专利名称：一种碳纤维增强铸型尼龙复合材料的制备方法
技术领域：
本发明属于材料科学技术领域，涉及铸型尼龙复合材料的制备方法。
铸型尼龙是在常压下将熔融的原料己内酰胺单体用强碱性的物质作催化剂，与活化剂等助剂一起，直接注入预热到一定温度的模具中，物料在模具内很快地进行聚合反应，凝结成白色坚韧的固体坯件。铸型尼龙的特点是质量轻，密度一般在1．15～1．16；减振降噪；良好的回弹性；具有耐磨性和自润滑性，适宜于在不能添加润滑剂的工况下使用；良好的机械性能，机械强度比普通尼龙高得多，韧性好，抗冲击，耐疲劳。铸型尼龙作为耐磨自润滑工程塑料在很多工业领域获得应用，如石油、天然气输送管线上的大型球阀密封环和轴套，钻井用泥浆泵的活塞体，各种传动结构部件如轴瓦、轴套、船用螺旋桨、纺织机梭子、齿轮等。随着铸型尼龙实际应用的扩展，对其性能提出了更高的要求。特别是其与钢铁材料相比较低的机械强度，难以满足大型工件对材料性能的要求。因此，在保持其优良特点的同时，如何进一步提高其力学性能，开发材料潜能，成为扩大其应用的关键。
本发明的目的是提出一种碳纤维增强铸型尼龙复合材料的制备方法，使该种复合材料不仅具有铸型尼龙的良好性能特点，而且具有较铸型尼龙更高的拉伸强度，弯曲强度等力学性能，摩擦学性能也得到提高，从而能用此材料制备出承载能力更高的工件。
本发明提出的碳纤维增强铸型尼龙复合材料的制备方法，包括以下各步骤(1)碳纤维的预处理将待处理的碳纤维量浸泡在50-60％的硝酸溶液中，取出后用氢氧化钠溶液和水充分洗涤，直至pH值不显酸性；(2)将处理后的碳纤维与己内酰胺单体混合均匀，其中碳纤维的加入量为5-15％，放入容器内加热使物料熔化，容器抽真空脱水；(3)解除真空，加入催化剂氢氧化钠，加入量与单体的摩尔比为0．002～0．003∶1，加热到熔化；(4)解除真空，加入活化剂甲苯二异氰酸酯，加入量与单体的摩尔比为0．002～0．003∶1；(5)浇铸到已预热至160-200℃的模具中，保温后脱模，即得到碳纤维增强铸型尼龙复合材料。
所说的碳纤维的纤维平均长径比可为10-15∶1。
所说的抽真空的真空度可为10-1～10-3Pa。
用本发明方法制备的复合材料，其主要性能特点是拉伸强度提高了30％，达到90MPa-100MPa弯曲强度提高了20％，达到140MPa-160MPa，弯曲弹性模量达到3600MPa-4500MPa，硬度提高了20％，力学性能较铸型尼龙有较大的提高；摩擦学性能也有了明显的改善，摩擦系数减小，磨损率降低，有良好的耐磨性能。
实施例一
按下述步骤制备碳纤维增强单体铸型尼龙复合材料(1)碳纤维的预处理取欲处理的碳纤维，将其浸泡在50％的硝酸溶液中，一小时后取出，然后用氢氧化钠溶液和水充分洗涤，直至PH值不显酸性。
(2)将处理后的碳纤维与己内酰胺单体混合均匀，其中碳纤维的加入量为5％，平均长径比10∶1，放入容器内加热至120℃左右，使物料熔化，容器抽真空脱水，真空度为10-1Pa；(3)打开阀门，解除真空，加入催化剂氢氧化钠，加入量与单体的摩尔比为0．002∶1，抽真空至10-1Pa，加热到130℃；(4)打开阀门，解除真空，加入活化剂甲苯二异氰酸酯，加入量与单体的摩尔比为0．002∶1；(5)迅速浇铸到已预热至160℃的模具中，保温5分钟后脱模，即为本发明的碳纤维增强铸型尼龙复合材料。
实施例二按下述步骤制备碳纤维增强单体铸型尼龙复合材料(1)碳纤维的预处理将欲处理的碳纤维浸泡在55％的硝酸溶液中，一小时后取出，然后用氢氧化钠溶液和水充分洗涤，直至pH值不显酸性。
(2)将处理后的碳纤维与己内酰胺单体混合均匀，其中碳纤维的加入量为10％，平均长径比10∶1，放入容器内加热至120℃左右，使物料熔化，容器抽真空脱水，真空度为10-2Pa；(3)打开阀门，解除真空，加入催化剂氢氧化钠，加入量与单体的摩尔比为0．002∶1，抽真空至10-2Pa，加热到130℃；(4)打开阀门，解除真空，加入活化剂甲苯二异氰酸酯，加入量与单体的摩尔比为0．002∶1；(5)迅速浇铸到已预热至165℃的模具中，保温5分钟后脱模，即为本发明的碳纤维增强铸型尼龙复合材料。
实施例三按下述步骤制备碳纤维增强单体铸型尼龙复合材料(1)碳纤维的预处理将欲处理的碳纤维浸泡在60％的硝酸溶液中，一小时后取出，然后用氢氧化钠溶液和水充分洗涤，直至pH值不显酸性。
(2)将处理后的碳纤维与己内酰胺单体混合均匀，其中碳纤维的加入量为15％，平均长径比10∶1，放入容器内加热至120℃左右，使物料熔化，容器抽真空脱水，真空度为10-3Pa；(3)打开阀门，解除真空，加入催化剂氢氧化钠，加入量与单体的摩尔比为0．003∶1，抽真空至10-3Pa，加热到130℃；(4)打开阀门，解除真空，加入活化剂甲苯二异氰酸酯，加入量与单体的摩尔比为0．003∶1；(5)迅速浇铸到已预热至170℃的模具中，保温5分钟后脱模，即为本发明的碳纤维增强铸型尼龙复合材料。
权利要求
1.一种碳纤维增强铸型尼龙复合材料的制备方法，包括以下各步骤(1)碳纤维的预处理将待处理的碳纤维量浸泡在50-60％的硝酸溶液中，取出后用氢氧化钠溶液和水充分洗涤，直至pH值不显酸性；(2)将处理后的碳纤维与己内酰胺单体混合均匀，其中碳纤维的加入量为5-15％，放入容器内加热使物料熔化，容器抽真空脱水；(3)解除真空，加入催化剂氢氧化钠，加入量与单体的摩尔比为0．002～0．003∶1，加热到熔化；(4)解除真空，加入活化剂甲苯二异氰酸酯，加入量与单体的摩尔比为0．002～0．003∶1；(5)浇铸到已预热至160-200℃的模具中，保温后脱模，即得到碳纤维增强铸型尼龙复合材料。
2.如权利要求1所述的碳纤维增强铸型尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所说的碳纤维的纤维平均长径比10-15∶1。
3.如权利要求1所述的碳纤维增强铸型尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所说的抽真空的真空度为10-1～10-3Pa。
全文摘要
本发明属于材料科学技术领域,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;加入活化剂甲苯二异氰酸酯,浇铸到模具中,保温后脱模。本发明具有较铸型尼龙更高的拉伸强度,弯曲强度等力学性能,摩擦学性能也得到提高。
文档编号C08J5/06GK1292394SQ00129950
公开日2001年4月25日 申请日期2000年10月20日 优先权日2000年10月20日
发明者李国禄, 王昆林, 刘家浚 申请人:清华大学