专利名称：一种连续长纤维增强尼龙66的制备方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种连续长纤维增强尼龙66的制备方法及其设备，具体的说涉及一种直接熔融浸渍法制备连续长纤维增强尼龙66的制备方法及其设备。
背景技术：
PA66是尼龙中最早的品种，具有高强度，耐磨，耐溶剂，自润滑性好和使用温度范围广等优点，是国际上产量最大，应用最广的工程塑料之一，PA66也存在不足之处，即低温和干态冲击强度低，吸水性和抗蠕变性差。为了适应性能要求的不断提高，添加纤维和填料使树脂强度得到改善是最常用的方法。采用纤维、晶须、无机填料等对PA66进行增强复合化改性，制成热塑性PA66复合材料，可使它强度、刚度、耐蠕变、耐热等性能与纯PA66相比有较大幅度提高。LNP Engineering Plastic公司推出玻璃纤维/PA复合材料-VertonRF70012EM(60％玻璃纤维PA66)Krupp Wemer&pfleiderer(KWP)公司采用两台挤出机和一个特殊设计的浸渍口模，生产玻璃增强材料。国内的长纤增强材料的研究和应用工作进展较缓慢，资料报道和商品化的长纤增强材料品级都较少，主要原因是生产中浸渍效果差飞丝严重，纤维分散效果差使生产和应用难以扩大。
分子量对树脂机械和加工性有较大影响，对于注塑成型分子量要求30000-40000。固相缩聚是一种有效提高聚合物分子量技术。固相缩聚是指在聚合物玻璃化温度以上，熔点以下，惰性气体或真空中提高聚合物分子量的一种方法。早在二十世纪30年代，Flory就发现聚酰胺在一定温度下可以继续发生聚合反应，分子量得以提高，并申请专利。直到二十世纪60年代，对固相固相缩聚的系统研究才开展起来。固相缩聚有熔融聚合无可比拟的优点。利用固相缩聚可以制备分子量很高的聚合物，这对于熔融聚合是不可能的。另外固相缩聚一般在较低的温度下反应，热降解(氧化)被抑制，从而得到高温稳定，色泽洁白的切片。不需溶剂，无环境污染使工业界十分感兴趣。U.S.Pat.4161579和Jap.Pat.49-3219都是关于固相聚合以上特点和工艺的相关专利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种连续长纤维增强尼龙66的制备方法及其设备，以解决现有技术中的缺陷。
本发明旨在改善PA66与玻璃纤维和碳纤维的浸渍效果，以及采用固相缩聚增加尼龙66的粘度制得高性能的尼龙66复合材料。本发明的原理是以市场上低粘度的PA66为原料，在双螺杆挤出机中熔融挤出，进入到浸渍装置，纤维以一定角度穿过浸渍装置。切粒机切出6mm长的粒料，在转鼓中通氮气一定温度下固相缩聚提高PA66粘度并进一步改善PA66与纤维表面的界面。
本发明首先提供了一种连续长纤维增强尼龙66的制备方法，该方法包括如下步骤A.低粘度的尼龙66与纤维的浸渍造粒将浸渍装置与双螺杆连接好，浸渍装置各部位升温到260-300℃，2-4个小时后开始启动双螺杆，当大量尼龙66进入浸渍装置后拉动纤维，使纤维均匀的分布在尼龙66树脂中，拉出的料条冷却后切粒；B.造粒后切片在应定条件下固相缩聚提高粘度制得的切片干燥后放在转鼓中，0.20-0.40m3/h的速度通氮气，以4-6℃/min升温到225-240℃，在此温度下反应20-30个小时。
尼龙66最易氧化，固相缩聚时氮气通入量0.20-0.40m3/h这样可以避免尼龙66氧化发黄。
熔融状态的尼龙66从双螺杆挤出机中挤出，放料口有加热温控装置可防止尼龙66流到纤维进口处凝固而导致纤维被拉断。实验发现尼龙66的流量与浸渍效果有一定的关系，通过钢化玻璃盖板可以直接观察到浸渍槽内尼龙66的量，进而调节螺杆转速使树脂进入量调控到合适点。纤维温度尽量高，对浸渍效果有利，在纤维通过浸渍槽前先通过纤维预热管加热。浸渍槽用加热套来加热，上部用带加热板的钢化玻璃密封。浸渍槽内棍子的数目以及棍子上下交错的程度调节可以控制纤维通过时的牵引力及浸润效果。口模用厚钢板加工而成，双侧钻孔可放进去加热棒加热。
浸渍装置与双螺杆接好后，开始对浸渍装置升温到设定温度，三小时后开始启动双螺杆当观察到大量尼龙66进入浸渍装置后用手拉，纤维均匀的分布在尼龙66树脂中。拉出的料条水冷后切粒。当螺杆转速及浸渍装置调节好后可改用切粒机以一定牵引速度牵引出料条并切粒，实验者只需观察工作状态。生产效率提高了，人力节约了。
固相缩聚增粘工艺低粘度的尼龙66力学性能欠佳，需要进一步提高粘度达到工程塑料的要求。浸渍切粒操作过程尼龙66与纤维反应时间短，树脂与纤维的界面有待改善。固相缩聚可以同时提高尼龙66分子量和改善界面。(1)中制得的切片干燥后放在转鼓中，通氮气，以5℃/min升温到230℃。尼龙66最易氧化，固相缩聚时氮气通入量0.25m3/h这样可以避免尼龙66氧化发黄。在此温度下反应25小时即可达到粘度要求。
本发明还提供了一种连续长纤维增强尼龙66的制备方法中所用的设备，即浸渍装置，包括双螺杆、放料口、纤维预热管、钢化玻璃盖板、浸渍槽、口模和纤维进口。
其中纤维预热管中铜管和加热棒的弯曲角度为120°，从而可以使纤维进入浸渍槽减少摩擦；口模为厚度为5mm的钢板，加工出直径为2.5mm的纤维通过口和直径5mm的螺纹口有螺冒密封，当树脂过多时可使拧开螺冒使树脂流出，双侧钻出放加热棒的孔，放如加热棒对口模加热；浸渍槽为6个钢辊用四氟架在槽上，并用螺丝固定，纤维上下交错穿过。其中放料口一端与双螺杆挤出机机头连接，另一端与浸渍槽连接用螺丝固定，浸渍槽外套有加热套加热，其上部用钢化玻璃板覆盖，玻璃板上有和纤维预热管连接的孔，预热管头插入孔后在玻璃板另一侧用螺丝固定，玻璃板和浸渍槽用长螺丝固定密封。在浸渍槽的另一头固定好口模，纤维从口模穿出。
本工艺具有操作简单，可控性强，生产效率高，增强材料性能好等优点，从图5可看出尼龙66切片粘数随固相缩聚时间延长有较大的提高。
图1浸渍装置其中1、双螺杆；2、放料口；3、纤维预热管；4、钢化玻璃盖板；5、浸渍槽；6、口模；7、纤维进口；8、切粒图2口模实3浸渍料界面扫描电镜照片图4固相缩聚工艺图其中9、氮气；10、氮气预热系统；11、转鼓；12、马达传动装置图5固相缩聚后尼龙66粘数具体实施方式
实施例1神马集团公司生产尼龙66为原料。真空干燥后，在双螺杆挤出机挤出。挤出温度如下表
挤出料进入浸渍槽中，浸渍装置各部分温度控制如下
制得的粒料干燥后固相缩聚。高纯氮以0.25m3/h的流量经预热系统加热后，进入转鼓内。转鼓由一加热套加热，以5℃/min的速度升温至230℃，并有一自动控温系统控温，使转鼓内温度波动小于5℃，由一变速马达带动，转速可调，如图4。
权利要求
1.一种连续长纤维增强尼龙66的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤A.低粘度的尼龙66与纤维的浸渍造粒将浸渍装置与双螺杆连接好，浸渍装置各部位升温到260-300℃，2-4个小时后开始启动双螺杆，当大量尼龙66进入浸渍装置后拉动纤维，使纤维均匀的分布在尼龙66树脂中，拉出的料条冷却后切粒；B.造粒后切片在应定条件下固相缩聚提高粘度制得的切片干燥后放在转鼓中，0.20-0.40m3/h的速度通氮气，以4-6℃/min升温到225-240℃，在此温度下反应30-30个小时。
2.一种权利要求1所述制备方法中所涉及的设备，其特征在于该设备为浸渍装置，包括双螺杆(1)；放料口(2)；纤维预热管(3)；钢化玻璃盖板(4)；浸渍槽(5)；口模(6)和纤维进口(7)；其中纤维预热管(3)中铜管和加热棒的弯曲角度为120°；口模(6)为厚度为5mm的钢板；浸渍槽(5)为6个钢辊用四氟架在槽上，并用螺丝固定，纤维上下交错穿过；放料口(2)一端与双螺杆挤出机机头连接，另一端与浸渍槽(5)连接用螺丝固定；浸渍槽(5)外套有加热套加热，其上部用钢化玻璃盖板(4)覆盖，钢化玻璃盖板(4)上有和纤维预热管(3)连接的孔，纤维预热管(3)头插入孔后在钢化玻璃盖板(4)另一侧用螺丝固定，钢化玻璃盖板(4)和浸渍槽(5)用长螺丝固定密封；在浸渍槽(5)的另一侧固定好口模(6)，纤维从口模(6)穿出。
全文摘要
本发明提供了一种连续长纤维增强尼龙66的制备方法及其设备。先对低粘度的尼龙66与纤维进行浸渍造粒，然后对造粒后切片在应定条件下固相缩聚提高粘度。本方法具有操作简单，可控性强，生产效率高，增强材料性能好等优点。
文档编号B29C70/16GK1775515SQ20051011124
公开日2006年5月24日 申请日期2005年12月8日 优先权日2005年12月8日
发明者余木火, 韩克清, 高红松 申请人:东华大学