本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种尼龙复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
由于枪械的工况环境多样化，复杂的气候如：北方的低温，南方的高温、湿热，热带雨林的霉菌，海区的海洋腐蚀，高原地区的辐射及沙漠地区的磨损等，枪械除了满足作战需求之外还要满足勤务使用的要求。因此，枪支研制过程中要进行严格的试验，主要有高温、低温、淋雨、砂尘、浸河水、盐雾、湿热及跌落等试验；另外，其还要满足15年的贮存需求。
我国步枪很早就开始采用非金属材料，主要零部件有护手、握把、枪托和弹匣，其中步枪护手为中空结构，其前端与导气箍支架相连，射击过程中，步枪枪管的最高温度可达450℃以上，步枪护手温度可达80℃左右，然而，使用人员无法长期使用。
通过对国外枪用塑料件的分析，步枪护手材料主要是工程塑料、铝合金材料和碳纤维复合材料，从轻量化和高效生产角度来讲，工程塑料的应用是主流。我国步枪护手采用的非金属材料，其虽然具有高强度、高韧性、耐老化、耐磨损、抗霉菌和抗盐雾的特点，但是其外观质量不是很理想，步枪护手的烫手问题也没有得到很好解决。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，首要目的是提供一种尼龙复合材料。
本发明的第二个目的在于提供一种实现上述尼龙复合材料的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种上述尼龙复合材料的应用及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种尼龙复合材料，其包括以下重量份的组分：
作为优选，长玻璃纤维增强尼龙材料包括30‐50wt％的长玻璃纤维和50‐70wt％的尼龙。
作为优选，尼龙选自聚对苯二甲酰己二胺、聚对苯二甲酰壬二胺和聚对苯二甲酰癸二胺中的任意一种或几种。
作为优选，尼龙的重均分子量为3×104‐5×104，熔融指数为5‐10g/10min(315℃，2.16kg)，熔点为280‐310℃，密度为1.35‐1.55g/cm3。
作为优选，长玻璃纤维为无碱长玻璃纤维，长度为8‐12mm。
作为优选，sio2气凝胶微球的粒径为10‐100μm，孔隙率为90‐98％，密度为0.21‐0.29g/cm3，导热系数≤0.018w/(m·k)。
作为优选，发泡剂选自对甲苯磺酰氨基脲和偶氮二甲酰胺中的任意一种或两种。
作为优选，抗氧剂选自四[β‐(3,5‐二叔丁基‐4‐羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三(2,4‐二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的任意一种或两种。
一种上述的尼龙复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)、将60‐80份长玻璃纤维增强尼龙材料进行干燥，得到干燥的长玻璃纤维增强尼龙材料；
(2)、将干燥的长玻璃纤维增强尼龙材料、20‐35份sio2气凝胶微球、1‐5份发泡剂和0.5‐2份抗氧剂混合，搅拌得到混合物；
(3)、将混合物加入双螺杆挤出机中熔融挤出，经牵条、冷却、干燥、切粒，得到尼龙复合材料。
作为优选，步骤(1)中，长玻璃纤维增强尼龙材料的含水率为1.5‐2％，干燥温度为80‐100℃，干燥时间为8‐12h。
作为优选，步骤(3)中，双螺杆挤出机的温度为275‐330℃，挤出速率为180‐250r/min。
进一步优选地，步骤(3)中，双螺杆挤出机中从加料口到机头的各区温度分别为：一区温度为：270‐285℃，二区温度为：285‐300℃，三区温度为：305‐315℃，四区温度为：310‐320℃，五区温度为：320‐330℃，六区温度为：310‐320℃，七区温度为：300‐315℃，机头温度为：275‐295℃。
一种如上述的尼龙复合材料作为步枪护手的应用。
一种步枪护手的制备方法，其包括如下步骤：将上述的尼龙复合材料从加料口加入至注塑机的料筒中，以60‐100mm/s的注射速度和80‐120mpa的注射压力由射嘴注入至注塑机的模具型腔内，冷却、定型后得到步枪护手半成品；接着分别在步枪护手半成品的内表面和外表面喷涂涂料以形成涂层，固化得到步枪护手。
作为优选，注塑机的料筒温度为290‐330℃，模具温度为80‐100℃，冷却时间为8‐12s。
进一步优选地，料筒从加料口端到射嘴端的温度分别为：一区温度为：290‐310℃，二区温度为：300‐320℃，三区温度为：315‐330℃，射嘴温度为：320‐330℃。
作为优选，涂料选自sio2气凝胶微球改性有机硅树脂涂料、sio2气凝胶微球改性纯丙乳液涂料和sio2气凝胶微球改性苯丙乳液涂料中的任意一种或几种。
作为优选，涂料的导热系数≤0.030w/(m·k)，最高耐受温度为1000℃，涂层的厚度为0.1‐0.7mm。
作为优选，固化时间为24‐48h。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
第一、本发明采用低密度(0.21‐0.29g/cm3)的sio2气凝胶微球来改性长玻璃纤维增强尼龙材料，从而制备步枪护手；本发明制备的产品不仅具有传统步枪护手的强度、韧性、耐磨、抗霉菌、抗盐雾和耐老化等性能，而且使其密度降低至0.84‐0.90g/cm3，从而达到了步枪护手轻量化的目的。
第二、发明采用低导热率的sio2气凝胶微球(导热系数≤0.018w/(m·k))对长玻璃纤维增强尼龙材料进行改性，从而用来制备步枪护手，具有优异的隔热性能；另外，技术人员分别在步枪护手半成品的内表面和外表面喷涂sio2气凝胶微球改性涂料，进一步提高了步枪护手的隔热性能和耐高温性能，由此，即使在步枪经过长期的使用后，步枪护手的温度也会保持在37℃以下，从而解决了步枪护手的烫手问题。
第三、本发明的尼龙复合材料非常适合注塑工艺，使得产品的成形性好；另外，本发明采用注塑工艺制备步枪护手，使得其尺寸稳定性好，外表面颜色美观且不褪色。
具体实施方式
本发明提供了一种尼龙复合材料及其制备方法和应用。
<尼龙复合材料>
一种尼龙复合材料，其包括以下重量份的组分：
其中，上述组分可以在各自的范围内任意调整以形成新的组合。
[长玻璃纤维增强尼龙材料]
长玻璃纤维增强尼龙材料可以包括30‐50wt％的长玻璃纤维和50‐70wt％的尼龙，长玻璃纤维增强尼龙材料还可以包括35‐45wt％的长玻璃纤维和55‐65wt％的尼龙，长玻璃纤维和尼龙的重量份之和为100wt％。
其中，长玻璃纤维和尼龙的含量限定能够使得长玻璃纤维增强尼龙材料达到强度最优和经济的目的。
(尼龙)
尼龙可以选自聚对苯二甲酰己二胺(pa6t)、聚对苯二甲酰壬二胺(pa9t)和聚对苯二甲酰癸二胺(pa10t)中的任意一种或几种。
其中，尼龙的重均分子量为3×104‐5×104，熔融指数为5‐10g/10min(315℃，2.16kg)，熔点可以为280‐310℃，优选为280℃；密度可以为1.35‐1.55g/cm3，优选为1.35g/cm3。
(长玻璃纤维)
长玻璃纤维为无碱长玻璃纤维，长度可以为8‐12mm，优选为8mm。
实际上，本发明选择上述长度的长玻璃纤维的目的是易于后继原料混合物造粒，且长玻璃纤维增强尼龙材料的力学性能最佳。
(sio2气凝胶微球)
sio2气凝胶微球的粒径可以为10‐100μm，优选为10‐30μm，更优选为20μm；孔隙率可以为90‐98％，优选为90％；密度可以为0.21‐0.29g/cm3，优选为0.29g/cm3；导热系数≤0.018w/(m·k)。
实际上，本发明选择的sio2气凝胶微球生产方便，能够实现轻质的目的，且隔热效果最佳。
(发泡剂)
发泡剂可以选自对甲苯磺酰氨基脲(tssc)和偶氮二甲酰胺(ac)中的任意一种或两种。
(抗氧剂)
抗氧剂可以选自四[β‐(3,5‐二叔丁基‐4‐羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)和三(2,4‐二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)中的任意一种或两种。
<尼龙复合材料的制备方法>
一种上述的尼龙复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)、将60‐80份长玻璃纤维增强尼龙材料进行干燥，得到干燥的长玻璃纤维增强尼龙材料；
(2)、将干燥的长玻璃纤维增强尼龙材料、20‐35份sio2气凝胶微球、1‐5份发泡剂和0.5‐2份抗氧剂混合均匀，搅拌得到混合物；
(3)、将混合物加入双螺杆挤出机中熔融挤出，经牵条、冷却、干燥、切粒，得到尼龙复合材料。
其中，在步骤(1)中，长玻璃纤维增强尼龙材料的含水率可以为1.5‐2％，优选为1.5％；干燥温度可以为80‐100℃，优选为80℃；干燥时间可以为8‐12h，优选为12h。
在步骤(3)中，双螺杆挤出机的温度为275‐330℃，挤出速率为180‐250r/min，优选为250r/min。
进一步优选地，双螺杆挤出机中从加料口到机头的各区温度分别为：一区温度可以为：270‐285℃，优选为285℃；二区温度可以为：285‐300℃，优选为300℃；三区温度可以为：305‐315℃，优选为315℃；四区温度可以为：310‐320℃，优选为320℃；五区温度可以为：320‐330℃，优选为330℃；六区温度可以为：310‐320℃，优选为320℃；七区温度可以为：300‐315℃，优选为315℃；机头温度可以为：275‐295℃，优选为295℃。
<尼龙复合材料的应用>
一种上述的尼龙复合材料作为步枪护手的应用。
<步枪护手的制备方法>
一种步枪护手的制备方法，其包括如下步骤：将上述的尼龙复合材料从加料口加入至注塑机的料筒中，以60‐100mm/s的注射速度和80‐120mpa的注射压力由射嘴注入至注塑机的模具型腔内，冷却、定型后得到步枪护手半成品；接着分别在步枪护手半成品的内表面和外表面喷涂超薄型耐高温隔热涂料以形成涂层，室温静置固化得到步枪护手。
其中，注塑机的料筒温度为290‐330℃，注射压力优选为120mpa；注射速度优选为60mm/s；模具温度可以为80‐100℃，优选为80℃；冷却时间可以为8‐12s，优选为8s。
冷却为注塑机中熔融的尼龙复合材料注入模具型腔内放置的状态。
进一步优选地，料筒从加料口端到射嘴端的温度分别为：一区温度可以为：290‐310℃，优选为290℃；二区温度可以为：300‐320℃，优选为300℃；三区温度可以为：315‐330℃，优选为315℃；射嘴温度可以为：320‐330℃，优选为320℃。
其中，料筒一端与加料口相连，另一端与射嘴相连。
实际上，涂料可以选自sio2气凝胶微球改性有机硅树脂涂料、sio2气凝胶微球改性纯丙乳液涂料和sio2气凝胶微球改性苯丙乳液涂料中的任意一种或几种。
涂料的导热系数≤0.030w/(m·k)，最高耐受温度可以为1000℃，涂层的厚度可以为0.1‐0.7mm，优选为0.7mm；从而使得sio2气凝胶微球改性涂料具有超薄型、耐高温和隔热等性能。
作为优选，固化时间可以为24‐48h，优选为48h。
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
本实施例的步枪护手的制备方法包括如下步骤：
(1)、将60份长玻璃纤维含量为50wt％的长玻璃纤维增强聚对苯二甲酰己二胺(pa6t)材料(含水率为1.5％)在80℃下进行干燥12h，得到干燥的长玻璃纤维增强聚对苯二甲酰己二胺(pa6t)材料；
(2)、将干燥的长玻璃纤维增强聚对苯二甲酰己二胺(pa6t)材料、35份sio2气凝胶微球(粒径为20μm，孔隙率为90％，密度为0.29g/cm3)、1份对甲苯磺酰氨基脲tssc(作为发泡剂)和1份抗氧剂168在高速搅拌机中混合均匀，搅拌得到混合物；
(3)、将混合物加入双螺杆挤出机中熔融挤出，经牵条、冷却、干燥、切粒，得到尼龙复合材料；其中，双螺杆挤出机中从加料口到机头的各区温度分别为：一区温度为：285℃，二区温度为：300℃，三区温度为：315℃，四区温度为：320℃，五区温度为：330℃，六区温度为：320℃，七区温度为：315℃，机头温度为：295℃，挤出速率为：250r/min；
(4)、将上述尼龙复合材料从加料口加入至注塑机的料筒中，以60mm/s的注射速度和120mpa的注射压力由射嘴注入至注塑机的模具型腔内，冷却、定型后得到步枪护手半成品；其中，料筒从加料口端到射嘴端的各区温度分别为：一区温度为：290℃，二区温度为：300℃，三区温度为：315℃，射嘴温度为：320℃，模具温度为80℃，冷却时间为8s；
(5)、分别在步枪护手半成品的内表面和外表面喷涂涂层厚度为0.7mm的超薄型耐高温隔热sio2气凝胶微球改性有机硅树脂涂料，室温放置48h至完全固化，得到步枪护手，其性能测试如表1所示。
其中，长玻璃纤维为无碱长玻璃纤维，长度为8mm。
聚对苯二甲酰己二胺的熔点为280℃，密度为1.35g/cm3。
实际上，在步骤(1)中，长玻璃纤维增强尼龙材料的含水率在1.5‐2％之内、干燥温度在80‐100℃之内、干燥时间在8‐12h之内均是可以的。
在步骤(3)中，双螺杆挤出机的温度在275‐330℃之内、挤出速率在180‐250r/min之内是可以的。
在步骤(3)中，双螺杆挤出机中从加料口到机头的各区温度：一区温度在270‐285℃之内、二区温度在285‐300℃之内、三区温度在305‐315℃之内、四区温度在310‐320℃之内、五区温度在320‐330℃之内、六区温度在310‐320℃之内、七区温度在300‐315℃之内、机头温度在275‐295℃之内均是可以的。
在步骤(4)中，料筒从加料口端到射嘴端的各区温度：一区温度在290‐310℃之内、二区温度在300‐320℃之内、三区温度在315‐330℃之内、射嘴温度在320‐330℃之内均是可以的。
注射压力在80‐120mpa之内、注射速度在60‐100mm/s之内、模具温度在80‐100℃之内、冷却时间在8‐12s之内也是可以的。
在步骤(5)中，涂层的厚度在0.1‐0.7mm之内、固化时间在24‐48h之内均是可以的。
实施例2：
本实施例的步枪护手的制备方法包括如下步骤：
(1)、将70份长玻璃纤维含量为40wt％的长玻璃纤维增强聚对苯二甲酰壬二胺(pa9t)材料(含水率为2％)在90℃下进行干燥10h，得到干燥的长玻璃纤维增强聚对苯二甲酰壬二胺(pa9t)材料；
(2)、将干燥的长玻璃纤维增强聚对苯二甲酰壬二胺(pa9t)材料、30份sio2气凝胶微球(粒径为40μm，孔隙率为95％，密度为0.25g/cm3)、2份对甲苯磺酰氨基脲tssc(作为发泡剂)和0.5份抗氧剂1010在高速搅拌机中混合均匀，搅拌得到混合物；
(3)、将混合物加入双螺杆挤出机中熔融挤出，经牵条、冷却、干燥、切粒，得到尼龙复合材料；其中，双螺杆挤出机中从加料口到机头的各区温度分别为：一区温度为：280℃，二区温度为：295℃，三区温度为：310℃，四区温度为：320℃，五区温度为：325℃，六区温度为：310℃，七区温度为：300℃，机头温度为：285℃，挤出速率为：220r/min；
(4)、将上述尼龙复合材料从加料口加入至注塑机的料筒中，以100mm/s的注射速度和80mpa的注射压力由射嘴注入至注塑机的模具型腔内，冷却、定型后得到步枪护手半成品；其中，料筒从加料口端到射嘴端的各区温度分别为：一区温度为：290℃，二区温度为：310℃，三区温度为：320℃，射嘴温度为：330℃，模具温度为90℃，冷却时间为10s；
(5)、分别在步枪护手半成品的内表面和外表面喷涂涂层厚度为0.5mm的超薄型耐高温隔热sio2气凝胶微球改性有机硅树脂涂料，室温放置36h至完全固化，得到步枪护手，其性能测试如表1所示。
实施例3：
本实施例的步枪护手的制备方法包括如下步骤：
(1)、将80份长玻璃纤维含量为30wt％的长玻璃纤维增强聚对苯二甲酰癸二胺(pa10t)材料(含水率为1.8％)在100℃下进行干燥8h，得到干燥的长玻璃纤维增强聚对苯二甲酰癸二胺(pa10t)材料；
(2)、将干燥的长玻璃纤维增强聚对苯二甲酰癸二胺(pa10t)材料、20份sio2气凝胶微球(粒径为60μm，孔隙率为98％，密度为0.21g/cm3)、5份偶氮二甲酰胺ac(作为发泡剂)和2份抗氧剂168在高速搅拌机中混合均匀，搅拌得到混合物；
(3)、将混合物加入双螺杆挤出机中熔融挤出，经牵条、冷却、干燥、切粒，得到尼龙复合材料；其中，双螺杆挤出机中从加料口到机头的各区温度分别为：一区温度为：275℃，二区温度为：285℃，三区温度为：305℃，四区温度为：310℃，五区温度为：320℃，六区温度为：310℃，七区温度为：300℃，机头温度为：275℃，挤出速率为：180r/min；
(4)、将上述尼龙复合材料从加料口加入至注塑机的料筒中，以80mm/s的注射速度和90mpa的注射压力由射嘴注入至注塑机的模具型腔内，冷却、定型后得到步枪护手半成品；其中，料筒从加料口端到射嘴端的各区温度分别为：一区温度为：300℃，二区温度为：320℃，三区温度为：330℃，射嘴温度为：330℃，模具温度为100℃，冷却时间为12s；
(5)、分别在步枪护手半成品的内表面和外表面喷涂涂层厚度为0.3mm的超薄型耐高温隔热sio2气凝胶微球改性纯丙乳液涂料，室温放置24h至完全固化，得到步枪护手，其性能测试如表1所示。
实施例4：
本实施例的步枪护手的制备方法包括如下步骤：
(1)、将65份长玻璃纤维含量为45wt％的长玻璃纤维增强聚对苯二甲酰己二胺(pa6t)材料(含水率为1.7％)在85℃下进行干燥9h，得到干燥的长玻璃纤维增强聚对苯二甲酰己二胺(pa6t)材料；
(2)、将干燥的长玻璃纤维增强聚对苯二甲酰己二胺pa6t材料、30份sio2气凝胶微球(粒径为80μm，孔隙率为96％，密度为0.23g/cm3)、3份偶氮二甲酰胺ac(作为发泡剂)、1份抗氧剂168和1份抗氧剂1010在高速搅拌机中混合均匀，搅拌得到混合物；
(3)、将混合物加入双螺杆挤出机中熔融挤出，经牵条、冷却、干燥、切粒，得到尼龙复合材料；其中，双螺杆挤出机中从加料口到机头的各区温度分别为：一区温度为：280℃，二区温度为：300℃，三区温度为：310℃，四区温度为：315℃，五区温度为：325℃，六区温度为：315℃，七区温度为：310℃，机头温度为：285℃，挤出速率为：200r/min；
(4)、将上述尼龙复合材料从加料口加入至注塑机的料筒中，以70mm/s的注射速度和100mpa的注射压力由射嘴注入至注塑机的模具型腔内，冷却、定型后得到步枪护手半成品；其中，注塑机料筒温度从加料口到射嘴的各区温度分别为：一区温度为：310℃，二区温度为：320℃，三区温度为：330℃，射嘴温度为：330℃，模具温度为85℃，冷却时间为11s；
(5)、分别在步枪护手半成品的内表面和外表面喷涂涂层厚度为0.1mm的超薄型耐高温隔热sio2气凝胶微球改性苯丙乳液涂料，室温放置36h至完全固化，得到步枪护手，其性能测试如表1所示。
实施例5：
本实施例的步枪护手的制备方法包括如下步骤：
(1)、将75份长玻璃纤维含量为35wt％的长玻璃纤维增强聚对苯二甲酰壬二胺(pa9t)材料(含水率为1.5％)在95℃下进行干燥11h，得到干燥的长玻璃纤维增强聚对苯二甲酰壬二胺(pa9t)材料；
(2)、将干燥的长玻璃纤维增强聚对苯二甲酰壬二胺(pa9t)材料、25份sio2气凝胶微球(粒径为40μm，孔隙率为93％，密度为0.27g/cm3)、4份对甲苯磺酰氨基脲tssc(作为发泡剂)和1.5份抗氧剂1010在高速搅拌机中混合均匀，搅拌得到混合物；
(3)、将混合物加入双螺杆挤出机中熔融挤出，经牵条、冷却、干燥、切粒，得到尼龙复合材料；其中，双螺杆挤出机中从加料口到机头的各区温度分别为：一区温度为：270℃，二区温度为：285℃，三区温度为：310℃，四区温度为：315℃，五区温度为：320℃，六区温度为：310℃，七区温度为：300℃，机头温度为：285℃，挤出速率为：210r/min；
(4)、将上述尼龙复合材料从加料口加入至注塑机的料筒中，以90mm/s的注射速度和110mpa的注射压力由射嘴注入至注塑机的模具型腔内，冷却、定型后得到步枪护手半成品；其中，料筒从加料口端到射嘴端的各区温度分别为：一区温度为：300℃，二区温度为：310℃，三区温度为：325℃，射嘴温度为：325℃，模具温度为95℃，冷却时间为12s；
(5)、分别在步枪护手半成品的内表面和外表面喷涂涂层厚度为0.5mm的超薄型耐高温隔热sio2气凝胶微球改性苯丙乳液涂料，室温放置36h至完全固化，得到步枪护手，其性能测试如表1所示。
表1实施例1至实施5的步枪护手的性能测试数据
由表1中的性能数据可以看出，实施例1至实施例5的步枪护手的密度为0.84‐0.90g/cm3，热变形温度为270‐300℃，外表面温度为25‐35℃，因此，本发明制备的步枪护手具有质轻、耐高温和隔热等性能，达到了实际的使用要求。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的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原理，不脱离本发明的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。