一种高强高韧长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料及其制备

一种高强高韧长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料及其制备
【专利摘要】本发明属于高分子复合材料领域，具体是一种高强高韧长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料及其制备，所述复合材料，是由下列重量百分比的原料构成，5?20wt%的增韧剂、10?40wt%的长玄武岩纤维、35?83wt%的尼龙6母粒以及2?5wt%的加工助剂，所述加工助剂为硅烷偶联剂或/和热稳定剂。与现有技术相比，本发明的有益效果是：所制备的尼龙6复合材料具有优异的力学强度和冲击韧性，使用寿命长；制备方法简单高效，易于工业化生产，具有推广价值。
【专利说明】
-种高强高初长玄武岩纤维増强尼龙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领域，具体是一种高强高初长玄武岩纤维增强尼龙6 复合材料及其制备。
【背景技术】
[0002] 尼龙是一种应用十分广泛的工程塑料，但分子结构中的大量极性酷胺键使其吸湿 性大，由此导致尼龙制品的尺寸稳定性差，强度不高，且低溫及干态缺口冲击初性差，极大 限制了其应用领域的拓展。玄武岩纤维是继碳纤维、芳绝、超高分子量聚乙締纤维等高性能 纤维之后新发展起来的一类极具竞争力的新型高性能增强纤维，它除了具有高强度和高模 量的特点外，还具有耐高溫性佳、抗氧化性好、抗福射性好、绝热隔音效果佳、过滤性好、抗 压缩度和剪切强度高、适应于各种环境下使用等优异性能。将玄武岩纤维用作尼龙增强材 料，可充分发挥玄武岩纤维的性能优势，大幅提高尼龙基体的耐溫、力学等综合性能，有利 于拓展尼龙复合材料的应用领域。
[0003] 长纤维增强热塑性塑料(LFRT)是近年来发展迅速的一类新型纤维增强技术，LFRT 制备过程中纤维的损伤、断裂程度被降到最低，具有比常规短纤维增强热塑性塑料更优异 的力学性能和热性能，而且长纤维相互缠绕，可形成一种纤维骨架，限制各向异性收缩，显 著降低翅曲，提高制品尺寸稳定性、力学性能等。专利CN104629349.au玻纤作为增强材料， 采用LFRT技术，通过添加偶联剂、抗氧剂，制备一种高强度玻纤增强尼龙复合材料；专利 CN103289374.A采用LFRT技术，W玄武岩纤维作为增强材料制备了玄武岩纤维尼龙复合材 料。上述专利采用LFRT技术制备的纤维增强尼龙复合材料力学强度高，刚性大，但存在纤维 与基体之间的界面结合差、初性不足等问题。目前，采用LFRT技术制备兼具优异力学性能和 初性的玄武岩纤维尼龙复合材料还鲜有报道。
[0004] 本发明提供一种高强高初长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料及其制备，所述复合 材料在兼具长玄武岩纤维良好的力学增强性能的同时，仍具有优异初性，且制备方法简单， 纤维浸溃充分，容易连续生产，具有良好的工业化应用前景。

【发明内容】

[0005] 本发明为了克服现有尼龙6复合材料的性能缺陷和不足，提供了一种高强高初长 玄武岩纤维增强尼龙6复合材料及其制备。
[0006] 本发明是通过W下技术方案实现的：一种高强高初长玄武岩纤维增强尼龙6复合 材料，是由下列重量百分比的原料构成，5-20wt%的增初剂、10-40wt%的长玄武岩纤维、 35-83wt%的尼龙6母粒W及2-5wt%的加工助剂，所述加工助剂为硅烷偶联剂或/和热稳定 剂。
[0007] 优选的，所述增初剂为马来酸酢(MAH)接枝改性的乙締辛締共聚物(POE)、苯乙締- 下二締-苯乙締S嵌段共聚物（SBS)、苯乙締-乙締-下締-苯乙締嵌段共聚物(S邸S)或者乙 締丙締酸共聚物化AA)。本发明优选的增初剂相对于其他增初剂具有优异的耐溫、耐老化性 能，简单易加工，无需硫化即可使用，无毒环保，同时具有良好的流动性，可改善纤维的分散 效果，能够显著提高复合材料初性。
[0008] 为了更进一步的说明本发明的技术方案，本发明提供了一种高强高初长玄武岩纤 维增强尼龙6复合材料的制备，其采用的是上述原料，所述制备工艺具体为:将长玄武岩纤 维从支架上的长纤维卷中引出并展开，经过导漉和限位导漉引入到控溫浸溃模具内的浸溃 漉上，挤出机将尼龙6母粒、增初剂W及加工助剂挤入到控溫浸溃模具内，调控控溫浸溃模 具内的溫度W及牵引漉的速度，浸溃后的纤维束通过冷却水槽入口处的导向漉进入到冷却 水槽内的压漉进行冷却，最后在切粒机中进行造粒，干燥后得到高强高初长玄武岩纤维增 强尼龙6复合材料粒子。
[0009] 本发明所述的制备相对于其他复合材料的制备方法，具有如下优势：
[0010] (1)尼龙6粒子、增初剂、偶联剂或/和热稳定剂均为一次性添加，可得到高强高初 长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料粒子，工艺简单，成本低，可进行连续生产。
[0011] (2)所制备的高强高初长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料，纤维分散均匀，与基体 的界面结合好。
[0012] 具体实施时，所述控溫浸溃模具内的溫度为225~25(TC，玄武岩纤维的牵引速率 为5~35mm/s。优选的溫度和速率能够保证尼龙6母粒、增初剂和加工助剂在烙融状态下充 分混合，并且使得纤维与浸溃物料浸溃均匀。
[0013] 为了更好的使纤维与浸溃物料浸溃均匀，优选的每个浸溃漉的安装方向与纤维束 的移动方向相垂直，相邻浸溃漉之间呈上下交叉配合。具体应用时，所述浸溃漉的个数为2 ~8个。
[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明所提供的高强高初长玄武岩纤维 增强尼龙6复合材料的冲击强度和断裂伸长率相比短切玄武岩纤维/尼龙6复合材料高，增 初剂有效提高了长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料的初性;所制备的尼龙6复合材料在强度 和初性两方面具有更均衡的综合性质，使用寿命长，制备方法简单高效，易于工业化生产， 具有推广价值。
【附图说明】
[0015] 图1为采用本发明实施例1至4所制备的高强高初长玄武岩纤维增强尼龙6复合材 料的拉伸性能随POE-MH含量变化图。
[0016] 图2为采用本发明实施例1至4所制备的高强高初长玄武岩纤维增强尼龙6复合材 料的冲击强度随POE-MH含量变化图。
[0017] 图3为本发明复合材料制备中所采用装置的结构示意图。图中：1-支架，2-长纤维 卷，3-导漉，4-限位导漉，5-挤出机，6-控溫浸溃模具，7-浸溃漉，8-冷却水槽，9-导向漉，10- 牵引漉，11 -切粒机，12-压漉。
[0018] 图4为本发明实施例1所得到的高强高初长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料的拉伸 断面扫面电镜照片。图中显示纤维分散均匀，纤维与树脂基体界面结合牢固，说明本发明所 提供的长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料的制备方法能够使纤维充分浸溃。
[0019] 图5本发明对比例1所得短切玄武岩纤维增强尼龙6复合材料的拉伸断面的扫描电 镜照片。
【具体实施方式】
[0020] 参见图3,本发明所述制备方法是采用下列装置完成的，所述装置包括安装有若干 长纤维卷2的支架1，与挤出机5出口端相连接的控溫浸溃模具6,依次安装于支架1和控溫浸 溃模具6之间的导漉3和限位导漉4，安装于控溫浸溃模具6内的若干浸溃漉7，设置于控溫浸 溃模具6出口端的冷却水槽8,安装于冷却水槽8内的压漉12,分别安装于冷却水槽8入口处 和出口处的两导向漉9,安装于冷却水槽8出口处的牵引漉IOW及安装于牵引漉10出料端的 切粒机11。
[0021] 下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，下述实施例仅用于说明本发 明，不用于限制本发明。
[0022] 实施例1
[0023] 将P0E-MAH(5wt % )、尼龙6母粒(60wt % )和4-径基十八烧酸酷替苯胺(5wt % )从挤 出机5的喂料口加入，在控溫浸溃模具6中充分混合（浸溃漉7的数量为6个，模具溫度240 °C)，然后将连续玄武岩纤维Wl5mm/秒从控溫浸溃模具6中拉出，控制玄武岩纤维的含量为 30wt%，依次经过水冷却、切粒机11造粒，干燥后得到长度为IOmm的高强高初长玄武岩纤维 增强尼龙6复合材料。
[0024] 实施例2
[0025] 将?06-]^則10*1%)、尼龙6母粒(58*1%)和丫-缩水甘油酸氧丙基^甲氧基硅烷 (% )从挤出机5的喂料口加入，在控溫浸溃模具6中充分混合(浸溃漉7的数量为6个，模 具溫度24(TC)，然后将连续玄武岩纤维Wl5mm/秒从控溫浸溃模具6中拉出，控制玄武岩纤 维的含量为30wt%，依次经过水冷却、切粒机11造粒，干燥后得到长度为IOmm的高强高初长 玄武岩纤维增强尼龙6复合材料。
[00%] 实施例3
[0027] 将?06-]^則15*1%)、尼龙6母粒(53*1%)和丫-缩水甘油酸氧丙基^甲氧基硅烷 (% )从挤出机5的喂料口加入，在控溫浸溃模具6中充分混合(浸溃漉7的数量为6个，模 具溫度235°C)，然后将连续玄武岩纤维Wl5mm/秒从控溫浸溃模具6中拉出，控制玄武岩纤 维的含量为30wt%，依次经过水冷却、切粒机11造粒，干燥后得到长度为IOmm的高强高初长 玄武岩纤维增强尼龙6复合材料。
[0028] 实施例4
[00巧]将P0E-MAH(20wt% )、尼龙6母粒(45wt% )和丫-氨丙基S乙氧基硅烷(5wt% )从挤 出机5的喂料口加入，在控溫浸溃模具6中充分混合（浸溃漉7的数量为6个，模具溫度240 °C)，然后将连续玄武岩纤维Wl5mm/秒从控溫浸溃模具6中拉出，控制玄武岩纤维含量为 30wt%，依次经过水冷却、切粒机11造粒，干燥后得到长度为IOmm的高强高初长玄武岩纤维 增强尼龙6复合材料。
[0030] 实施例5
[0031] 将SBS-MAH(20wt% )、尼龙6母粒(35wt% ) W及丫-氨丙基S乙氧基硅烷与硫代二 丙酸二月桂醋的混合物(5wt%，分别为2wt%、3wt%)从挤出机5的喂料口加入，在控溫浸溃 模具6中充分混合(浸溃漉7的数量为8个，模具溫度24(TC)，然后将连续玄武岩纤维(长纤维 玄武岩）W5mm/秒从控溫浸溃模具6中拉出，控制玄武岩纤维的含量为40wt%，依次经过水 冷却、切粒机11造粒，干燥后得到长度为IOmm的高强高初长玄武岩纤维增强尼龙6复合材 料。
[0032] 实施例6
[0033] 将EAA-MAH( 5wt % )、尼龙6母粒（83wt % )和丫 -缩水甘油酸氧丙基S甲氧基硅烷 (% )从挤出机5的喂料口加入，在控溫浸溃模具6中充分混合(浸溃漉7的数量为2个，模 具溫度225°C)，然后将连续玄武岩纤维Wl5mm/秒从控溫浸溃模具6中拉出，控制玄武岩纤 维的含量为lOwt%，依次经过水冷却、切粒机11造粒，干燥后得到长度为IOmm的高强高初长 玄武岩纤维增强尼龙6复合材料。
[0034] 实施例7
[0035] 将EAA-MAH(10wt% )、尼龙6母粒(68wt% )和丫 -异氯酸丙基S乙氧基硅烷(3wt% ) 从挤出机5的喂料口加入，在控溫浸溃模具6中充分混合(浸溃漉7的数量为3个，模具溫度 25(TC)，然后将连续玄武岩纤维W35mm/秒从控溫浸溃模具6中拉出，控制玄武岩纤维的含 量为19wt%，依次经过水冷却、切粒机11造粒，干燥后得到长度为IOmm的高强高初长玄武岩 纤维增强尼龙6复合材料。
[0036] 实施例8
[0037] 将SEBS-MAH( Hwt % )、尼龙6母粒（50wt % )、4-径基十八烧酸酷替苯胺(4wt % )从 挤出机5的喂料口加入，在控溫浸溃模具6中充分混合(浸溃漉7的数量为8个，模具溫度230 °C)，然后将连续玄武岩纤维W20mm/秒从控溫浸溃模具6中拉出，控制玄武岩纤维的含量为 32wt%，依次经过水冷却、切粒机11造粒，干燥后得到长度为5mm的高强高初长玄武岩纤维 增强尼龙6复合材料。
[0038] 本发明所列举的各原料都能实现本发明，各原料的上下限取值W及其区间值都能 实现本发明，在此不一一列举实施例。
[0039] 表1为实施例1、2、3、4所得到高强高初长玄武岩纤维/尼龙复合材料的力学性能。 比较力学性能各项数据可W看出，高强高初长玄武岩纤维/尼龙复合材料具有高的冲击强 度和断裂伸长率，由此可知本发明所得的高强高初长玄武岩纤维/尼龙复合材料在强度和 初性两方面具有更均衡的综合性质，增初后的长玄武岩纤维/尼龙复合材料的性能和应用 得到扩展，具有推广价值。
[0040] 表 1
[0041]
[0042] 注:对比例I为：短切玄武岩纤维20wt % (直径7um，长50um)和尼龙6粒子80wt %预 混合后，通过挤出机在230°C烙融共混挤出，冷却切粒后经干燥得短切玄武岩纤维粉末增强 尼龙6复合材料;对比例2为:短切玄武岩纤维30wt% (直径7um，长50um)和尼龙6粒子70wt% 预混合后，通过挤出机在230°C烙融共混挤出，冷却切粒后经干燥得短切玄武岩纤维增强尼 龙6复合材料。
[0043] 图1、图2分别为实施例1、2、3、4所得到的长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料的拉伸 性能和冲击强度随POE-MAH含量变化图。从图1中可W看出，随着POE-MAH含量的增加，复合 材料的拉伸强度呈下降趋势，当含量为20wt%时复合材料拉伸强度下降34%，但其强度和 模量仍大幅优于纯尼龙6。图2显示，当POE-MAH含量为15wt%、20wt%时，复合材料的冲击强 度提升超过100%。综合图1和图2所示结果可知，所制备的尼龙6复合材料既保持了良好的 力学强度又具有优异的初性，该材料在强度和初性两方面具有更均衡的综合性质。
【主权项】
1. 一种高强高韧长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料，其特征在于，是由下列重量百分比 的原料构成，5-20wt%的增韧剂、10-40wt%的长玄武岩纤维、35-83wt%的尼龙6母粒以及2-5wt%的加工助剂，所述加工助剂为硅烷偶联剂或/和热稳定剂。2. 根据权利要求1所述的一种高强高韧长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料，其特征在 于，所述增韧剂为马来酸酐接枝改性的乙烯辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共 聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物或者乙烯丙烯酸共聚物。3. -种高强高韧长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料的制备，其特征在于，其采用的是权 利要求1或2所述的原料，并且是采用下列装置完成的， 所述装置包括安装有若干长纤维卷(2)的支架（1)，与挤出机(5)出口端相连接的控温 浸渍模具(6)，依次安装于支架（1)和控温浸渍模具(6)之间的导辊(3)和限位导辊(4)，安装 于控温浸渍模具(6)内的若干浸渍辊(7)，设置于控温浸渍模具(6)出口端的冷却水槽(8)， 安装于冷却水槽(8)内的压辊（12)，分别安装于冷却水槽(8)入口处和出口处的两导向辊 (9)，安装于冷却水槽（8)出口处的牵引辊（10)以及安装于牵引辊（10)出料端的切粒机 (11)； 所述制备的具体步骤为:将长玄武岩纤维从支架（1)上的长纤维卷(2)中引出并展开， 经过导辊(3)和限位导辊(4)引入到控温浸渍模具(6)内的浸渍辊(7)，挤出机(5)将尼龙6母 粒、增韧剂以及加工助剂挤入到控温浸渍模具(6)内，调控控温浸渍模具(6)内的温度以及 牵引辊（10)的速度，浸渍后的纤维束通过冷却水槽(8)入口处导向辊(9)进入到冷却水槽 (8)内的压辊（12)进行冷却，最后在切粒机（11)中进行造粒，干燥后得到高强高韧长玄武岩 纤维增强尼龙6复合材料粒子。4. 根据权利要求3所述的一种高强高韧长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料的制备，其特 征在于，所述控温浸渍模具(6)内的温度为225~250°C，玄武岩纤维的牵引速率为5~35mm/s。5. 根据权利要求4所述的一种高强高韧长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料的制备，其特 征在于，每个浸渍辊(7)的安装方向与纤维束的移动方向相垂直，相邻浸渍辊(7)之间呈上 下交叉配合。6. 根据权利要求5所述的一种高强高韧长玄武岩纤维增强尼龙6复合材料的制备，其特 征在于，所述浸渍辊(7)的个数为2~8个。
【文档编号】B29B9/06GK105924953SQ201610338790
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】赵贵哲, 周少锋, 王辉, 王军杰, 刘亚青
【申请人】中北大学