一种高强度低收缩浇铸尼龙复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高强度低收缩浇铸尼龙复合材料及其制备方法，属于浇铸尼龙改性领域。该方法采用超短玻璃纤维，利用内酰胺的阴离子原位聚合实现在提高浇铸尼龙力学强度的同时提高尺寸稳定性的目的。本发明大幅提高了浇铸尼龙的力学强度和尺寸稳定性，操作流程简单，所制备的复合材料表面质量好无浮纤、性能优越，适于大规模工业化生产。
【专利说明】一种高强度低收缩浇铸尼龙复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高强度低收缩浇铸尼龙复合材料及其制备方法，属于浇铸尼龙改性领域。
【背景技术】
[0002]浇铸尼龙简称MC尼龙，是一种广泛应用于石油化工、机械和纺织等工业领域的工程塑料。随着业内应用范围的扩大和对材料各项指标要求的提高，浇铸尼龙在力学强度和精度等方面需要得到进一步改善。
[0003]常用的无玻纤填充的浇铸尼龙收缩率大、力学强度一般，导致产品在尺寸的偏差和机械性能的不足。采用普通玻纤改性浇铸尼龙时，玻纤在基体中分散慢且集束性差，导致产品表面浮纤严重，影响外观及使用。超短玻纤是利用超分散玻纤原丝精剪制成，较普通玻纤而言，在基体材料中分散快，集束性均匀且表面流动性好。利用超短玻纤改性浇铸尼龙，可以一定程度提高复合材料的力学强度，同时大幅提高尺寸稳定性和表观质量。
【发明内容】
[0004]本发明采用超短玻璃纤维，利用内酰胺的阴离子原位聚合制备了高强度低收缩浇铸尼龙复合材料，目的在于提高浇铸尼龙力学强度的同时提高材料精度和表观质量。
[0005]为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下:
一种高强度低收缩浇铸尼龙复合材料，其由以下重量份的组分制成:
内酰胺100份，
超短玻纤5~55份，
碱性催化剂0.2~2份，
引发剂0.2~1.5份，
热稳定剂O~5份。
[0006]所述的内酰胺为己内酰胺或十二内酰胺。
[0007]所述的超短玻纤长度为50~1000 μ m。
[0008]所述的碱性催化剂为氢氧化钠或甲醇钠。
[0009]所述的引发剂为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯。
[0010]所述的热稳定剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙。
[0011]所述的复合材料制备过程包括以下步骤:
(1)称取100重量份的内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融，真空脱
水；
(2)取5~55重量份的超短玻纤和O~5重量份的热稳定剂,置于硅烷偶联剂溶液中进行表面处理10~30min，然后于70~90°C烘箱中烘干I~3h ;
(3)氮气氛围保护下在内酰胺中加入上述步骤(2)中表面处理后的超短玻纤，超声分散至均匀状态；
(4)加入0.2~2重量份的碱性催化剂，130~155°C条件下真空脱水10~30min ；
(5)在上述制备的溶液中加入0.2~1.5重量份的引发剂，混合均匀后迅速注入预热到130~170°C的模具中，保温聚合10~30min后室温下冷却脱模，即制得高强度低收缩浇铸尼龙复合材料。
[0012]所述的步骤(2)中的硅烷偶联剂溶液为Y-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)或Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)的醇溶液。
[0013]所述醇溶液中，Y-氨丙基三乙氧基硅烷或Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的重量浓度为10%~40%。
[0014]本发明人有益效果:
1、本发明采用超短玻璃纤维，利用内酰胺的阴离子原位聚合制备了高强度低收缩浇铸尼龙复合材料，目的在于提高浇铸尼龙力学强度的同时提高材料精度和表观质量。
[0015]2、本发明大幅提高了浇铸尼龙的力学强度和尺寸稳定性，操作流程简单，所制备的复合材料表面质量好无浮纤、性能优越，适于大规模工业化生产。
[0016]具体实施方法
下面结合具体实例对本
【发明内容】
进行进一步的说明，但所述实施例并非是对本发明实质精神的简单限定，任何基于本发明实质精神所作出的简单变化或等同替换均应属于本发明所要求保护的范围之内。
[0017]制备的样品在23°C、50%湿度下调节24小时后，分别采用ASTM D790和ASTM D955检测弯曲强度和收缩率。
[0018]本发明的具体实施例如下:
实例I
(1)称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融，真空脱水；
(2)取5重量份的超短玻纤，置于10%的Y-氨丙基三乙氧基硅烷甲醇溶液中进行表面处理lOmin，然后于70°C烘箱中烘Ih ；
(3)氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤(2)中表面处理后的超短玻纤，超声分散至均匀状态；
(4)加入0.2重量份的碱性催化剂氢氧化钠，130°C条件下真空脱水30min ；
(5)在上述制备的溶液中加入0.2重量份的引发剂甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到170°C的模具中，保温聚合IOmin后室温下冷却脱模，即制得高强度低收缩浇铸尼龙复合材料。
[0019]所制得的浇铸尼龙复合材料性能见表一。
[0020]实例2
(1)称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融，真空脱水；
(2)取10重量份的超短玻纤和I重量份的热稳定剂硬脂酸锌，置于20%的Y-氨丙基三乙氧基硅烷甲醇溶液中进行表面处理lOmin，然后于70°C烘箱中烘Ih ；
(3)氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤(2)中表面处理后的超短玻纤，超声分散至均匀状态；
(4)加入0.2重量份的碱性催化剂氢氧化钠，130°C条件下真空脱水30min ；
(5)在上述制备的溶液中加入0.2重量份的引发剂甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到170°C的模具中，保温聚合IOmin后室温下冷却脱模，即制得高强度低收缩浇铸尼龙复合材料。
[0021]所制得的浇铸尼龙复合材料性能见表一。
[0022]实例3
(1)称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融，真空脱水；
(2)取15重量份的超短玻纤和I重量份的热稳定剂硬脂酸锌，置于30%的Y-氨丙基三乙氧基硅烷甲醇溶液中进行表面处理lOmin，然后于70°C烘箱中烘Ih ；
(3)氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤(2)中表面处理后的超短玻纤，超声分散至均匀状态； (4)加入0.2重量份的碱性催化剂氢氧化钠，130°C条件下真空脱水30min ；
(5)在上述制备的溶液中加入0.2重量份的引发剂甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到170°C的模具中，保温聚合IOmin后室温下冷却脱模，即制得高强度低收缩浇铸尼龙复合材料。
[0023]所制得的浇铸尼龙复合材料性能见表一。
[0024]实例4
(1)称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融，真空脱水；
(2)取20重量份的超短玻纤和I重量份的热稳定剂硬脂酸锌，置于40%的Y-氨丙基三乙氧基硅烷甲醇溶液中进行表面处理lOmin，然后于70°C烘箱中烘2h ；
(3)氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤(2)中表面处理后的超短玻纤，超声分散至均匀状态；
(4)加入0.2重量份的碱性催化剂氢氧化钠，130°C条件下真空脱水20min ；
(5)在上述制备的溶液中加入0.2重量份的引发剂二苯基甲烷二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到150°C的模具中，保温聚合IOmin后室温下冷却脱模，即制得高强度低收缩浇铸尼龙复合材料。
[0025]所制得的浇铸尼龙复合材料性能见表一。
[0026]实例5
(1)称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融，真空脱水；
(2)取25重量份的超短玻纤和3重量份的热稳定剂硬脂酸锌，置于40%的Y-氨丙基三乙氧基硅烷甲醇溶液中进行表面处理20min，然后于80°C烘箱中烘2h ；
(3)氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤(2)中表面处理后的超短玻纤，超声分散至均匀状态；
(4)加入I重量份的碱性催化剂氢氧化钠，145°C条件下真空脱水20min；
(5)在上述制备的溶液中加入I重量份的引发剂二苯基甲烷二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到150°C的模具中，保温聚合20min后室温下冷却脱模，即制得高强度低收缩浇铸尼龙复合材料。
[0027]所制得的浇铸尼龙复合材料性能见表一。
[0028]实例6
(1)称取100重量份的十二内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融，真空脱水；
(2)取30重量份的超短玻纤和3重量份的热稳定剂硬脂酸锌，置于10%的Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中进行表面处理20min，然后于80°C烘箱中烘2h ；
(3)氮气氛围保护下在十二内酰胺中加入上述步骤(2)中表面处理后的超短玻纤，超声分散至均匀状态；
(4)加入I重量份的碱性催化剂甲醇钠，145°C条件下真空脱水20min；
(5)在上述制备的溶液中加入I重量份的引发剂二苯基甲烷二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到150°C的模具中，保温聚合20min后室温下冷却脱模，即制得高强度低收缩浇铸尼龙复合材料。 [0029]所制得的浇铸尼龙复合材料性能见表一。
[0030]实例7
(1)称取100重量份的十二内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融，真空脱水；
(2)取35重量份的超短玻纤和3重量份的热稳定剂硬脂酸锌，置于20%的Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中进行表面处理20min，然后于80°C烘箱中烘2h ；
(3)氮气氛围保护下在十二内酰胺中加入上述步骤(2)中表面处理后的超短玻纤，超声分散至均匀状态；
(4)加入I重量份的碱性催化剂甲醇钠，145°C条件下真空脱水IOmin；
(5)在上述制备的溶液中加入I重量份的引发剂六亚甲基二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到130°C的模具中，保温聚合20min后室温下冷却脱模，即制得高强度低收缩浇铸尼龙复合材料。
[0031]所制得的浇铸尼龙复合材料性能见表一。
[0032]实例8
(1)称取100重量份的十二内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融，真空脱水；
(2)取40重量份的超短玻纤和5重量份的热稳定剂硬脂酸锌，置于30%的Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中进行表面处理30min，然后于90°C烘箱中烘3h ；
(3)氮气氛围保护下在十二内酰胺中加入上述步骤(2)中表面处理后的超短玻纤，超声分散至均匀状态；
(4)加入2重量份的碱性催化剂甲醇钠，155°C条件下真空脱水IOmin；
(5)在上述制备的溶液中加入1.5重量份的引发剂六亚甲基二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到130°C的模具中，保温聚合30min后室温下冷却脱模，即制得高强度低收缩浇铸尼龙复合材料。
[0033]所制得的浇铸尼龙复合材料性能见表一。[0034]实例9
(1)称取100重量份的十二内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融，真空脱水；
(2)取45重量份的超短玻纤和5重量份的热稳定剂硬脂酸锌，置于40%的Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中进行表面处理30min，然后于90°C烘箱中烘3h ；
(3)氮气氛围保护下在十二内酰胺中加入上述步骤(2)中表面处理后的超短玻纤，超声分散至均匀状态；
(4)加入2重量份的碱性催化剂甲醇钠，155°C条件下真空脱水IOmin；
(5)在上述制备的溶液中加入1.5重量份的引发剂六亚甲基二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到130°C的模具中，保温聚合30min后室温下冷却脱模，即制得高强度低收缩浇铸尼龙复合材料。
[0035]所制得的浇铸尼龙复合材料性能见表一。
[0036]实例10
(1)称取100重量份的十二内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融，真空脱水；
(2)取55重量份的超短玻纤和5重量份的热稳定剂硬脂酸锌，置于40%的Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中进行表面处理30min，然后于90°C烘箱中烘3h ；
(3)氮气氛围保护下在十二内酰胺中加入上述步骤(2)中表面处理后的超短玻纤，超声分散至均匀状态；
(4)加入2重量份的碱性催化剂甲醇钠，155°C条件下真空脱水IOmin；
(5)在上述制备的溶液中加入1.5重量份的引发剂六亚甲基二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到130°C的模具中，保温聚合30min后室温下冷却脱模，即制得高强度低收缩浇铸尼龙复合材料。
[0037]所制得的浇铸尼龙复合材料性能见表一。
[0038]对照实例I
(1)称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融，真空脱水；
(2)加入2重量份的碱性催化剂甲醇钠，130°C条件下真空脱水IOmin；
(3)在上述制备的溶液中加入0.2重量份的引发剂六亚甲基二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到150°C的模具中，保温聚合30min后室温下冷却脱模，即制得纯浇铸尼龙复合材料。
[0039]所制得的浇铸尼龙材料性能见表一。
[0040]对照实例2
(1)称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融，真空脱水；
(2)取50重量份的磨碎玻纤，置于40%的Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中进行表面处理30min，然后于90°C烘箱中烘干Ih ；
(3)氮气氛围保护下在内酰胺中加入上述步骤(2)中表面处理后的磨碎玻纤，超声分散至均匀状态；(4)加入2重量份的碱性催化剂甲醇钠，130°C条件下真空脱水IOmin；
(5)在上述制备的溶液中加入0.2重量份的引发剂六亚甲基二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到150°C的模具中，保温聚合30min后室温下冷却脱模，即制得磨碎玻纤改性浇铸尼龙复合材料。
[0041]所制得的浇铸尼龙复合材料性能见表1。
[0042]表1:
【权利要求】
1.一种高强度低收缩浇铸尼龙复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分制成: 内酰胺100份， 超短玻纤5~55份， 碱性催化剂0.2~2份， 引发剂0.2~1.5份， 热稳定剂O~5份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度低收缩浇铸尼龙复合材料，其特征在于，所述的内酰胺为己内酰胺或十二内酰胺。
3.根据权利要求1所述的一种高强度低收缩浇铸尼龙复合材料，其特征在于，所述的超短玻纤长度为50~1000 μ m。
4.根据权利要求1所述的一种高强度低收缩浇铸尼龙复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的碱性催化剂为氢氧化钠或甲醇钠。
5.根据权利要求1所述的一种高强度低收缩浇铸尼龙复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的引发剂为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯。
6.根据权利要求1所述的一种高强度低收缩浇铸尼龙复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的热稳定剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙。
7.权利要求1-6任一项所述的一种高强度低收缩浇铸尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)称取100重量份的内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融，真空脱水； (2)取5~55重量份的超短玻纤和O~5重量份的热稳定剂,置于硅烷偶联剂溶液中进行表面处理10~30min，然后于70~90°C烘箱中烘干I~3h ; (3)氮气氛围保护下在内酰胺中加入上述步骤(2)中表面处理后的超短玻纤，超声分散至均匀状态； (4)加入0.2~2重量份的碱性催化剂，130~155°C条件下真空脱水10~30min ； (5)在上述制备的溶液中加入0.2~1.5重量份的引发剂，混合均匀后迅速注入预热到130~170°C的模具中，保温聚合10~30min后室温下冷却脱模，即制得高强度低收缩浇铸尼龙复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于:所述的步骤(2)中的硅烷偶联剂溶液为Y-氨丙基二乙氧基硅烷或Y_缩水甘油醚氧丙基二甲氧基硅烷的醇溶液。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于:所述醇溶液中，Y-氨丙基三乙氧基硅烷或Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的重量浓度为10%~40%。
【文档编号】C08G69/20GK103923312SQ201410129537
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】杨桂生, 李袅 申请人:合肥杰事杰新材料股份有限公司