一种纳米改性尼龙材料及其制备方法
【专利摘要】本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种以纳米粒子改性的尼龙材料及其制备方法。本发明所述纳米改性尼龙材料，由如下原料制备而成：尼龙基体100重量份、纳米碳化硅2-6重量份、纳米氮化硅3-7重量份、纳米二氧化硅4-10重量份、胺丙基三乙氧基硅烷0.3-1重量份、酚醛树脂5-15重量份、3-10重量份、以及常温下为液态的可挥发溶剂1-10体积份。本发明所述纳米改性尼龙材料无论是拉伸强度、压缩强度、缺口冲剂强度、热变形温度、或是摩擦系数、导热率及吸水率均明显优于现有产品，具有极好的应用性能。
【专利说明】一种纳米改性尼龙材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种以纳米粒子改性的尼龙材料及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 传统的耐磨损板材一般为金属材料，金属材料制品在使用过程中磨损较快，使用 寿命短、维修工作量大；而且金属材料不易进行嵌入式安转、操作困难。改性塑料是我国高 新材料发展的重点。改性塑料制品不仅能够达到一些钢材的强度性能，还具有质轻、易加工 成型、高韧性、高抗冲性、耐磨损性等优势。因此，目前"以塑代钢"的趋势在很多行业都显 现出来。
[0003] 尼龙（PA)又称聚酰胺，具有优异的物理机械性能，同时具有高强度、耐磨和耐化 学腐蚀性等优点，因而广泛应用于汽车制造、电子电气、机械设备、航天航空等领域。但尼龙 存在低温和干态冲击性能差、缺口冲击强度低等缺点。而且随着工业的发展，对尼龙部件的 耐磨损性能要求也越来越高。目前，改善尼龙耐磨损摩擦性能的方法主要有添加聚四氟乙 烯、聚乙烯、超高分子两的聚乙烯等自身摩擦系数低的高分子材料进行改性，或添加硅油、 矿物油、有机脂等润滑油、或添加碳纤维、芳胺纤维、二硫化钥、石墨等有机/无机纤维或粉 状润滑材料等方式。
[0004] 这些方法虽然在一定程度上改善了尼龙的摩擦磨损性能，但往往存在着性能比 差、材料物理强度低、材料加工性能差等一系列缺点。而目前的耐磨损尼龙板材耐磨性能提 高，同时要求材料具有高强度、高刚性、良好的尺寸稳定性、优良的韧性和良好的加工性等 综合性能。
[0005] 采用先进的纳米改性技术可以制备得到综合性能优异的新型改性塑料。用纳米材 料改性塑料是新近发展的一项技术，采用纳米改性可以改善材料的耐磨擦性能、力学性能、 热学性能、阻燃性能以及阻隔性能等。与传统的塑料改性方法相比，纳米材料不仅能全面改 善塑料的综合性能，还能赋予其独特的性能，为塑料改性提供了先进、有效的途径。但是，现 有技术中报道的诸多纳米改性技术均需要对纳米粒子进行特殊的改性处理才能有效改善 尼龙材料的性能，操作较为复杂，且存在着纳米材料在改性基体中分散性能差的问题，也会 影响材料的改性效果。
【发明内容】
[0006] 为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中采用纳米技术改性尼龙材料操 作复杂且效果不理想的问题，进而提供一种具有高强度、高刚性、良好的尺寸稳定性及优良 的韧性的纳米改性尼龙材料。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明所述的纳米改性尼龙材料，由如下原料制备而成：尼 龙基体100重量份、纳米碳化硅2-6重量份、纳米氮化硅3-7重量份、纳米二氧化硅4-10重 量份、胺丙基三乙氧基硅烷〇. 3-1重量份、酚醛树脂5-15重量份、以及常温下为液态的可挥 发溶剂1-10体积份；
[0008] 所述重量份于体积份为g/mL的关系。
[0009] 优选的，所述的纳米改性尼龙材料，由如下原料制备而成：尼龙基体100重量份、 纳米碳化硅3-5重量份、纳米氮化硅4-6重量份、纳米二氧化硅6-9重量份、胺丙基三乙氧 基硅烷0. 5-0. 8重量份、酚醛树脂7-12重量份、以及常温下为液态的挥发溶剂3-8体积份。
[0010] 最优的，所述的纳米改性尼龙材料，由如下原料制备而成：尼龙基体100重量份、 纳米碳化硅4重量份、纳米氮化硅5重量份、纳米二氧化硅7重量份、胺丙基三乙氧基硅烷 0. 6重量份、酚醛树脂10重量份、以及常温下为液态的可挥发溶剂5体积份。
[0011] 所述尼龙基体由重量比为1-3 :2-4 :4-6的尼龙6、尼龙12及尼龙66组成。
[0012] 优选的，所述尼龙6、尼龙12及尼龙66的重量比为2 :3 :5。
[0013] 所述常温下为液态的挥发溶剂选自烃类。
[0014] 本发明还公开了一种制备上述纳米改性尼龙材料的方法，包括如下步骤：
[0015] (1)按照选定的重量份数取所述纳米碳化硅、纳米氮化硅、纳米二氧化硅混匀，力口 入至选定体积份的挥发溶剂中，混匀备用；
[0016] (2)按照选定的重量份数取所述尼龙基体、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛树脂及混 匀，并加热至40-50°C反应l_2h ;随后以梯度升温的方式升温至100-120°C，并继续反应 2-3h ；
[0017] (3)将步骤（2)反应后的混合物冷却至室温后，加入至步骤（1)中混匀的溶剂中混 匀，并将混匀物料加入双螺杆挤出机中，在200-220°C下经过挤出、冷却、造粒，即得。
[0018] 所述步骤（2)中，所述梯度升温方式是指以15-20°c /梯度的方式进行升温，并在 启动升温程序的最初2-3min内完成升温，并维持该温度下持续反应1-1. 5小时。
[0019] 本发明还公开了一种根据上述方法制备得到的纳米改性尼龙材料。
[0020] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0021] 1、本发明所述纳米改性尼龙材料，利用精心筛选的纳米粒子相互配合，对所述尼 龙材料进行改性，并辅以酚醛树脂及等材料的配合了，所制备得到的尼龙材料无论是拉伸 强度、压缩强度、缺口冲剂强度、热变形温度、或是摩擦系数、导热率及吸水率均明显优于现 有产品，具有极好的应用性能；
[0022] 2、本发明所述材料，利用将所述纳米粒子分散于可挥发溶剂中，并利用其挥发性 能，使得纳米粒子极好的分散于所述尼龙材料中，进一步增强了改性的效果；
[0023] 3、本发明所述制备方法，利用梯度升温的形式，进一步提升了原材料的改性性能， 所制得产品性能优越。
【具体实施方式】
[0024] 实施例1
[0025] 本实施例所述纳米改性尼龙材料，由如下原料制备而成：
[0026] 尼龙基体100kg、纳米碳化娃2kg、纳米氮化娃7kg、纳米二氧化娃4kg、胺丙基三乙 氧基硅烷lkg、酚醛树脂5kg、以及常温下为液态的可挥发溶剂1L。
[0027] 本实施例所述制备纳米改性尼龙材料的方法，包括如下步骤：
[0028] (1)按照选定的重量取所述纳米碳化硅、纳米氮化硅、纳米二氧化硅混匀，加入至 选定体积的挥发溶剂中，混匀备用；
[0029] (2)按照选定的重量份数取所述尼龙基体、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛树脂及混 匀，并加热至40°C反应l_2h ;随后以15°C的温差为一个梯度进行梯度升温程序，具体为在 2-3min将温度升高15°C，并维持该温度下持续反应1-1. 5小时；以此类推，直至体系升温至 100°C，并继续反应2-3h ;
[0030] (3)将步骤（2)反应后的混合物冷却至室温后，加入至步骤（1)中混匀的溶剂中混 匀，并将混匀物料加入双螺杆挤出机中，在200-220°C下经过挤出、冷却、造粒，即得。
[0031] 实施例2
[0032] 本实施例所述纳米改性尼龙材料，由如下原料制备而成：
[0033] 尼龙基体100kg、纳米碳化娃6kg、纳米氮化娃3kg、纳米二氧化娃10kg、胺丙基三 乙氧基硅烷〇. 3kg、酚醛树脂15kg以及常温下为液态的可挥发溶剂10L。
[0034] 本实施例所述制备纳米改性尼龙材料的方法，包括如下步骤：
[0035] (1)按照选定的重量取所述纳米碳化硅、纳米氮化硅、纳米二氧化硅混匀，加入至 选定体积的挥发溶剂中，混匀备用；
[0036] (2)按照选定的重量份数取所述尼龙基体、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛树脂及混 匀，并加热至40°C反应2h;随后以20°C的温差为一个梯度进行梯度升温程序，具体为在 2-3min将温度升高20°C，并维持该温度下持续反应1小时；以此类推，直至体系升温至 120°C，并继续反应3h ;
[0037] (3)将步骤（2)反应后的混合物冷却至室温后，加入至步骤（1)中混匀的溶剂中混 匀，并将混匀物料加入双螺杆挤出机中，在200-220°C下经过挤出、冷却、造粒，即得。
[0038] 实施例3
[0039] 本实施例所述的纳米改性尼龙材料，由如下原料制备而成：
[0040] 尼龙基体100kg、纳米碳化娃3kg、纳米氮化娃6kg、纳米二氧化娃6kg、胺丙基三乙 氧基硅烷0. 8kg、酚醛树脂7kg以及常温下为液态的挥发溶剂3L。
[0041] 本实施例所述制备纳米改性尼龙材料的方法，包括如下步骤：
[0042] (1)按照选定的重量取所述纳米碳化硅、纳米氮化硅、纳米二氧化硅混匀，加入至 选定体积的挥发溶剂中，混匀备用；
[0043] (2)按照选定的重量份数取所述尼龙基体、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛树脂及混 匀，并加热至50°C反应lh;随后以15°C的温差为一个梯度进行梯度升温程序，具体为在 2-3min将温度升高15°C，并维持该温度下持续反应1小时；以此类推，直至体系升温至 110°C，并继续反应2-3h ;
[0044] (3)将步骤（2)反应后的混合物冷却至室温后，加入至步骤（1)中混匀的溶剂中混 匀，并将混匀物料加入双螺杆挤出机中，在200-220°C下经过挤出、冷却、造粒，即得。
[0045] 实施例4
[0046] 本实施例所述的纳米改性尼龙材料，由如下原料制备而成：
[0047] 尼龙基体100kg、纳米碳化娃5kg、纳米氮化娃4kg、纳米二氧化娃9kg、胺丙基三乙 氧基硅烷0. 5kg、酚醛树脂12kg以及常温下为液态的挥发溶剂8L。
[0048] 本实施例所述制备纳米改性尼龙材料的方法，包括如下步骤：
[0049] (1)按照选定的重量取所述纳米碳化硅、纳米氮化硅、纳米二氧化硅混匀，加入至 选定体积的挥发溶剂中，混匀备用；
[0050] (2)按照选定的重量份数取所述尼龙基体、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛树脂及混 匀，并加热至50°C反应l_2h ;随后以20°C的温差为一个梯度进行梯度升温程序，具体为 在2-3min将温度升高20°C，并维持该温度下持续反应1小时；以此类推，直至体系升温至 110°C，并继续反应2-3h ;
[0051] (3)将步骤（2)反应后的混合物冷却至室温后，加入至步骤（1)中混匀的溶剂中混 匀，并将混匀物料加入双螺杆挤出机中，在200-220°C下经过挤出、冷却、造粒，即得。
[0052] 实施例5
[0053] 本实施例所述的纳米改性尼龙材料，由如下原料制备而成：
[0054] 尼龙基体100kg、纳米碳化娃4kg、纳米氮化娃5kg、纳米二氧化娃7kg、胺丙基三乙 氧基硅烷0. 6kg、酚醛树脂10kg以及常温下为液态的可挥发溶剂5L。
[0055] 本实施例所述制备纳米改性尼龙材料的方法，包括如下步骤：
[0056] (1)按照选定的重量取所述纳米碳化硅、纳米氮化硅、纳米二氧化硅混匀，加入至 选定体积的挥发溶剂中，混匀备用；
[0057] (2)按照选定的重量份数取所述尼龙基体、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛树脂及混 匀，并加热至45°C反应l_2h;随后以18°C的温差为一个梯度进行梯度升温程序，具体为在 2-3min将温度升高18°C，并维持该温度下持续反应1. 5小时；以此类推，直至体系升温至 117°C，并继续反应2h ;
[0058] (3)将步骤（2)反应后的混合物冷却至室温后，加入至步骤（1)中混匀的溶剂中混 匀，并将混匀物料加入双螺杆挤出机中，在200-220°C下经过挤出、冷却、造粒，即得。
[0059] 效果例
[0060] 对上述实施例1-5制得的改性尼龙材料进行性能指标测试，具体测试数据详见下 表。
[0061]
【权利要求】
1. 一种纳米改性尼龙材料，其特征在于，由如下原料制备而成：尼龙基体100重量份、 纳米碳化硅2-6重量份、纳米氮化硅3-7重量份、纳米二氧化硅4-10重量份、胺丙基三乙氧 基硅烷0. 3-1重量份、酚醛树脂5-15重量份、以及常温下为液态的可挥发溶剂1-10体积 份； 所述重量份于体积份为g/mL的关系。
2. 根据权利要求1所述的纳米改性尼龙材料，其特征在于，由如下原料制备而成：尼龙 基体100重量份、纳米碳化娃3-5重量份、纳米氮化娃4-6重量份、纳米二氧化娃6-9重量 份、胺丙基三乙氧基硅烷〇. 5-0. 8重量份、酚醛树脂7-12重量份、以及常温下为液态的挥发 溶剂3-8体积份。
3. 根据权利要求1或2所述的纳米改性尼龙材料，其特征在于，由如下原料制备而成： 尼龙基体100重量份、纳米碳化硅4重量份、纳米氮化硅5重量份、纳米二氧化硅7重量份、 胺丙基三乙氧基硅烷0. 6重量份、酚醛树脂10重量份、以及常温下为液态的可挥发溶剂5 体积份。
4. 根据权利要求1-3任一所述的纳米改性尼龙材料，其特征在于，所述尼龙基体由重 量比为1-3 :2-4 :4-6的尼龙6、尼龙12及尼龙66组成。
5. 根据权利要求4所述的纳米改性尼龙材料，其特征在于，所述尼龙6、尼龙12及尼龙 66的重量比为2 :3 :5。
6. 根据权利要求1-5任一所述的纳米改性尼龙材料，其特征在于，所述常温下为液态 的挥发溶剂选自烃类。
7. -种制备权利要求1-6任一所述纳米改性尼龙材料的方法，其特征在于，包括如下 步骤： (1) 按照选定的重量份数取所述纳米碳化硅、纳米氮化硅、纳米二氧化硅混匀，加入至 选定体积份的挥发溶剂中，混匀备用； (2) 按照选定的重量份数取所述尼龙基体、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛树脂混匀，并加 热至40-50°C反应l_2h ;随后以梯度升温的方式升温至100-120°C，并继续反应2-3h ; (3) 将步骤（2)反应后的混合物冷却至室温后，加入至步骤（1)中混匀的溶剂中混匀， 并将混匀物料加入双螺杆挤出机中，在200-220°C下经过挤出、冷却、造粒，即得。
8. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2)中，所述梯度升温方式 是指以15-20°C /梯度的方式进行升温，并在启动升温程序的最初2-3min内完成升温，并维 持该温度下持续反应1-1. 5小时。
9. 根据权利要求7或8所述方法制备得到的纳米改性尼龙材料。
【文档编号】C08K3/36GK104086981SQ201410277090
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】林学芹 申请人:林学芹