碳纳米管增强尼龙基复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种碳纳米管增强尼龙基复合材料及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 纳米材料（nanophase materials)是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范 围（I-IOOnm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列 在一起的尺度。纳米材料的尺寸小、比表面积大、表面能高及表面原子所占比例大等结构特 点，决定了纳米材料出现了小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应等许 多不同于传统材料的独特性能。在众多纳米材料中，碳纳米管、碳纤维和石墨稀由其自身 优异的物理和力学性能而得到了较为广泛的发展和应用。碳纳米管自九十年代被发现以 来，因其优良的热学、光学、力学、电学和催化性能且与高分子材料具有相似的结构，成为聚 合物复合材料中优良的增强体。
[0003] 尼龙是聚酰胺（PA)的俗称，是分子主链上含有重复酰胺基团的热塑性树脂的总 称，包括脂肪族聚酰胺、脂肪-芳香族聚酰胺和芳香族聚酰胺。自从20世纪30年代杜邦 公司的Carothers W. H.发明尼龙生产以来，尼龙的产量都位居工程塑料的第一位。作为 五大工程塑料之首，尼龙在工业上有着极其广泛的应用，主要应用于汽车工业、航空航天、 电子电气、机械建材、家电纺织等领域。其中产量最高、应用最广的是脂肪族聚酰胺，主要有 尼龙6 (PA6)和尼龙66。
[0004] 碳纤维增强尼龙66复合材料具有更优异的综合性能，碳纤维的引入将影响尼龙 66的结晶行为。玻璃纤维价格低廉，比强度和杨氏模量较尼龙树脂大10倍，线膨胀系数 只有其二十分之一，吸水性非常低；另一方面耐热和耐化学药品性能和机械性能出色，增强 尼龙过程中往往添加偶联剂，可以有效避免因玻纤与尼龙界面粘合力较小而导致的尼龙从 基体内拔出。加入偶联剂后，会与材料表面的某些基团发生化学反应，与内部树脂发生粘 合，形成一个可以传递应力的界面，增强了长玻纤增强尼龙66的力学强度。碳纳米管无论 是强度还是韧性，都远远优于任何纤维。将碳纳米管作为复合材料增强体，预计可表现出良 好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种碳纳米管增强尼龙基复合材料及其制备方法，将碳纳米管作为复 合材料增强体，制得的复合材料冲击强度、弯曲强度和拉伸强度均明显提高。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为： 一种碳纳米管增强尼龙基复合材料，组分及各组分质量份数如下： 聚酰胺5~15份，聚己内酰胺10~30份，聚己二胺己二酸5~10份，玻璃纤维3~8份， 碳纤维5~10份，碳纳米管4~8份，聚乙烯蜡1~4份，轻质碳酸钙1~3份，亚磷酸三苯酯 0. 5~2. 5份，磷酸锌1~5份，三聚磷酸钾2~4份，偶联剂2~5份，抗氧剂1~3. 5份，增塑剂 1~5份。
[0007] 所述偶联剂为硅烷或者KH560。
[0008] 所述抗氧剂为抗氧剂1010或者抗氧剂DLPP中的一种。。
[0009] 所述增塑剂为氯化石蜡或者邻苯二甲酸二丁酯。
[0010] 所述的一种碳纳米管增强尼龙基复合材料，组分及各组分质量份数如下：聚酰胺 10份，聚己内酰胺20份，聚己二胺己二酸7.5份，玻璃纤维5.5份，碳纤维7份，碳纳米管 6份，聚乙烯蜡2. 5份，轻质碳酸钙2份，亚磷酸三苯酯1.5份，磷酸锌3份，三聚磷酸钾3 份，偶联剂3. 5份，抗氧剂2. 5份，增塑剂3份。
[0011] 所述的一种碳纳米管增强尼龙基复合材料的制备方法，将聚酰胺、聚己内酰胺和 聚己二胺己二酸干燥后，与聚乙烯蜡、轻质碳酸钙、亚磷酸三苯酯、磷酸锌、三聚磷酸钾、 偶联剂、抗氧剂和增塑剂按配方加入高速混合机，经充分搅拌后倒入双螺杆挤出机中， 按规定加料量与玻璃纤维、碳纤维和碳纳米管共混，挤出，冷却，造粒；其中双螺杆挤出机 挤出工艺条件为：一区控温220~230°C、二区控温225~230°C、三区控温228~235°C、四区 控温235~240°C、五区控温238~244°C、六区控温235~238°C、七区控温230~235°C，转速 240~260rpm。
[0012] 有益效果： 本发明提供一种碳纳米管增强尼龙基复合材料及其制备方法，将碳纳米管作为复合 材料增强体，制得的复合材料冲击强度提高了 80%，弯曲强度提高了 40%，拉伸强度提高了 55%〇
【具体实施方式】
[0013] 实施例1 一种碳纳米管增强尼龙基复合材料，组分及各组分质量份数如下：聚酰胺5份，聚己 内酰胺10份，聚己二胺己二酸5份，玻璃纤维3份，碳纤维5份，碳纳米管4份，聚乙烯蜡 1份，轻质碳酸钙1份，亚磷酸三苯酯0.5份，磷酸锌1份，三聚磷酸钾2份，硅烷2份，抗 氧剂1010 1份，氯化石蜡1份。
[0014] 将聚酰胺、聚己内酰胺和聚己二胺己二酸干燥后，与聚乙烯蜡、轻质碳酸钙、亚磷 酸三苯酯、磷酸锌、三聚磷酸钾、偶联剂、抗氧剂和增塑剂按配方加入高速混合机，经充分 搅拌后倒入双螺杆挤出机中，按规定加料量与玻璃纤维、碳纤维和碳纳米管共混，挤出，冷 却，造粒；其中双螺杆挤出机挤出工艺条件为：一区控温220~230°C、二区控温225~230°C、 三区控温228~235°C、四区控温235~240°C、五区控温238~244°C、六区控温235~238°C、七区 控温 230~235°C，转速 240~260rpm。
[0015] 实施例2 一种碳纳米管增强尼龙基复合材料，组分及各组分质量份数如下：聚酰胺15份，聚己 内酰胺30份，聚己二胺己二酸10份，玻璃纤维8份，碳纤维10份，碳纳米管8份，聚乙 烯蜡4份，轻质碳酸钙3份，亚磷酸三苯酯2. 5份，磷酸锌5份，三聚磷酸钾4份，偶联剂 KH560 5份，抗氧剂DLPP 3. 5份，邻苯二甲酸二丁酯5份。
[0016] 将聚酰胺、聚己内酰胺和聚己二胺己二酸干燥后，与聚乙烯蜡、轻质碳酸钙、亚磷 酸三苯酯、磷酸锌、三聚磷酸钾、偶联剂、抗氧剂和增塑剂按配方加入高速混合机，经充分 搅拌后倒入双螺杆挤出机中，按规定加料量与玻璃纤维、碳纤维和碳纳米管共混，挤出，冷 却，造粒；其中双螺杆挤出机挤出工艺条件为：一区控温220~230°C、二区控温225~230°C、 三区控温228~235°C、四区控温235~240°C、五区控温238~244°C、六区控温235~238°