本发明属于耐高温尼龙复合材料领域，涉及一种尼龙纳米复合材料及其制备方法。
背景技术：
耐高温尼龙的发展使工农业和民用设施更加的微型化轻量化和动力强劲化成为可能。耐高温尼龙可以为某些部件带来更高的耐温性能，或是干脆替代了金属原材料来生产这些部件。新型设备的装置和组件也有用耐高温尼龙代替金属和热固性材料的趋势。这些都将会加大对耐高温尼龙材料的需要量，从而带动市场需求。
制备石墨烯增强耐高温尼龙复合材料包括溶液共混、熔融共混及原位共混等。其中溶液共混需要耗费大量的溶剂，不利于工业应用；熔融共混虽然能满足大规模生产的需要，但石墨烯在基体中分散性差；而原位共混既适合工业应用又能使石墨烯良好的分散在基体中，而且能改善石墨烯与基体间的界面性能。而且这些尼龙复合材料的阻燃性能不佳，限定了其使用范围。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明确有必要提供一种分散性好、相容性好、力学性能及阻燃性能得到提高的增强阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料及其制备方法。
本发明采用的技术方案为：一种阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料，它由以下重量份的组分制成：尼龙盐95～105份、氧化石墨烯2～10份、有机纳米蒙脱土3～8份、膨胀石墨3～8份、硅烷偶联剂kh5602～6份、固含量为20%～25%的纳米碳溶胶1～4份、纳米二氧化钛1～4份、蛭石粉1～3份、硬脂酸钡0.5～2份、封端剂0.2～1份、6-氨基己酸0.1～0.6份、去离子水40～70份。
基于上述，它由以下重量份的组分制成：尼龙盐100份、氧化石墨烯4～8份、有机纳米蒙脱土5～6份、膨胀石墨4～6份、硅烷偶联剂kh5603.5～4.5份、固含量为20%～25%的纳米碳溶胶2～3份、纳米二氧化钛2～3份、蛭石粉1.5～2.5份、硬脂酸钡1～1.5份、封端剂0.4～0.8份、6-氨基己酸0.3～0.5份、去离子水50～60份。
基于上述，所述尼龙盐选自尼龙6t盐、尼龙7t盐、尼龙8t盐、尼龙9t盐、尼龙10t盐、尼龙11t盐、尼龙12t盐、尼龙6i盐、尼龙7i盐、尼龙8i盐、尼龙9i盐、尼龙10i盐、尼龙11i盐或尼龙12i盐中的一种或一种以上。
基于上述，所述封端剂为苯甲酸、乙酸、丙酸或邻苯二甲酸酐，优选苯甲酸。
本发明还提供一种上述阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料的制备方法，是采用原位聚合的方法进行制备，包括以下步骤：
（1）按上述配比称取上述组分，混合尼龙盐、氧化石墨烯、封端剂和6-氨基己酸，并在50~85℃下超声分散1～3小时，形成预混物，然后将该预混物加入到高压反应釜中；
（2）先将固含量为20%～25%的纳米碳溶胶、有机纳米蒙脱土、膨胀石墨、硅烷偶联剂kh560、纳米二氧化钛、蛭石粉和硬脂酸钡加入到去离子水中并超声搅拌均匀，再加入到所述高压反应釜中；
（3）用氮气置换所述高压反应釜内的空气至少三次，然后通入氮气作为反应保护气；升温至160～260℃，压力达到2～3.5mpa，通过释放反应釜内水蒸气的办法保持压力在2～3.5mpa，恒压反应时间为1～3小时；然后将反应釜内压力泄压至常压，出料，在反应过程中，釜内温度不超过280℃。
基于上述，所述步骤（2）中，超声搅拌的时间为1.5～4小时。由于有机纳米蒙脱土、纳米二氧化钛容易团聚，硅烷偶联剂kh560、膨胀石墨和蛭石粉及硬脂酸钡不溶于去离子水中，通过超声搅拌可以使它们均匀分散在去离子水中。
本发明提供的阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料主要通过原位聚合反应而制得的，通过本发明提供的制备方法，能改善氧化石墨烯、有机纳米蒙脱土、膨胀石墨、纳米碳溶胶、硅烷偶联剂kh560、纳米二氧化钛和蛭石粉等辅料组分与尼龙基体间的相容性；另外，有机纳米蒙脱土、膨胀石墨和硅烷偶联剂kh560等组分相互配合可以提高尼龙的阻燃性能，而且还可以起到抑烟的作用；同时，结合氧化石墨烯、纳米碳溶胶、纳米二氧化钛、蛭石粉及硬脂酸钡可以提高尼龙的力学性能以及高温下的强度和韧性。因此，所述阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料具有比较好的阻燃性、耐高温以及力学性能。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料，它由以下重量份的组分制成：尼龙10t盐95份、氧化石墨烯2份、有机纳米蒙脱土3份、膨胀石墨3份、硅烷偶联剂kh5602份、固含量为20%的纳米碳溶胶1份、纳米二氧化钛1份、蛭石粉1份、硬脂酸钡0.5份、苯甲酸0.2份、6-氨基己酸0.1份、去离子水40份。
本实施例还提供一种上述阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）称取上述重量份的各组分；然后混合尼龙10t盐、氧化石墨烯、封端剂和6-氨基己酸，并在55℃下超声分散3小时，形成预混物，然后将该预混物加入到高压反应釜中；
（2）先将固含量为20%的纳米碳溶胶、有机纳米蒙脱土、膨胀石墨、硅烷偶联剂kh560、纳米二氧化钛和蛭石粉加入到去离子水中并超声搅拌均匀，再加入到所述高压反应釜中；
（3）用氮气置换高压反应釜内的空气至少三次，然后通入氮气作为反应保护气；升温至160℃，并在50min内使压力达到2.1mpa，通过释放反应釜内水蒸气的办法保持压力在2.1mpa，恒压反应时间为3小时；然后将反应釜内压力泄压至常压，出料，在反应过程中，釜内温度不超过280℃。
实施例2
本实施例提供一种阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料，它由以下重量份的组分制成：尼龙7t盐97份、氧化石墨烯3份、有机纳米蒙脱土4份、膨胀石墨4.5份、硅烷偶联剂kh5604份、固含量为22%的纳米碳溶胶2份、纳米二氧化钛2份、蛭石粉1.5份、硬脂酸钡0.8份、乙酸0.3份、6-氨基己酸0.2份、去离子水50份。
本实施例还提供一种上述阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）称取上述重量份的各组分；然后混合尼龙7t盐、氧化石墨烯、封端剂和6-氨基己酸，并在60℃下超声分散2小时，形成预混物，然后将该预混物加入到高压反应釜中；
（2）先将固含量为22%的纳米碳溶胶、有机纳米蒙脱土、膨胀石墨、硅烷偶联剂kh560、纳米二氧化钛和蛭石粉加入到去离子水中并超声搅拌均匀，再加入到所述高压反应釜中；
（3）用氮气置换高压反应釜内的空气至少三次，然后通入氮气作为反应保护气；升温至180℃，并在50min内使压力达到2.5mpa，通过释放反应釜内水蒸气的办法保持压力在2.5mpa，恒压反应时间为2小时；然后将反应釜内压力泄压至常压，出料，在反应过程中，釜内温度不超过280℃。
实施例3
本实施例提供一种阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料，它由以下重量份的组分制成：尼龙6i盐100份、氧化石墨烯4份、有机纳米蒙脱土5份、膨胀石墨4份、硅烷偶联剂kh5603.5份、固含量为21%的纳米碳溶胶2份、纳米二氧化钛2份、蛭石粉1.5份、硬脂酸钡1份、苯甲酸0.4份、6-氨基己酸0.3份、去离子水52份。
本实施例还提供一种上述阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）称取上述重量份的各组分；然后混合尼龙6i盐、氧化石墨烯、封端剂和6-氨基己酸，并在70℃下超声分散2小时，形成预混物，然后将该预混物加入到高压反应釜中；
（2）先将固含量为21%的纳米碳溶胶、有机纳米蒙脱土、膨胀石墨、硅烷偶联剂kh560、纳米二氧化钛和蛭石粉加入到去离子水中并超声搅拌均匀，再加入到所述高压反应釜中；
（3）用氮气置换高压反应釜内的空气至少三次，然后通入氮气作为反应保护气；升温至200℃，并在50min内使压力达到2.7mpa，通过释放反应釜内水蒸气的办法保持压力在2.7mpa，恒压反应时间为2小时；然后将反应釜内压力泄压至常压，出料，在反应过程中，釜内温度不超过280℃。
实施例4
本实施例提供一种阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料，它由以下重量份的组分制成：尼龙10t盐100份、氧化石墨烯6份、有机纳米蒙脱土6份、膨胀石墨5份、硅烷偶联剂kh5604份、固含量为23%的纳米碳溶胶2.5份、纳米二氧化钛2.5份、蛭石粉2份、硬脂酸钡1.5份、苯甲酸0.6份、6-氨基己酸0.4份、去离子水55份。
本实施例还提供一种上述阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）称取上述重量份的各组分；然后混合尼龙10t盐、氧化石墨烯、封端剂和6-氨基己酸，并在75℃下超声分散1.5小时，形成预混物，然后将该预混物加入到高压反应釜中；
（2）先将固含量为23%的纳米碳溶胶、有机纳米蒙脱土、膨胀石墨、硅烷偶联剂kh560、纳米二氧化钛和蛭石粉加入到去离子水中并超声搅拌均匀，再加入到所述高压反应釜中；
（3）用氮气置换高压反应釜内的空气至少三次，然后通入氮气作为反应保护气；升温至220℃，并在50min内使压力达到2.8mpa，通过释放反应釜内水蒸气的办法保持压力在2.8mpa，恒压反应时间为2小时；然后将反应釜内压力泄压至常压，出料，在反应过程中，釜内温度不超过330℃。
实施例5
本实施例提供一种阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料，它由以下重量份的组分制成：尼龙11i盐100份、氧化石墨烯8份、有机纳米蒙脱土为7份、膨胀石墨为6份、硅烷偶联剂kh5604.5份、固含量为24%的纳米碳溶胶3份、纳米二氧化钛3份、蛭石粉2.5份、硬脂酸钡1.7份、邻苯二甲酸酐0.8份、6-氨基己酸0.5份、去离子水60份。
本实施例还提供一种上述阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）称取上述重量份的各组分；然后混合尼龙11i盐、氧化石墨烯、封端剂和6-氨基己酸，并在75℃下超声分散1小时，形成预混物，然后将该预混物加入到高压反应釜中；
（2）先将固含量为24%的纳米碳溶胶、有机纳米蒙脱土、膨胀石墨、硅烷偶联剂kh560、纳米二氧化钛和蛭石粉加入到去离子水中并超声搅拌均匀，再加入到所述高压反应釜中；
（3）用氮气置换高压反应釜内的空气至少三次，然后通入氮气作为反应保护气；升温至240℃，并在50min内使压力达到3mpa，通过释放反应釜内水蒸气的办法保持压力在3mpa，恒压反应时间为1.5小时；然后将反应釜内压力泄压至常压，出料，在反应过程中，釜内温度不超过280℃。
实施例6
本实施例提供一种阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料，它由以下重量份的组分制成：尼龙12t盐105份、氧化石墨烯10份、有机纳米蒙脱土8份、膨胀石墨8份、硅烷偶联剂kh5606份、固含量为25%的纳米碳溶胶4份、纳米二氧化钛4份、蛭石粉3份、硬脂酸钡2份、丙酸1份、6-氨基己酸0.6份、去离子水70份。
本实施例还提供一种上述阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）称取上述重量份的各组分；然后混合尼龙12t盐、氧化石墨烯、封端剂和6-氨基己酸，并在80℃下超声分散1小时，形成预混物，然后将该预混物加入到高压反应釜中；
（2）先将固含量为25%的纳米碳溶胶、有机纳米蒙脱土、膨胀石墨、硅烷偶联剂kh560、纳米二氧化钛和蛭石粉加入到去离子水中并超声搅拌均匀，再加入到所述高压反应釜中；
（3）用氮气置换高压反应釜内的空气至少三次，然后通入氮气作为反应保护气；升温至260℃，并在50min内使压力达到3.4mpa，通过释放反应釜内水蒸气的办法保持压力在3.4mpa，恒压反应时间为1小时；然后将反应釜内压力泄压至常压，出料，在反应过程中，釜内温度不超过330℃。
对上述实施例1～6提供的阻燃耐高温尼龙-石墨烯复合材料进行性能测试，测试结果如下表所示：
从上表可以看出：本发明实施例提供的尼龙纳米复合材料具有优良的力学性能、耐热性和阻燃性能，能广泛的应用于汽车工业和电子电气工业中，尤其是需要高强度、阻燃性、耐高温材料的领域中。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。