一种MC尼龙/SiC@SiO2复合材料的制备方法与流程

本发明涉及工程塑料改性技术领域，具体为一种mc尼龙/sic@sio2复合材料的制备方法。

背景技术：

单体浇铸尼龙（简称mc尼龙，mcpa6）是性能优良的工程塑料之一。由于其具有质量轻、力学性能好、耐磨、自润滑性好等优点，在工业中可代替钢、铜、铝等金属用于制作轴瓦、轴套、齿轮、齿条、蜗轮、滑轮、织机梭子、螺旋桨和各种密封圈等零部件，起到减轻重量、降低成本的作用，而且延长整机及零件的使用寿命，可提高经济效益。随着科技的发展，对mc尼龙产品的强度、韧性、热稳定性、耐磨性、尺寸稳定性、耐水性等提出了更高要求，因此对mc尼龙进行改性研究十分必要。通过改性技术，开发具有优异综合性能的mc尼龙改性新产品，可拓宽mc尼龙的应用领域。

随着纳米技术的发展，采用无机纳米粒子对聚合物材料进行改性，成为最具发展潜力的新型材料之一。无机纳米粒子对聚合物材料的改性技术包括共混法、溶胶-凝胶法、原位聚合法等。其中，原位聚合法是将无机纳米粒子均匀分散在单体中，然后在一定条件下单体就地聚合，形成复合材料。原位聚合法制备的纳米复合材料，纳米粒子分散均匀，聚合物基体性能稳定，具有广阔的应用前景。

纳米碳化硅（sic）具有质量轻、耐热性好、耐化学品、耐腐蚀、抗氧化、热稳定性高、导热性好等特点，可作为聚合物材料的改性剂，能够提高聚合物材料的强度、模量、硬度、耐热性以及耐磨性能等，然而其与聚合物基体的相容性限制了其在众多聚合物基纳米复合材料中的应用。

技术实现要素：

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种mc尼龙/sic@sio2复合材料的制备方法，解决了纳米碳化硅与聚合物基体的相容性限制了其在众多聚合物基纳米复合材料中应用的问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种mc尼龙/sic@sio2复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：

s1、采用热处理法制备sic@sio2核壳结构纳米粒子；

s2、采用γ-氨丙基三甲氧基硅烷（aptms）对sic@sio2核壳结构纳米粒子进行改性，制备氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子；

s3、通过原位聚合法实现mc尼龙与氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子的复合，制备mc尼龙/sic@sio2复合材料。

作为本发明的一种优选技术方案，所述s1中,sic@sio2核壳结构纳米粒子制备的具体步骤：依次用去离子水和无水乙醇清洗sic纳米粒子，后将清洗后的sic纳米粒子转移到坩埚中，在马弗炉中以5～15°c/min的加热速率加热，并在700°c下保持1～2h，冷却至室温，得到sic@sio2核壳结构纳米粒子。

作为本发明的一种优选技术方案，所述s2中，氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子制备的具体步骤：将sic@sio2纳米粒子分散于无水乙醇中，超声处理30～60min，按照sic@sio2核壳结构纳米粒子与aptms质量比为100:1～5的比例，加入aptms，反应温度升高至80℃，回流冷凝反应4～8h；产物离心分离，并用无水乙醇洗涤3～8次，置于真空干燥箱中80℃干燥6～12h，得到氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子。

作为本发明的一种优选技术方案，所述s3中，原位聚合法制备复合材料的具体步骤：将己内酰胺单体加入到反应器中，加热至80～90℃使之熔融，按照己内酰胺与氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子质量比为100：0.1～5的比例加入氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子，分散均匀，升温至130～140℃，真空脱水20～60min；解除真空，按照己内酰胺与氢氧化钠摩尔比为100:0.2～0.8的比例加入氢氧化钠，130～140℃真空脱水20～60min；解除真空，按照己内酰胺与甲苯二异氰酸酯摩尔比为100:0.2～0.8的比例加入甲苯二异氰酸酯，迅速摇匀后，迅速浇注入事先预热至160～180℃的模具中，保温20～30min后，冷却至室温脱模，得到mc尼龙/sic@sio2复合材料制品。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种mc尼龙/sic@sio2复合材料的制备方法，具备以下有益效果：

该mc尼龙/sic@sio2复合材料的制备方法，具有工艺过程简单易行、生产周期短的优点，通过该方法所制备mc尼龙/sic@sio2复合材料与纯mc尼龙相比，具有力学强度高、耐热性好以及良好的耐磨性能等，可满足在较高载荷下的耐热性和摩擦磨损性能的需求，在高新技术领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明所制备的sic@sio2核壳结构纳米粒子的xrd示意图；

图2为本发明所制备的sic@sio2核壳结构纳米粒子的透射电镜照片示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

实施例1

请参阅图1-2，本发明提供以下技术方案：一种mc尼龙/sic@sio2复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：

s1、采用热处理法制备sic@sio2核壳结构纳米粒子；

s2、采用γ-氨丙基三甲氧基硅烷（aptms）对sic@sio2核壳结构纳米粒子进行改性，制备氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子；

s3、通过原位聚合法实现mc尼龙与氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子的复合，制备mc尼龙/sic@sio2复合材料。

具体的，s1中,sic@sio2核壳结构纳米粒子制备的具体步骤：称取sic纳米粒子5g，分别用去离子水清洗3次、无水乙醇清洗3次，后将清洗后的sic纳米粒子转移到坩埚中，在马弗炉中以10°c/min的加热速率加热，并在700°c下保持1h，冷却至室温，得到sic@sio2核壳结构纳米粒子。

具体的，s2中，氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子制备的具体步骤：将4gsic@sio2纳米粒子分散于200ml无水乙醇中，超声处理30min，加入0.2gaptms，反应温度升高至80℃，回流冷凝反应5h；产物离心分离，并用无水乙醇洗涤6次，置于真空干燥箱中80℃干燥7h，得到氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子。

具体的，s3中，原位聚合法制备复合材料的具体步骤：称取100g己内酰胺单体加入到反应器中，加热至80℃使之熔融，称取1g氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子，加入到反应器中，分散均匀，升温至130℃，真空脱水20min；解除真空，加入氢氧化钠0.5g，135℃真空脱水20min；解除真空，加入甲苯二异氰酸酯0.5g，迅速摇匀后，迅速浇注入事先预热至160℃的模具中，保温20min后，冷却至室温脱模，得到mc尼龙/sic@sio2复合材料制品。

实施例2

请参阅图1-2，本发明提供以下技术方案：一种mc尼龙/sic@sio2复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：

s1、采用热处理法制备sic@sio2核壳结构纳米粒子；

s2、采用γ-氨丙基三甲氧基硅烷（aptms）对sic@sio2核壳结构纳米粒子进行改性，制备氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子；

s3、通过原位聚合法实现mc尼龙与氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子的复合，制备mc尼龙/sic@sio2复合材料。

具体的，s1中,sic@sio2核壳结构纳米粒子制备的具体步骤：称取sic纳米粒子20g，分别用去离子水清洗3次、无水乙醇清洗3次，后将清洗后的sic纳米粒子转移到坩埚中，在马弗炉中以15°c/min的加热速率加热，并在700°c下保持2h，冷却至室温，得到sic@sio2核壳结构纳米粒子。

具体的，s2中，氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子制备的具体步骤：将4gsic@sio2纳米粒子分散于400ml无水乙醇中，超声处理40min，加入0.32gaptms，反应温度升高至80℃，回流冷凝反应6h；产物离心分离，并用无水乙醇洗涤5次，置于真空干燥箱中80℃干燥8h，得到氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子。

具体的，s3中，原位聚合法制备复合材料的具体步骤：称取100g己内酰胺单体加入到反应器中，加热至85℃使之熔融，称取3g氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子，加入到反应器中，分散均匀，升温至140℃，真空脱水25min；解除真空，加入氢氧化钠0.6g，140℃真空脱水25min；解除真空，加入甲苯二异氰酸酯0.8g，迅速摇匀后，迅速浇注入事先预热至170℃的模具中，保温25min后，冷却至室温脱模，得到mc尼龙/sic@sio2复合材料制品。

实施例3

请参阅图1-2，本发明提供以下技术方案：一种mc尼龙/sic@sio2复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：

s1、采用热处理法制备sic@sio2核壳结构纳米粒子；

s2、采用γ-氨丙基三甲氧基硅烷（aptms）对sic@sio2核壳结构纳米粒子进行改性，制备氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子；

s3、通过原位聚合法实现mc尼龙与氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子的复合，制备mc尼龙/sic@sio2复合材料。

具体的，s1中,sic@sio2核壳结构纳米粒子制备的具体步骤：称取sic纳米粒子50g，分别用去离子水清洗3次、无水乙醇清洗3次，后将清洗后的sic纳米粒子转移到坩埚中，在马弗炉中以10°c/min的加热速率加热，并在700°c下保持2h，冷却至室温，得到sic@sio2核壳结构纳米粒子。

具体的，s2中，氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子制备的具体步骤：将10gsic@sio2纳米粒子分散于500ml无水乙醇中，超声处理60min，加入0.5gaptms，反应温度升高至80℃，回流冷凝反应7h；产物离心分离，并用无水乙醇洗涤5次，置于真空干燥箱中80℃干燥10h，得到氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子。

具体的，s3中，原位聚合法制备复合材料的具体步骤：称取200g己内酰胺单体加入到反应器中，加热至80℃使之熔融，称取3g氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子，加入到反应器中，分散均匀，升温至135℃，真空脱水30min；解除真空，加入氢氧化钠0.8g，140℃真空脱水30min；解除真空，加入甲苯二异氰酸酯1g，迅速摇匀后，迅速浇注入事先预热至180℃的模具中，保温30min后，冷却至室温脱模，得到mc尼龙/sic@sio2复合材料制品。

本发明提供了一种利用纳米sic改性mc尼龙工程塑料的方法，是以纳米sic为原料，采用热处理法制备sic@sio2核壳结构纳米粒子，并采用γ-氨丙基三甲氧基硅烷（aptms）对sic@sio2核壳结构纳米粒子进行改性，制备氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子，改善其在mc尼龙及单体中的相容性。在此基础上，通过原位聚合法实现mc尼龙与氨基修饰sic@sio2核壳结构纳米粒子的复合，制备mc尼龙/sic@sio2复合材料；sic@sio2核壳结构纳米粒子的引入，可提高mc尼龙的力学强度、耐热性以及摩擦磨损性能，获得具有优异综合性能的mc尼龙复合材料。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。