耐磨碳纤维增强尼龙66树脂组合物的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及耐磨碳纤维增强尼龙66树脂组合物及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来随着碳纤维产量增加价格降低，碳纤维增强热塑性树脂复合材料的应用越 来越广，如美国专利US6, 231，788揭示了一种由PC-ABS树脂复合物和碳纤维组成的具有电 磁屏蔽性的碳纤维复合材料，可用于防尘设备和笔记本电脑外壳；中国专利CN101139462 揭示了一种由聚酰胺树脂、碳纤维、红磷阻燃剂、增韧剂等组成的阻燃碳纤维复合材料；中 国专利CN1165523揭示了一种由研磨碳纤维、聚烯烃树脂（PP)(或聚酰胺树脂或聚醚醚酮 树脂）和聚四氟乙烯（PTFE)粉末组成的耐磨性优异的碳纤维复合材料，可用作在半导体的 某些加工操作过程中的支持夹具。
[0003] 耐磨碳纤维复合材料主要的应用是取代金属材料做齿轮、轴承、滑轮、机械泵转子 等机器零部件，这要求耐磨碳纤维复合材料有很好的力学强度和刚性(模量)，因此做耐磨 碳纤维复合材料最好选用力学性能更好的工程塑料如聚醚醚酮（PEEK)、聚苯硫醚（PPS)、 聚甲醛（Ρ0Μ)、聚酰胺(尼龙，PA)等，其中碳纤维增强尼龙66/PTFE以综合性能优良，成本 较低而应用较广；其次，加入碳纤维虽可大幅提高复合材料的拉伸强度、弯曲强度和模量等 力学性能，但也增加了材料的摩擦系数和磨损，因此在制备耐磨碳纤维复合材料时还需加 入摩擦系数较小的耐磨助剂，常用的耐磨助剂有聚四氟乙烯（PTFE)树脂、二硫化钥、石墨、 硅油等。齿轮、轴承、滑轮、机械泵转子等机器零部件是受力部件，还需要材料有较好的耐 疲劳性，这一般需要材料有较高的冲击强度。传统的碳纤维增强尼龙66/PTFE耐磨组合物 虽然综合性能较好，但现有碳纤维增强尼龙66/PTFE耐磨组合物弯曲强度和弯曲模量较 低，限制了其在耐弯曲部件制造中的应用。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题之一是现有技术中存在的碳纤维增强尼龙66/PTFE耐 磨组合物弯曲强度和弯曲模量低的问题，提供一种耐磨碳纤维增强尼龙66树脂组合物，该 组合物具有弯曲强度大和弯曲模量高的特点。
[0005] 本发明要解决的技术问题之三是与上述技术问题之一相对应的耐磨碳纤维增强 尼龙66树脂组合物的制备方法。
[0006] 为了解决上述技术问题之一，本发明的技术方案如下：耐磨碳纤维增强尼龙66树 脂组合物，以重量份数计包括以下组分： A. 40?70份尼龙66树脂； Β. 1~30份聚苯硫醚树脂； C. 5%25份聚四氟乙烯树脂； D. ΚΓ40份碳纤维； E. 0.01?5份助剂。
[0007] 上述技术方案中，所述尼龙66树脂的相对粘度优选为2. 4~3. 2。
[0008] 上述技术方案中，所述聚苯硫醚树脂优选线形聚苯硫醚树脂。
[0009] 上述技术方案中，所述尼龙66树脂以重量份数计其用量优选为4(Γ60份。
[0010] 上述技术方案中，聚苯硫醚树脂以重量份数计其用量优选为5~25份。
[0011] 上述技术方案中，所述聚四氟乙烯树脂的粒径优选为2~20微米。
[0012] 上述技术方案中，所述聚四氟乙烯树脂以重量份数计其用量优选为5~15份。
[0013] 上述技术方案中，所述碳纤维优选为连续长纤维。
[0014] 上述技术方案中，所述助剂优选自热稳定剂、抗氧剂或相容剂中的至少一种。
[0015] 作为上述技术方案最优选的技术方案，具有如下组成： Α. 41?56份尼龙66树脂； Β. 6?21份聚苯硫醚树脂； C. 5%15份聚四氟乙烯树脂； D. 25?35份碳纤维； E. 0. 01?5份助剂 为解决上述技术问题之二，本发明的技术方案如下：上述技术问题之一所述耐磨碳纤 维增强尼龙66树脂组合物的制备方法，包括以下步骤： i )尼龙66树脂在8(Tl00°C真空干燥8?12小时；聚苯硫醚树脂在9(Tl20°C鼓风干 燥2~4小时； ii) 尼龙66树脂、聚苯硫醚树脂、聚四氟乙烯树脂和所述助剂按重量比例加入双螺杆挤 出机中熔融混合，双螺杆挤出机料筒温度为25(T300°C ; iii) 连续长度碳纤维从双螺杆挤出机中部开口引入树脂体系中，碳纤维在双螺杆挤出 机中被剪切破碎，和树脂一起挤出，然后切粒得到所述耐磨碳纤维增强尼龙66树脂组合 物。
[0016] 为了充分说明本发明耐磨碳纤维增强尼龙66树脂组合物的特点，下面更具体地 介绍各组分的优选的制法、优选技术要求和优选的组成范围。
[0017] 组分A :组分A为尼龙66树脂，是己二酸和己二胺的缩聚物(聚（己二酰己二胺)， PA66)，在聚合过程中己二酸和己二胺的摩尔比一般为1 :1，聚合物的分子量可通过加入少 量乙酸或己二酸来调节，也可通过切粒后的固相聚合来调节，具体生产过程可参考化学工 业出版社（2001年）《工程塑料》P43-65。本发明使用的尼龙66树脂是可作为工程塑料塑 料使用的聚（己二酰己二胺)，以中等分子量或高分子量为好，为了调节组合物的加工流动 性也可采取高分子量PA66加入少量低分子量PA66的方式。尼龙66树脂在本发明组合物 中的含量以重量份数计为45?70份，优选5(Γ65份。
[0018] 组分B :组分B是聚苯硫醚（PPS)树脂，工业上PPS树脂是由对二氯苯和硫化钠或 硫黄在极性溶剂如N-甲基吡咯烷酮、六甲基磷酰三胺等中聚合而成，更具体地生产方法可 参考文献CN85102664, CN1172823, CN1345891, CN1869104。根据生产方法的不同，PPS树脂 有线型结构和交联结构，本发明优选线型结构的PPS树脂。
[0019] 组分C :组分C是一种聚四氟乙烯（PTFE)粉末树脂，在本发明组合物中主要起降低 摩擦系数的作用，因为PTFE是所有塑料中摩擦系数最小的品种。本发明组合物选用PTFE 作减摩助剂的另一原因是PTFE是一种聚合物对组合物的冲击强度等影响较小。这种PTFE 树脂可用悬浮聚合法生产，具有较低的分子量，粉末粒径在1-20微米，以2-10微米更好。 PTFE树脂在本发明组合物中的含量以重量份数计为5~25份，优选5~20份。
[0020] 组分D :组分D是一种连续碳纤维，通过本发明特定的工艺破碎后分散到组合物 中。这种碳纤维可以通过聚丙烯腈（PAN)纺丝、牵伸、氧化、碳化等工艺路线生产（PAN基碳 纤维)，也可用特殊的浙青树脂经纺丝、氧化、碳化等工艺路线生产(浙青基碳纤维)。碳纤维 一般根据拉伸强度和拉伸模量分为不同的品级，有标准模量型碳纤维（如T300、AS4、T700 等）、中模型碳纤维(如頂6、頂7等)、高模型碳纤维(如M55J、M60J、M65J等)，本发明主要是 通过特定的工艺减少碳纤维的破碎从而提高复合材料的性能，因此对碳纤维品级没有特别 的限制。碳纤维的碳含量很高，一般大于90%，所以其表面能较低，与其它材料的结合较差， 为了改进这种不足，商业的碳纤维表面一般经过特殊的处理(如阳极氧化、强酸腐蚀等）并 涂覆了少量(一般在〇. 59Γ3%范围内）改进粘接性的树脂（如环氧树脂等），这对提高复合 材料性能往往是有利的。碳纤维在本发明组合物中的含量以重量份数计为ΚΓ40份，优选 15?40份。
[0021] 组分E :组分E是为了改进尼龙66树脂等在高温加工过程中可能发生的性能降 低的影响而添加的一些助剂，如防止尼龙66树脂氧化降解的抗氧剂，也可能是改进尼龙 66树脂与碳纤维结合性的相容剂。抗氧剂可以是各类位阻酚类抗氧剂(如Irganoxl076、 IrganoxlOlO等)、亚磷酸酯类抗氧剂(如抗氧剂168、626、852等）或它们的混合物。相容剂 有苯乙烯-马来酸酐共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、环氧树脂等。组分E在本发明组合物 中的含量以重量份数计为〇. 01飞份，优选〇.广2份。
[0022] 本发明耐磨碳纤维增强尼龙66树脂组合物的制备方法不同于传统的使用碾磨碳 纤维的方法。传统的碾磨碳纤维对纤维结构破坏严重，许多碳纤维被磨成了粉末状，因而对 工程塑料的增强效果减弱；另外，碾磨碳纤维一般都未经过很好的表面处理，因此与工程塑 料的结合力也不是很好。本发明使用商业可获得的经过很好表面处理的连续碳纤维