本发明属于高分子材料
技术领域：
，涉及一种增强尼龙复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
：尼龙6作为尼龙塑料的主要品种之一，因为其具有较佳的力学性能、耐热和耐磨等性能，所以目前得到了较为广泛的应用，然而，电子电气设备的高性能化或机械设备的轻量化的发展对尼龙的强度、耐热性、耐寒性、尺寸稳定性等方面提出了更高的要求。因此，通过改性来提高或改善尼龙的某些性能以进一步扩大其应用范围就成为重要的研究课题。技术实现要素：本发明的主要目的在于提供一种半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料。本发明的第二个目的在于提供上述的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的制备方法。本发明的第三个目的在于提供上述半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的应用。为达到上述目的，本发明的解决方案是：一种半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料，其含有以下组分并且各组分具有以下重量份：其中，上述的半芳香族尼龙纤维为熔点在310℃以上的连续纤维，其直径可以为8‐20μm。半芳香族尼龙纤维可以选自尼龙4T纤维、尼龙5T纤维、尼龙6T纤维、尼龙6T/66纤维、尼龙6T/6纤维、尼龙6T/6I纤维、尼龙6T/6I/66纤维、尼龙6T/6I/6纤维、尼龙6T/610纤维、尼龙6T/10T纤维、尼龙9T纤维和尼龙10T纤维中的任意一种或几种。抗氧剂可以为亚磷酸脂类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂或硫代酯类抗氧剂。上述的亚磷酸脂类抗氧剂可以优选为三(2，4‐二叔丁基苯基)亚磷酸酯或四(2，4‐二叔丁基苯基‐4，4‐联苯基)双磷酸酯。上述的受阻酚类抗氧剂可以优选为N，N'‐双‐(3‐(3，5‐二叔丁基‐4‐羟基苯基)丙酰基)己二胺、3‐(3，5‐二叔丁基‐4‐羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯或二缩三乙二醇双[β‐(3‐叔丁基‐4‐羟基‐5‐ 甲基苯基)‐丙酸酯。上述的硫代酯类抗氧剂可以优选为3，3‐硫代二丙酸双十四烷酯、硫代二丙酸二硬脂醇酯或硫代二丙酸双十二烷酯。润滑剂可以选自季戊四醇硬脂酸酯、润滑剂GT‐11或润滑剂RH‐313中的任意一种或几种。结晶成核剂可以选自纳米蒙脱土、纳米二氧化钛或结晶成核剂P22中的任意一种或几种。一种制备上述的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的方法，其包括如下步骤：(1)、将50‐95份干燥的尼龙6、0.3‐0.8份抗氧剂、0.5‐1.5份润滑剂和0.3‐0.8份结晶成核剂在高速混合机中干混，得到预混料；(2)、将预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将5‐50份干燥的半芳香尼龙纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经熔融挤出、牵条和造粒，得到半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料。在步骤(1)中，干燥的尼龙6由尼龙6在90‐110℃干燥11‐12h所得。在步骤(1)中，干混的时间可以为5‐10min。在步骤(2)中，双螺杆挤出机的加工温度可以为220‐250℃。在步骤(2)中，双螺杆挤出机还可以采取分区温度控制，一区温度为190℃，二区温度为200℃，三区温度为205℃，四区温度为220‐225℃，五区温度为225‐230℃，六区温度为225‐235℃，七区温度为230‐245℃，八区温度为230‐245℃，九区温度为230‐245℃，十区温度为225‐235℃，机头温度为225‐230℃，螺杆转速为200rpm。上述的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料可以用于制作耐高温部件；上述的耐高温部件包括汽车安全气囊、轮胎帘子线、缝纫线、耐磨织物和过滤织物等。上述的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料还可以用于制作化工机械或设备的各种零件，如耐磨零件、传动结构件或丝杆防止零件等。由于采用上述方案，本发明的有益效果是：第一、本发明采用半芳香族尼龙纤维来改性尼龙6基体，由于半芳香族尼龙纤维与尼龙6同属尼龙，具有相似的化学键(酰胺键)，故有着较好的相容性，二者在加工过程中活性基团(官能团)之间能够相互反应，使得半芳香族尼龙纤维与尼龙6基体间的相互作用力加强，无需再添加相容剂或增韧剂等其他添加剂即可取得良好的增强效果(即提高了半芳香族尼龙纤维对尼龙6基体的增强效果)，从而使最终制得的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料具有更高的强度、热变形温度和韧性以及更好的尺寸稳定性，以适应于电子电气设备的高性能化。第二、本发明在原料体系中还添加了结晶成核剂，大大提高了尼龙6基体的结晶度，并进一步提高终产品(即半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料)的力学性能和耐热性。第三、本发明直接将半芳香族尼龙纤维与尼龙6熔融共混来制备半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料，该方法步骤简单、成本较低、生产效率高，适合大规模地工业化应用，具有 良好的经济效益。具体实施方式本发明提供了一种半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料及其制备方法和应用。<半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料>一种半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料，其含有以下组分并且各组分具有以下重量份：其中，本发明的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的各组分还可以为：尼龙6可以进一步优选为55‐70份；和/或，半芳香族尼龙纤维可以进一步优选为30‐45份；和/或，抗氧剂可以进一步优选为0.4‐0.6份；和/或，润滑剂可以进一步优选为0.8‐1.2份；和/或，结晶成核剂可以进一步优选为0.4‐0.6份。上述尼龙6的重量份均指干燥后的重量(干重)。在本发明的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的原料体系中，半芳香族尼龙纤维可以选自熔点在310℃以上的连续纤维，并且其直径可以为8‐20μm。终产品(即半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料)里的纤维长度约为0.5mm。进一步地，上述的半芳香族尼龙纤维可以选自尼龙4T纤维、尼龙5T纤维、尼龙6T纤维、尼龙6T/66纤维、尼龙6T/6纤维、尼龙6T/6I纤维、尼龙6T/6I/66纤维、尼龙6T/6I/6纤维、尼龙6T/610纤维、尼龙6T/10T纤维、尼龙9T纤维和尼龙10T纤维中的任意一种或几种。上述的半芳香族尼龙纤维均具有高耐热性、在高温下的抗蠕变性、较低的收缩率、较高的柔软性、优异的耐磨性、优异的尺寸稳定性、良好的耐化学性和较好的机械性能，并且与全芳香族尼龙纤维相比，具有更好的可加工性，因此被用来对尼龙6进行改性。上述的抗氧剂为亚磷酸脂类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂或硫代酯类抗氧剂。亚磷酸脂类抗氧剂可以优选为三(2，4‐二叔丁基苯基)亚磷酸酯或四(2，4‐二叔丁基苯基‐4，4‐联苯基)双磷酸酯。受阻酚类抗氧剂可以优选为N，N'‐双‐(3‐(3，5‐二叔丁基‐4‐羟基苯基)丙酰基)己二胺、3‐(3，5‐二叔丁基‐4‐羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯或二缩三乙二醇双[β‐(3‐叔丁基‐4‐羟基‐5‐甲基苯基)‐丙酸酯。硫代酯类抗氧剂可以优选为3，3‐硫代二丙酸双十四烷酯、硫代二丙酸二硬脂醇酯或硫代二丙酸双十二烷酯。润滑剂可以选自季戊四醇硬脂酸酯、润滑剂GT‐11(市售)或润滑剂RH‐313(市售)中的任意一种或几种。结晶成核剂可以选自纳米蒙脱土、纳米二氧化钛或结晶成核剂P22中的任意一种或几种。<半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的制备方法>一种半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其包括如下步骤：(1)、将50‐95份干燥的尼龙6、0.3‐0.8份抗氧剂、0.5‐1.5份润滑剂和0.3‐0.8份结晶成核剂在高速混合机中干混，得到预混料；(2)、将预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将5‐50份干燥的半芳香尼龙纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经该双螺杆挤出机熔融挤出、牵条和造粒，得到半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料。其中，在步骤(1)中，干燥的尼龙6可以由尼龙6在90‐110℃干燥11‐12h所得，干燥的温度可以优选为100℃，干燥时间可以优选为12h。在步骤(1)中，各组分的重量份还可以优选为：55‐70份干燥的尼龙6；和/或，30‐45份半芳香族尼龙纤维；和/或，0.4‐0.6份抗氧剂；和/或，0.8‐1.2份润滑剂；和/或，0.4‐0.6份结晶成核剂。在步骤(1)中，干混的时间可以为5‐10min，可以优选为10min。干混的含义是将各种原料组分以固体状直接混合，无需添加溶剂等。在步骤(2)中，双螺杆挤出机的加工温度可以为220‐250℃。在步骤(2)中，双螺杆挤出机的加工温度优选为采取分区温度控制，一区温度为190℃，二区温度为200℃，三区温度为205℃，四区温度为220‐225℃，五区温度为225‐230℃，六区温度为225‐235℃，七区温度为230‐245℃，八区温度为230‐245℃，九区温度为230‐245℃，十区温度为225‐235℃，机头温度为225‐230℃，螺杆转速为200rpm。在上述各区的温度中，一区温度、二区温度、三区温度、四区温度和五区温度呈逐渐升高的趋势，即五区温度>四区温度>三区温度>二区温度>一区温度；十区温度低于九区温度。开始各区温度(如一区至五区)逐渐升高，可以使得各区的物料温度逐渐达到适宜加工温度，后面由于螺杆剪切使得物料温度继续升高，所以降低后面区(如十区)的温度以避免物料温度过高导致物料发生热分解。<半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的用途>本发明的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料可以用于制作家用电器或汽车中的耐高温部件，从而可以在高温环境(如150℃以上)中使用。这些耐高温部件包括汽车安全气囊、轮胎帘子线、缝纫线、耐磨织物和过滤织物等。本发明的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料还可以用于制作化工机械或设备的各种零件，如耐磨零件、传动结构件或丝杆防止零件等。<实施例>以下结合实施例对本发明作进一步的说明。实施例一本实施例的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的各组分的含量如下表1所示。表1实施例一的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的组分含量表在表1中，尼龙6的重量份为干燥后的重量(干重)，以下同。本实施例中的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的制备方法包括如下步骤：(1)、将尼龙6在100℃的干燥器中干燥12h，得到干燥的尼龙6；(2)、按照表1所示的重量份称取干燥的尼龙6、抗氧剂、润滑剂和结晶成核剂在高速混合机中干混10min，得到预混料；(3)、将预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将半芳香尼龙纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经熔融挤出、牵条和造粒，得到半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料。其中，在步骤(3)中，双螺杆挤出机的加工温度为：一区190℃，二区200℃，三区205℃，四区220℃，五区225℃，六区225℃，七区235℃，八区235℃，九区235℃，十区230℃，机头温度230℃，螺杆转速为200r/min。实施例二本实施例的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的各组分的含量如下表2所示。表2实施例二的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的组分含量表本实施例中的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的制备方法包括如下步骤：(1)、将尼龙6在100℃的干燥器中干燥12h，得到干燥的尼龙6；(2)、按照表2所示的重量份称取干燥的尼龙6、抗氧剂、润滑剂和结晶成核剂在高速混合机中干混10min，得到预混料；(3)、将预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将半芳香尼龙纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经熔融挤出、牵条和造粒，得到半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料。其中，在步骤(3)中，双螺杆挤出机的加工温度为：一区190℃，二区200℃，三区205℃，四区220℃，五区225℃，六区230℃，七区240℃，八区240℃，九区235℃，十区230℃，机头温度230℃，螺杆转速为200r/min。实施例三本实施例的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的各组分的含量如下表3所示。表3实施例三的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的组分含量表本实施例中的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的制备方法包括如下步骤：(1)、将尼龙6在100℃的干燥器中干燥12h，得到干燥的尼龙6；(2)、按照表3所示的重量份称取干燥的尼龙6、抗氧剂、润滑剂和结晶成核剂在高速混合机中干混10min，得到预混料；(3)、将预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将半芳香尼龙纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经熔融挤出、牵条和造粒，得到半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料。其中，在步骤(3)中，双螺杆挤出机的加工温度为：一区190℃，二区200℃，三区205℃，四区220℃，五区225℃，六区225℃，七区230℃，八区230℃，九区230℃，十区225℃，机头温度225℃，螺杆转速为200r/min。实施例四本实施例的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的各组分的含量如下表4所示。表4实施例四的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的组分含量表本实施例中的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的制备方法包括如下步骤：(1)、将尼龙6在100℃的干燥器中干燥12h，得到干燥的尼龙6；(2)、按照表4所示的重量份称取干燥的尼龙6、抗氧剂、润滑剂和结晶成核剂在高速混合机中干混10min，得到预混料；(3)、将预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将半芳香尼龙纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经熔融挤出、牵条和造粒，得到半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料。其中，在步骤(3)中，双螺杆挤出机的加工温度为：一区190℃，二区200℃，三区205℃，四区225℃，五区230℃，六区235℃，七区245℃，八区245℃，九区245℃，十区235℃，机头温度235℃，螺杆转速为200r/min。实施例五本实施例的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的各组分的含量如下表5所示。表5实施例五的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的组分含量表组分重量份尼龙665份(干重)抗氧剂(3，3‐硫代二丙酸双十四烷酯)0.6份润滑剂(季戊四醇硬脂酸酯)0.7份结晶成核剂(蒙脱土)0.5份半芳香族尼龙纤维(尼龙6T/6I纤维)35份(直径15μm)本实施例中的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的制备方法包括如下步骤：(1)、将尼龙6在100℃的干燥器中干燥12h，得到干燥的尼龙6；(2)、按照表5所示的重量份称取干燥的尼龙6、抗氧剂、润滑剂和结晶成核剂在高速混合机中干混10min，得到预混料；(3)、将预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将半芳香尼龙纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经熔融挤出、牵条和造粒，得到半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料。其中，在步骤(3)中，双螺杆挤出机的加工温度为：一区190℃，二区200℃，三区205℃，四区225℃，五区230℃，六区230℃，七区235℃，八区235℃，九区235℃，十区230℃， 机头温度230℃，螺杆转速为200r/min。实施例六本实施例的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的各组分的含量如下表6所示。表6实施例六的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的组分含量表组分重量份尼龙680份(干重)抗氧剂0.7份润滑剂(GT‐11)1.0份结晶成核剂(纳米二氧化钛)0.6份半芳香族尼龙纤维20份(直径20μm)在表6中，抗氧剂为三(2，4‐二叔丁基苯基)亚磷酸酯和硫代二丙酸二硬脂醇酯(属于硫代酯类抗氧剂)的混合物，二者的重量份之比为1:1。半芳香族尼龙纤维为尼龙6T/66纤维和尼龙6T/10T纤维的混合物，二者的重量份之比为1:1。尼龙6T/66纤维和尼龙6T/10T纤维的直径均为20μm。本实施例中的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的制备方法包括如下步骤：(1)、将尼龙6在100℃的干燥器中干燥12h，得到干燥的尼龙6；(2)、按照表6所示的重量份称取干燥的尼龙6、抗氧剂、润滑剂和结晶成核剂在高速混合机中干混10min，得到预混料；(3)、将预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将半芳香尼龙纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经熔融挤出、牵条和造粒，得到半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料。其中，在步骤(3)中，双螺杆挤出机的加工温度为：一区190℃，二区200℃，三区205℃，四区220℃，五区225℃，六区225℃，七区235℃，八区235℃，九区235℃，十区230℃，机头温度230℃，螺杆转速为200r/min。实施例七本实施例的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的各组分的含量如下表7所示。表7实施例七的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的组分含量表在表7中，润滑剂为GT‐11与RH‐313的混合物，二者的重量份之比为1:1。半芳香族尼龙纤维为尼龙4T纤维、尼龙5T纤维和尼龙6T/6I/66纤维的混合物，三者的重量份之比为1:1:1。尼龙4T纤维、尼龙5T纤维和尼龙6T/6I/66纤维的直径均为8μm。本实施例中的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的制备方法包括如下步骤：(1)、将尼龙6在100℃的干燥器中干燥12h，得到干燥的尼龙6；(2)、按照表7所示的重量份称取干燥的尼龙6、抗氧剂、润滑剂和结晶成核剂在高速混合机中干混10min，得到预混料；(3)、将预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将半芳香尼龙纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经熔融挤出、牵条和造粒，得到半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料。其中，在步骤(3)中，双螺杆挤出机的加工温度为：一区190℃，二区200℃，三区205℃，四区220℃，五区225℃，六区225℃，七区235℃，八区235℃，九区235℃，十区230℃，机头温度230℃，螺杆转速为200r/min。实施例八本实施例的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的各组分的含量如下表8所示。表8实施例八的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的组分含量表在表8中，结晶成核剂为P22与纳米蒙脱土的混合物，二者的重量份之比为1:1。半芳香族尼龙纤维为尼龙6T/6I/6纤维、尼龙6T/610纤维和尼龙6T/6I纤维的混合物，三者的重量份之比为1:1:1。尼龙6T/6I/6纤维、尼龙6T/610纤维和尼龙6T/6I纤维的直径均为18μm。本实施例中的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的制备方法包括如下步骤：(1)、将尼龙6在100℃的干燥器中干燥12h，得到干燥的尼龙6；(2)、按照表8所示的重量份称取干燥的尼龙6、抗氧剂、润滑剂和结晶成核剂在高速混合机中干混10min，得到预混料；(3)、将预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将半芳香尼龙纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经熔融挤出、牵条和造粒，得到半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料。其中，在步骤(3)中，双螺杆挤出机的加工温度为：一区190℃，二区200℃，三区205℃， 四区220℃，五区230℃，六区230℃，七区240℃，八区240℃，九区240℃，十区235℃，机头温度235℃，螺杆转速为200r/min。实施例一至实施例八的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的性能测试结果如表9所示。表9各实施例的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的性能测试结果表由表9可知，上述各实施例的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的各项性能均优于纯尼龙6，说明本发明的半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料具有更好的机械性能和耐热性，是一种综合性能优良的复合材料。发明人经过研究还发现：半芳香族尼龙纤维增强尼龙复合材料的性能跟纤维含量和纤维直径有较大关系。在相同纤维种类的条件下，纤维含量越高，产品力学性能越好；相同纤维种类并且相同纤维含量的条件下，纤维直径越小，产品力学性能越好。反之亦然。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。当前第1页1 2 3