刻蚀芳纶/偶联改性高岭土/尼龙6复合材料及其制备
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种刻蚀芳纶/偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 尼龙6,由于具有良好的拉伸性能、耐磨耐油及自润滑性良好等优势，已成为世界 上使用量最多的工程塑料之一。然而在一些特定领域，如栗叶、轴承、齿轮类产品等，对材料 的力学性能提出了更高的要求，对此各国学者进行了大量研究工作，其中纤维增强改性就 是其中最重要的一项内容。
[0003] 常用于尼龙6增强体的纤维主要包括玻璃纤维、碳纤维、天然纤维及其他纤维。其 中玻璃纤维以其廉价的优势，占据了很大的市场份额，但由于受自身表面惰性、模量较低的 限制，需大剂量使用才能获得高强度复合材料，这会对加工设备造成损伤。碳纤维虽然具有 高强度和高模量等优点，但目前由于生产工艺受限，成本较高，极大地影响了其广泛使用。 芳纶纤维由于其高模量和高比强度，工艺成熟，是被公认的性能优越的增强体材料。但AFs 单丝存在表面惰性且光滑，与树脂的界面黏附性能不佳等缺陷，为此常使用化学方法对其 改性。化学方法主要使用表面接枝、表面原位聚合、Na金属化反应、表面刻蚀等，通过引入 与基体相容性较好或者能与基体间反应的基团，增强两者相容性。而且前三种方法反应条 件苛刻，对设备要求高，而表面刻蚀法具有操作方便、流程简单、实验条件要求不高等优势 而受到广泛关注与应用。马来酸酐刻蚀芳纶纤维的效果，以期达到提高芳纶纤维表面积和 改变表面基团的目的，进而增强芳纶纤维与尼龙6的界面结合作用。
[0004] 由于高岭土表面惰性，在高填充时往往出现团聚现象，影响复合材料的各方面性 能，为改善其与基体树脂的界面黏结性能，常用到硅烷偶联剂。本发明使用KH791硅烷偶联 剂，其长链烷基可以基体树脂形成物理交联，末端两个极性氨基可增强与尼龙等极性树脂 的分子间相互作用。
[0005]最终获得性能优异的刻蚀芳纶纤维/偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料，可应用 于对力学性能有较高要求的领域，具有广泛的社会经济效益。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于针对现有改性芳纶纤维制备过程中存在的过程复杂、设备要求 苛刻等问题，提出一种刻蚀芳纶/偶联改性高岭土/尼龙6复合材料及其制备方法。该制 备方法成本低，操作简单，所制得的复合材料力学性能好。
[0007] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案： 一种刻蚀芳纶/偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料：将刻蚀芳纶纤维与偶联改性高岭 土 /尼龙6母料共混挤出注塑，即得刻蚀芳纶/偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料；复合材 料中刻蚀芳纶的质量分数为〇. 59^1% ;偶联改性高岭土 /尼龙6母料中，偶联改性高岭土的 质量分数为40%。
[0008] 具体制备方法如下： 1) 量取720mL乙醇和80mL蒸馏水于1000mL烧杯中，加入2~8gKH791硅烷偶联剂， 并搅拌10min，之后用加入400g高岭土，并用增力电动搅拌器搅拌15min，抽滤，然后在 120°C下干燥2h，制得偶联改性高岭土； 2) 之后立即与在110°C下干燥8h的600g尼龙6共混挤出，制成偶联改性高岭土 / 尼龙6复合材料； 3) 将290-310g已粉碎的马来酸酐加入1000mL烧杯中，然后放入集热式恒温加热磁力 搅拌器，设定温度为80~95°C。待马来酸酐全部熔化，液面到达1000mL刻度线后，加入1~5 g芳纶纤维，刻蚀时间分别控制为1~4h; 4) 将刻蚀芳纶与偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料共混，其中刻蚀芳纶纤维的质量分 数控制为〇. 5~1% ; 5) 把上述共混物在110°C烘干6-10h，而后挤出造粒；然后在1KTC烘干6-10h后，注 塑；即得刻蚀芳纶/偶联改性高岭土/尼龙6复合材料。
[0009] 用扫描电镜表征刻蚀芳纶的表面形貌和刻蚀芳纶/尼龙6复合材料的断面形貌， 测试刻蚀芳纶/尼龙6复合材料的力学性能，热性能。
[0010] 本发明的有益效果在于： 本发明刻蚀芳纶纤维/偶联改性高岭土/尼龙6复合材料的制备方法简便易行、环境 友好、原料易得。所得的刻蚀芳纶纤维/偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料力学性能良好， 在汽车、电器、电子和机械等领域具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0011] 图1是实施例1所得刻蚀芳纶纤维单丝的SEM图谱； 图2是实施例1所得高岭土 /尼龙6复合材料断面SEM图谱； 图3是实施例3所得刻蚀芳纶纤维偶联改性高岭土共增强尼龙6复合材料断面SEM图 谱； 图4是实施例2所得刻蚀芳纶纤维偶联改性高岭土共增强尼龙6复合材料断面SEM图 谱； 图5是实施例1所得刻蚀芳纶纤维偶联改性高岭土共增强尼龙6复合材料断面SEM图 谱； 图6马来酸酐处理不同时间芳纶纤维的Cls分峰结果。
【具体实施方式】
[0012] 本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实 施例。
[0013] 实施例1 一种刻蚀芳纶/偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料的制备方法，包括以下步骤： 1)量取720mL乙醇和80mL蒸馏水于1000mL烧杯中，加入2gKH791硅烷偶联剂，并搅 拌10min，之后用加入400g高岭土，并用增力电动搅拌器搅拌15min，抽滤，然后在120°C 下干燥2h，之后立即与在110°C下干燥8h的600g尼龙6共混挤出，制成偶联改性高岭 土/尼龙6复合材料； 2) 将290g已粉碎的马来酸酐加入lOOOmL烧杯中，然后放入集热式恒温加热磁力搅拌 器，设定温度为95°C;待马来酸酐全部熔化，液面到达1000mL刻度线后，加入5g芳纶纤 维，刻蚀时间分别控制为3h; 3) 将刻蚀芳纶与偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料共混，其中刻蚀芳纶纤维的质量分 数控制为1% ; 4) 把上述共混物在110°C烘干10h，而后挤出造粒；然后在110°C烘干8h后注塑； 对所制备的芳纶纤维单丝和刻蚀芳纶/尼龙6复合材料断面进行了SEM分析，图谱如 图1和图2所示，由图1可知刻蚀芳纶表面生成了类似钢筋表面的螺旋状纹路，表面粗糙程 度较高；由图2可知在复合材料断面处，芳纶表面有许多PA6树脂颗粒粘附，此时纤维表面 已经形成大量活性中心，界面黏结性能良好。
[0014] 实施例2 一种刻蚀芳纶/偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料的制备方法，包括以下步骤： 1) 量取720mL乙醇和80mL蒸馏水于lOOOmL烧杯中，加入4gKH791硅烷偶联剂，并搅 拌10min，之后用加入400g高岭土，并用增力电动搅拌器搅拌15min，抽滤，然后在120°C 下干燥2h，之后立即与在110°C下干燥8h的600g尼龙6共混挤出，制成偶联改性高岭 土/尼龙6复合材料； 2) 称取310g已粉碎的马来酸酐加入lOOOmL烧杯中，然后放入集热式恒温加热磁力搅 拌器，设定温度为90°C;待马来酸酐全部熔化，液面到达1000mL刻度线后，加入3g芳纶 纤维，刻蚀时间分别控制为2h; 3) 将刻蚀芳纶与偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料共混，其中刻蚀芳纶纤维的质量分 数控制为〇. 5% ; 4) 把上述共混物在110°C烘干10h，而后挤出造粒；然后在110°C烘干10h后注塑，即 得刻蚀芳纶/偶联改性高岭土/尼龙6复合材料。
[0015] 实施例3 一种刻蚀芳纶/偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料的制备方法，包括以下步骤： 1) 量取720mL乙醇和80mL蒸馏水于lOOOmL烧杯中，加入6gKH791硅烷偶联剂，并搅 拌10min，之后用加入400g高岭土，并用增力电动搅拌器搅拌15min，抽滤，然后在120°C 下干燥2h，之后立即与在110°C下干燥8h的600g尼龙6共混挤出，制成偶联改性高岭 土/尼龙6复合材料； 2) 称取300g已粉碎的马来酸酐加入lOOOmL烧杯中，然后放入集热式恒温加热磁力搅 拌器，设定温度为85°C;待马来酸酐全部熔化，液面到达1000mL刻度线后，加入5g芳纶 纤维，刻蚀时间分别控制为1h; 3) 将刻蚀芳纶与偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料共混，其中刻蚀芳纶纤维的质量分 数控制为1% ; 4) 把上述共混物在110°C烘干10h，而后挤出造粒；最后在110°C烘干6h后，注塑，即 得刻蚀芳纶/偶联改性高岭土/尼龙6复合材料。
[0016] 表1不同的处理时间对AFs表面元素的影响
表2刻蚀芳纶纤维偶联改性高岭土共增强尼龙6复合材料的力学性能
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修 饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种刻蚀芳纶/偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料，其特征在于：将刻蚀芳纶纤维与 偶联改性高岭土 /尼龙6母料共混挤出注塑，即得刻蚀芳纶/偶联改性高岭土 /尼龙6复 合材料；复合材料中刻蚀芳纶的质量分数为〇. 5°Ρ1% ;偶联改性高岭土 /尼龙6母料中，偶 联改性高岭土的质量分数为40%。2. 根据权利要求1所述的刻蚀芳纶/偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料，其特征在 于：刻蚀芳纶纤维的制备方法为：称取290-310g已粉碎的马来酸酐加入1000mL烧杯中，然 后放入集热式恒温加热磁力搅拌器，设定温度为80~95°C，待马来酸酐全部熔化，液面到达 1000mL刻度线后，加入1~5g芳纶纤维，刻蚀时间控制为1~4h。3. 根据权利要求1所述的刻蚀芳纶/偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料，其特征在于： 偶联改性高岭土的制备方法为：量取720mL乙醇和80mL蒸馏水于1000mL烧杯中，加入 2~8gKH791硅烷偶联剂，并搅拌10min;然后加入400g高岭土，并用增力电动搅拌器搅 拌15min，抽滤，然后在120°C下干燥2h，制得偶联改性高岭土。4. 一种制备如权利要求1~3任一项所述的刻蚀芳纶/偶联改性高岭土 /尼龙6复合 材料的方法，其特征在于：包括以下步骤： 1) 将尼龙6在110°C下干燥8h后，立即与偶联改性高岭土共混挤出，制得偶联改性高 岭土/尼龙6复合材料； 2) 将刻蚀芳纶纤维与步骤1)制得的偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料共混； 3) 将步骤2)的共混物在110°C烘干6-10h，而后挤出造粒；然后在110°C烘干6-10h 后，注塑，即得刻蚀芳纶/偶联改性高岭土 /尼龙6复合材料。
【专利摘要】本发明公开了一种刻蚀芳纶/偶联改性高岭土/尼龙6复合材料及其制备方法。以硅烷偶联剂KH791改性高岭土，控制KH791的量为高岭土质量的0.5~2%。之后与尼龙6按质量40:60制成偶联改性高岭土/尼龙6复合材料。将刻蚀芳纶与偶联改性高岭土/尼龙6复合材料经挤出、注塑制成刻蚀芳纶纤维/偶联改性高岭土/尼龙6复合材料，控制刻蚀芳纶的质量分数在0.5~1%。本发明的制备方法简便易行、力学性能良好、环境友好、原料易得，所得刻蚀芳纶纤维/偶联改性高岭土/尼龙6复合材料的制备在汽车、电器、电子和机械等领域具有广泛的应用前景。
【IPC分类】C08K9/06, D06M13/203, C08L77/02, C08L77/10, C08K3/34, D06M101/36
【公开号】CN105348788
【申请号】CN201510880334
【发明人】郑玉婴, 王翔
【申请人】福州大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月5日