玄武岩纤维重量的20?40% ；
直径2 μ m的玻璃纤维，其重量为所述直径6 μ m的玻璃纤维重量的20?40% ;
芳纶粉，其重量为所述直径2 μ m的玻璃纤维重量的20?40%。
[0012]上述的尼龙复合增强材料的制备方法，包括如下步骤:
1)按照配比将各成分混合均匀；
2)将步骤1)的混合物加温加压混炼。温度280°C_300°C，压力30_40MPa ；
3)将步骤2)得到的混炼物，加温加压拉丝。温度280°C_300°C，压力25_30MPa ；
4)分割造粒。
[0013]本发明提供上述的尼龙复合增强材料的应用:将尼龙复合增强材料加热熔融后，通过3D打印、注塑、挤压成型工艺制成所需型材或部件。
[0014]作为优选技术方案，所述所需型材或部件需耐磨时，可在型材或部件表面镀覆纳米金刚石膜，以增强硬度，制备超硬耐磨表面部件。
[0015]本发明能够达到以下有益效果:
1、本发明经组合创新，科学选材级配，梯次填充空隙而充实介观力学结构，研制可持续、循环、再生，无污染、低耗能、极耐蚀的代常温金属结构材料?梯次级配充实的增强尼龙(龙钢)，它具有优异的综合性能，可代替传统常用常温钢材或金属。
[0016]2、本发明的尼龙复合增强材料，的拉伸强度在335MPa以上，弯曲强度250MPa以上，缺口冲击强度20 KJ / M2以上，热变温度2MPa / 230°C左右。化学稳定，永耐盐蚀。
[0017]3、本发明的尼龙复合增强材料，具有立体可再生的特点:蓖麻制尼龙11，蓖麻年年于荒滩再生，填充大量玻璃纤维而可增生，而尼龙复合增强材料用废后，亦可回收再生(双重再生)。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0019]本发明提供的尼龙复合增强材料，其成分包括尼龙11 (蓖麻油加工制成，产自蓖麻，资源可再生)，直径13 μ m玄武岩纤维、直径6 μ m的玻璃纤维、直径2 μ m的玻璃纤维、粒径为400~600nm的亚纳米材料和纳米材料(亚纳米材料和纳米材料可替换为芳纟仑粉)，其中，亚纳米材料为亚纳米硅，纳米材料为纳米硅；或者，亚纳米材料为亚纳米氢氧化镁，纳米材料为纳米氢氧化镁(此组合增加阻燃性)；或者，亚纳米材料为亚纳米碳，纳米材料为纳米碳(此组合增加润滑性)。
[0020]其制备方法，包括如下步骤:
1)按照重量配比将各成分混合均匀；
2)将步骤1)的混合物加温加压混炼。温度280°C_300°C，压力30_40MPa ；
3)将步骤2)得到的混炼物，加温加压拉丝。温度280°C _300°C，压力25_30MPa ；
4)分割造粒。
[0021]本发明的尼龙复合增强材料各成分组合依据梯次级配的原理:每种直径或粒径材料排列时，会有三角形空隙；梯次极配的目的，旨在梯次填补这些空隙，以求梯次充实，减少蠕变、提高强度。梯次级配物质的直径/粒径的选择，需要下一级物质的直径，正好是上一级物质直径的圆切空隙。也就是说:13μπ?的玄武岩纤维之间形成的空隙，以6μ玻璃纤维填充；6 μ玻璃纤维之间形成的空隙，用2 μ的玻纤填充；2 μ玻璃纤维之间形成的空隙，由亚纳米材料填充；亚纳米材料的空隙，用纳米材料填充，最后，由尼龙再填充并粘结各材料。再经过热融挤压混练，充分互填充及匀质化。并拉丝制成标准颗粒。(当亚纳米材料和纳米材料被芳纶粉替代时，则由可热变形而细致充实的芳纶粉填充2 μ玻璃纤维之间形成的空隙)。
[0022]以具体实施例对本发明的尼龙复合增强材料进行说明实施例1
本实施例的尼龙复合增强材料，由如下成分构成:
尼龙11，
直径13 μπι玄武岩纤维，其重量为尼龙11重量的28% ;
直径6 μπι的玻璃纤维，其重量为玄武岩纤维重量的29% ;
直径2 μ m的玻璃纤维，其重量为直径6 μ m的玻璃纤维重量的30% ;
直径为500nm的亚纳米硅，其重量为直径2 μπι的玻璃纤维重量的30% ；
粒径10?60的纳米硅，其重量为亚纳米硅重量的30%。
[0023]其制备方法具体如下:
第一步:按照级配要求称重配料，用V型混料机一混料。
[0024]第二步:用塑料混料机，加温加压混炼。温度280 °C -300