本发明属于高分子材料尼龙合成领域，涉及一种半透明耐高温尼龙材料及其制备方法和应用。
背景技术：
尼龙属于一种热塑性工程塑料，因为其具有耐磨、耐冲击、耐疲劳、耐腐蚀、耐油等优异特性，所以被广泛应用于汽车零配件、电子电器、机械等领域。
当前，电机和可发热部件的罩壳采用金属材料、热固性材料或者耐高温尼龙材料等制成。目前，已经工业化生产的半芳香尼龙材料主要有聚对苯二甲酰己二胺(PA6T)和聚对苯二甲酰壬二胺(PA9T)，但是由于PA6T的熔点高于其热分解温度，难以进行熔融加工成型，PA9T的生产成本过高，并且二者结晶度均较大，因此韧性较差，切粒不便，严重影响粒子外观，这些因此都在一定程度上影响了二者的进一步应用。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种具有较小的结晶度和较好的韧性的半透明耐高温尼龙材料，克服了当前的耐高温尼龙韧性较低的缺陷。
本发明的另一个目的在于提供一种上述半透明耐高温尼龙材料的制备方法，克服了当前的耐高温尼龙后继加工困难的缺陷。
本发明的第三个目的在于提供一种上述半透明耐高温尼龙材料的应用。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种半透明耐高温尼龙材料，其生产原料含有以下组分并且每种组分的重量份如下：
其中，脂肪族尼龙可以选自PA6、PA66和PA610中的任意一种或几种。
成核剂可以选自硫酸钡、滑石粉、碳酸钙、二氧化钛和二氧化硅中的任意一种或几种
催化剂可以选自亚磷酸钠、亚磷酸镁、亚磷酸钙、亚磷酸锌、磷酸钾、磷酸镁、磷酸钙、磷酸锌、次亚磷酸钾、次亚磷酸钠、次亚磷酸镁、次亚磷酸钙和次亚磷酸锌中的任意一种或几种。
一种制备上述的半透明耐高温尼龙材料的方法，其包括如下步骤：
(1)、将32‐40份对苯二甲酸、20‐26份间苯二甲酸、40‐42份己二胺、5‐15份脂肪族尼龙、0.0002‐0.0007份催化剂和0.002‐0.005份成核剂混合均匀后加入到反应釜中，最后加入80‐110份去离子水并在反应过程中进行连续搅拌；
(2)、在惰性气体的保护下对反应釜进行升温，待反应釜的釜内温度到达90‐150℃时进行第一次保温，保温时间为1.0‐3.0h；
(3)、第一次保温结束后，继续对反应釜进行升温，待该反应釜的釜内压力到达2.25‐3.50MPa时恒压0.5‐1.5h，恒压过程中继续对反应釜进行升温；
(4)、恒压结束后并且釜内温度到达240‐280℃时进行第二次保温，保温时间为0.5‐1.5h；
(5)、第二次保温结束后并且釜内温度到达290‐305℃时进行泄压，泄压过程中继续对反应釜进行升温，使釜内温度不超过310‐325℃；
(6)、待釜内压力到达大气压时继续搅拌3‐10min，出料并经后处理后得到半透明耐高温尼龙材料。
其中，在步骤(1)中，搅拌速率可以为80‐120rpm。
在步骤(2)中，惰性气体可以为氮气、二氧化碳、氩气和氦气中的任意一种。
在步骤(2)中，升温速率可以为8‐12℃/min。
上述的半透明耐高温尼龙材料可以用于制作耐高温零件。
上述的半透明耐高温尼龙材料也可以用于制作汽车发动机的辅助零件。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
第一、本发明的半透明耐高温尼龙材料的生产原料含有对苯二甲酸或间苯二甲酸，因此，分子链中含有较多的苯环，而苯环为刚性基团，故该半透明耐高温尼龙材料具有较高的熔点，可达300℃左右，具有优良的耐热性能，能够在高温环境下使用。
第二、本发明的半透明耐高温尼龙材料的分子链排列不规整，因此呈半透明状且具有较小的结晶度和较好的韧性。
第三、在本发明的半透明耐高温尼龙材料的制备方法中，泄压过程中会逐渐形成熔体，并且随着泄压过程的进行聚合物分子量逐渐增大，熔体粘度逐渐上升，该熔体冷却结晶速度较快，遇冷水固化时间短，因此切粒方便。
第四、本发明的半透明耐高温尼龙材料的制备方法反应步骤简单，每步反应所涉及的设备成本低廉，能耗也较小，适合工业化推广生产。
第五、本发明的半透明耐高温尼龙材料的制备方法所用的溶剂仅为去离子水，对环境污 染小，利于环保。
附图说明
图1为本发明的半透明耐高温尼龙材料的制备方法的各阶段的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种半透明耐高温尼龙材料及其制备方法和应用。
<半透明耐高温尼龙材料>
一种半透明耐高温尼龙材料，其生产原料含有以下组分并且每种组分的重量份如下：
其中，脂肪族尼龙可以选自PA6、PA66和PA610中的任意一种或几种。
成核剂可以选自硫酸钡、滑石粉、碳酸钙、二氧化钛和二氧化硅中的任意一种或几种
催化剂可以选自亚磷酸钠、亚磷酸镁、亚磷酸钙、亚磷酸锌、磷酸钾、磷酸镁、磷酸钙、磷酸锌、次亚磷酸钾、次亚磷酸钠、次亚磷酸镁、次亚磷酸钙和次亚磷酸锌中的任意一种或几种。
本发明的半透明耐高温尼龙材料均含有对苯酰胺键和间苯酰胺键。
<半透明耐高温尼龙材料的制备方法>
上述半透明耐高温尼龙材料的制备方法包括如下步骤：
(1)、准备阶段：
将32‐40份对苯二甲酸、20‐26份间苯二甲酸、40‐42份己二胺、5‐15份脂肪族尼龙、0.0002‐0.0007份催化剂和0.002‐0.005份成核剂混合均匀后加入到带有搅拌装置的反应釜(即高压聚合反应釜)中，然后在该反应釜中添加80‐110份去离子水，开启搅拌装置并使该搅拌装置在反应过程中进行连续且不间断的搅拌，使用惰性气体置换反应釜内的空气三次并且预留0.03‐0.07MPa的惰性气体作为保护气；
(2)、第一阶段(升温阶段)：
采用内置于该反应釜内的导热油循环系统(内含循环导热油)对反应釜进行加热，使其釜内温度升高，待釜内温度到达90‐150℃时停止升温过程；
(3)、第二阶段(第一次保温阶段)：
升温过程停止后，进行第一次保温过程，时间为1.0‐3.0h；
(4)、第三阶段(升温升压阶段)：
第一次保温过程结束后，继续对反应釜进行升温和升压，待反应釜的釜内压力到达2.25‐3.50MPa时停止升温；
(5)、第四阶段(恒压阶段)：
升温升压阶段结束后，维持釜内压力(2.25‐3.50MPa)0.5‐1.5h，在恒压过程中继续对反应釜进行升温；
(6)、第五阶段(第二保温阶段)：
恒压过程结束后并且反应釜内温度到达240‐280℃时进行第二次保温，时间为0.5‐1.5h；
(7)、第六阶段(泄压阶段)：
第二次保温结束后继续升温，当反应釜内温度到达290‐305℃时进行泄压，待釜内压力到达大气压(1atm)时停止泄压，泄压过程中继续对反应釜进行升温，使反应釜内温度始终不超过310‐325℃；
(8)、第七阶段(继续搅拌阶段)：
泄压过程结束后，继续搅拌3‐10min；
(9)、第八阶段(出料和后处理阶段)：
继续搅拌过程结束后，出料并经后处理(如冷却和切粒)，得到半透明耐高温尼龙材料。
其中，上述的制备方法如图1所示，图1的横坐标和纵坐标并不表示具体的物理参数，其折线也不表示某个物理量的变化趋势，仅仅是为了区分各个阶段。
在步骤(1)中，反应过程指的是步骤(2)至步骤(7)，因此步骤(2)至步骤(8)中的搅拌是不间断进行的，搅拌的速率可以为80‐120rpm。惰性气体可以选自氮气、二氧化碳、氩气和氦气中的任意一种。
步骤(2)对应图1的AB段，A点为升温的起点，B点为升温的终点，B点的温度Tb＝90‐150℃。反应釜的升温速率可以为8‐12℃/min。导热油循环系统中的导热油处于一直加热状态，但反应釜的釜内温度是通过相关的进油阀人为控制的，每一个步骤均可对应一个具体的温度。
步骤(3)对应图1的BC段，B点也可视为第一次保温过程的起点，C点为第一次保温过程的终点。第一次保温过程持续的时间tbc＝1.0‐3.0h。第一次保温过程的作用是使相关聚合单体(即对苯二甲酸、间苯二甲酸、己二胺等)充分成盐。
步骤(4)对应图1的CD段，C点也可视为升温升压阶段的起点，D点为升温升压阶段的终点。D点的压力Pd＝2.25‐3.50MPa。
步骤(5)对应图1的DE段，D点也可视为恒压阶段的起点，E点为恒压阶段的终点。恒压阶段持续的时间为tde＝0.5‐1.5h。釜内压力的维持是通过不断释放反应釜内反应产生的水 蒸气来实现的，恒压的目的是使缩合聚合反应尽可能向正方向发生，从而产生更多的产物(如聚对苯二甲酰己二胺或间苯二甲酰己二胺等低聚物)。
步骤(6)对应图1的EF段，E点也可视为第二次保温阶段的起点，F点为第二次保温阶段的终点。E点的温度Te＝240‐280℃。第二次保温过程持续的时间tef＝0.4‐1.5h。第二次保温过程的作用是使脂肪族尼龙充分溶解并参与反应以得到终产物(如PA6T/6I/6、PA6T/6I/66或PA6T/6I/610等)。
步骤(7)对应图1的FG段，F'点为泄压过程的起点，G点为泄压过程的终点。F'点的温度Tf'＝290‐305℃，G点的温度Tg＝310‐325℃，G点的压力Pg＝1atm。
步骤(8)对应图1的GH段，继续搅拌的时间tgh＝3‐10min。
步骤(9)对应图1的HI段，I点所得到的产物即为半透明耐高温尼龙材料。
本发明的半透明耐高温尼龙材料的制备方法步骤简单、因此生产成本较低，适合工业化生成；另外，在合成工程中仅采用去离子水作为溶剂，而不采用有机溶剂等具有较大毒副作用的溶剂，有利于环保。
<半透明耐高温尼龙材料的应用>
本发明的半透明耐高温尼龙材料可以用于制作电子电气产品的零部件，如汽车发动机的辅助零件等，也可以用于制作耐高温零件而用于高温环境下。
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
本发明采用的测试方法如下：
(1)、结晶度测试：采用密度梯度法进行。
(2)、拉伸性能测试：按GB/T1040.1‐2006进行，拉伸速率为5mm/min，在恒温恒湿实验条件下测试。
(3)、简支梁缺口冲击强度测试：按GB/T1043进行，在恒温恒湿实验条件下测试。
(4)、弯曲强度测试：按GB/T9341‐2008进行，下压速率为1.25mm/min，在恒温恒湿实验条件下测试。
(5)、熔点测试：采用差示扫描热量计(DSC热分析仪)进行测试。
实施例一
本实施例中半透明耐高温尼龙材料的制备方法如下：
(1)、准备阶段：
将32份对苯二甲酸、26份间苯二甲酸、42份己二胺、5份脂肪族尼龙PA6、0.0002份催化剂次亚磷酸钠和0.002份成核剂硫酸钡混合均匀后加入到带有搅拌装置的反应釜(即25L高压聚合反应釜)中，然后在该反应釜中添加80份去离子水，开启搅拌装置并使该搅拌装置在反应过程中进行连续且不间断的搅拌，搅拌速度为80r/min，使用惰性气体氮气置换反应釜内的空气三次并且预留0.03MPa的惰性气体作为保护气；
(2)、第一阶段(升温阶段)：
采用内置于该反应釜内的导热油循环系统(内含循环导热油)对反应釜进行加热，使其釜内温度升高，升温速率为8℃/min，待釜内温度到达90℃时停止升温过程；
(3)、第二阶段(第一次保温阶段)：
升温过程停止后，进行第一次保温过程，时间为3.0h；
(4)、第三阶段(升温升压阶段)：
第一次保温过程结束后，继续对反应釜进行升温和升压，待反应釜的釜内压力到达2.25MPa时(大约经过15min)停止升温；
(5)、第四阶段(恒压阶段)：
升温升压阶段结束后，通过释放反应产生的水蒸气来维持釜内压力为2.25MPa，恒压时间为1.5h，在恒压过程中继续对反应釜进行升温；
(6)、第五阶段(第二保温阶段)：
恒压过程结束后并且反应釜内温度到达240℃时进行第二次保温，时间为0.5h；
(7)、第六阶段(泄压阶段)：
第二次保温结束后继续升温，当反应釜内温度到达305℃时进行泄压，待釜内压力到达大气压(1atm)时停止泄压，泄压过程中继续对反应釜进行升温，使反应釜内温度始终不超过325℃；
(8)、第七阶段(继续搅拌阶段)：
泄压过程结束后，继续搅拌3‐10min；
(9)、第八阶段：
继续搅拌过程结束后，出料并经冷却和切粒，得到半透明耐高温尼龙材料。
实施例二
本实施例中半透明耐高温尼龙材料的制备方法如下：
(1)、准备阶段：
将36份对苯二甲酸、23份间苯二甲酸、41份己二胺、10份脂肪族尼龙PA610、0.0005份催化剂磷酸镁和0.003份成核剂滑石粉混合均匀后加入到带有搅拌装置的反应釜(即25L高压聚合反应釜)中，然后在该反应釜中添加100份去离子水，开启搅拌装置并使该搅拌装置在反应过程中进行连续且不间断的搅拌，搅拌速度为100r/min，使用惰性气体氮气置换反应釜内的空气三次并且预留0.05MPa的惰性气体作为保护气；
(2)、第一阶段(升温阶段)：
采用内置于该反应釜内的导热油循环系统(内含循环导热油)对反应釜进行加热，使其釜内温度升高，升温速率为10℃/min，待釜内温度到达120℃时停止升温过程；
(3)、第二阶段(第一次保温阶段)：
升温过程停止后，进行第一次保温过程，时间为1.5h；
(4)、第三阶段(升温升压阶段)：
第一次保温过程结束后，继续对反应釜进行升温和升压，待反应釜的釜内压力到达2.7MPa时(大约经过20min)停止升温；
(5)、第四阶段(恒压阶段)：
升温升压阶段结束后，通过释放反应产生的水蒸气来维持釜内压力为2.7MPa，恒压时间为1.0h，在恒压过程中继续对反应釜进行升温；
(6)、第五阶段(第二保温阶段)：
恒压过程结束后并且反应釜内温度到达265℃时进行第二次保温，时间为1.0h；
(7)、第六阶段(泄压阶段)：
第二次保温结束后继续升温，当反应釜内温度到达300℃时进行泄压，待釜内压力到达大气压(1atm)时停止泄压，泄压过程中继续对反应釜进行升温，使反应釜内温度始终不超过320℃；
(8)、第七阶段(继续搅拌阶段)：
泄压过程结束后，继续搅拌5min；
(9)、第八阶段：
继续搅拌过程结束后，出料并经冷却和切粒，得到半透明耐高温尼龙材料。
实施例三
本实施例中半透明耐高温尼龙材料的制备方法如下：
(1)、准备阶段：
将40份对苯二甲酸、20份间苯二甲酸、40份己二胺、15份脂肪族尼龙PA66、0.0007份催化剂磷酸钙和0.005份成核剂二氧化钛混合均匀后加入到带有搅拌装置的反应釜(即25L高压聚合反应釜)中，然后在该反应釜中添加110份去离子水，开启搅拌装置并使该搅拌装置在反应过程中进行连续且不间断的搅拌，搅拌速度为120r/min，使用惰性气体氮气置换反应釜内的空气三次并且预留0.07MPa的惰性气体作为保护气；
(2)、第一阶段(升温阶段)：
采用内置于该反应釜内的导热油循环系统(内含循环导热油)对反应釜进行加热，使其釜内温度升高，升温速率为12℃/min，待釜内温度到达150℃时停止升温过程；
(3)、第二阶段(第一次保温阶段)：
升温过程停止后，进行第一次保温过程，时间为1.0h；
(4)、第三阶段(升温升压阶段)：
第一次保温过程结束后，继续对反应釜进行升温和升压，待反应釜的釜内压力到达3.5MPa时(大约经过25min)停止升温；
(5)、第四阶段(恒压阶段)：
升温升压阶段结束后，通过释放反应产生的水蒸气来维持釜内压力为3.5MPa，恒压时间为0.5h，在恒压过程中继续对反应釜进行升温；
(6)、第五阶段(第二保温阶段)：
恒压过程结束后并且反应釜内温度到达280℃时进行第二次保温，时间为1.5h；
(7)、第六阶段(泄压阶段)：
第二次保温结束后继续升温，当反应釜内温度到达290℃时进行泄压，待釜内压力到达大气压(1atm)时停止泄压，泄压过程中继续对反应釜进行升温，使反应釜内温度始终不超过310℃；
(8)、第七阶段(继续搅拌阶段)：
泄压过程结束后，继续搅拌10min；
(9)、第八阶段：
继续搅拌过程结束后，出料并经冷却和切粒，得到半透明耐高温尼龙材料。
上述部分实施例得到的半透明耐高温尼龙材料的性能测试结果如表1所示：
表1 测试结果表
从表1的数据可以看出，上述各实施例所得到的半透明耐高温尼龙材料结晶度均较小，几乎呈透明状，韧性较好，综合力学性能优良，熔点在300℃左右，具有较好耐高温性，能够适合用于常见的高温环境中。
综上，本发明的半透明耐高温尼龙材料是以对苯二甲酸、间苯二甲酸、己二胺、脂肪族尼龙、催化剂、去离子水和成核剂等为生产原料，依次进行升温、保温、升温升压、恒压、保温、泄压、出料、冷却和切粒等各阶段后得到，其步骤简单、能耗较小，适用于工业化生产，并且溶剂仅为去离子水，对环境污染小；所得到的半透明耐高温尼龙材料结晶度小、韧性较好、切粒方便、呈半透明状、粒子外观漂亮、耐热性也较好。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。