一种天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料及其制备方法，复合材料由己内酰胺通过开环聚合与热处理过的天然麻纤维原位复合而成；其制备方法是在惰性气氛下，先将天然麻纤维进行热处理，冷却后，置于模具中，再将己内酰胺加热熔融，并加入催化剂和活化剂混合均匀后，导入到所述模具中，进行开环聚合反应，即得；该方法实现了天然麻纤维与尼龙6的有机结合，可获得综合性能优良的天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料，且该方法效率高、污染低，满足工业化生产，且克服了现有的天然麻纤维对己内酰胺阻聚，而使两者难以复合的技术缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料及其制备方法；属于高分子材料

技术介绍
铸型尼龙是在常压下将熔融的原料己内酰胺单体用强碱性的物质作催化剂，与助催化剂一起，直接注入预热到一定温度的模具中，物料在模具中快速地进行聚合反应，凝结成坚韧的固体制件。与水解聚合相比，阴离子开环聚合具有合成时间短、操作简单、制品尺寸大等优点，铸型尼龙制品的分子量高、结晶度大、力学性能好。因此，铸型尼龙可广泛应用于汽车、仪器仪表、机械、纺织、化工等领域的零部件和结构件。与玻璃纤维增强铸型尼龙复合材料相比，天然纤维增强铸型尼龙复合材料更加环保，能减少污染物的排放，易降解，还能减少能量的消耗。此外，天然纤维还有价格低廉，来源广泛，可再生，密度低，比强度高等优点，近年来由于石油危机更加受到青睐。但是麻纤维的主要成分为纤维素，纤维素分子结构中含有大量的羟基；以及麻纤维表面极性较大，表现出强的亲水性，容易从空气中吸收水份，导致麻纤维增强铸型尼龙复合材料制备过程中出现严重的阻聚现象而不能聚合。这主要是由于天然纤维表面基团复杂，以及阴离子聚合的条件非常苛刻，容易受到外界的影响。陈鹏等[陈鹏等，高分子材料科学与工程，2014]采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)法制备了天然纤维增强阴离子聚合尼龙6复合材料。结果表明，对天然纤维进行溶液除杂预处理后于80℃真空干燥，选取了低活性和弱碱性的己内酰胺溴化镁作为引发剂，双酰化内酰胺-1,6-己二胺为活化剂，制备得到天然纤维复合材料。但是由于复合材料制备过程中使用了价格较昂贵的引发剂和活化剂，不利于工业化生产和天然纤维增强阴离子聚合尼龙6复合材料的推广使用。
但关于麻纤维热处理后制备麻纤维增强铸型尼龙复合材料则没有报道。
技术实现思路
针对现有技术中的天然麻纤维含有大量的羟基以及由于麻纤维表面强极性而容易吸水，导致天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料制备过程中出现严重的阻聚而不能聚合，本专利技术的目的在于提供一种天然麻纤维与尼龙有机结合，综合性能优良的天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料。本专利技术的另一个目的在于提供一种实现天然麻纤维与尼龙完美复合获得综合性能优异的天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料的方法，该方法效率高、污染低，满足工业化生产，且克服了现有的天然麻纤维对己内酰胺阻聚而使两者难以复合的技术缺陷。本专利技术公开了一种天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料，该复合材料由己内酰胺通过开环聚合与180～400℃热处理过的天然麻纤维原位复合而成。在通常情况下，由于天然麻纤维表面含有大量的活性基团，对己内酰胺的聚合存在阻聚现象，使两者难以有机结合。本专利技术的技术方案，通过对天然麻纤维进行热处理(180～400℃)不仅能够充分脱除物理结合水，而且还可以脱除表面的羟基和其他杂质，同时，在该温度下热处理的天然麻纤维仍然具有较好的力学性能。由于麻纤维表面活性基团的充分脱除，显著减少了极性基体对阴离子聚合的干扰，在麻纤维增强铸型尼龙复合材料过程中阻聚现象基本消失，可以获得综合性能优异的天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料。优选的方案，天然麻纤维与己内酰胺的质量百分比为10～45％:55～90％。较优选的方案，天然麻纤维为厚度在0.1～3mm范围内的天然麻纤维布或天然麻纤维毡，其中，单丝麻纤维直径为10～30μm。进一步优选的方案，天然麻纤维为黄麻纤维布、苎麻纤维布、亚麻纤维布、槿麻纤维布、黄麻纤维毡、苎麻纤维毡、亚麻纤维毡、槿麻纤维毡中的至少一种。优选的方案，开环聚合加入催化剂及活化剂。以己内酰胺质量为100份计量，催化剂相对于己内酰胺的加入量为0.1～1.5份，活化剂相对于己内酰胺的加入量为0.1～1.5份。较优选的方案，催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、己内酰胺钠的至少
一种。本专利技术采用的催化剂可以为常规、廉价的碱，克服了现有技术中采用昂贵的己内酰胺溴化镁作为引发剂的缺陷。优选的方案，活化剂为六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、三苯甲烷三异氰酸酯中的至少一种。本专利技术还提供了所述的天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)在惰性气氛下，将天然麻纤维置于180～400℃温度下进行热处理；(2)将己内酰胺加热熔融后，加入催化剂和活化剂混合均匀；(3)将(2)所得混合物料真空导入填充有经(1)热处理过的天然麻纤维的模具中，于120～170℃温度下进行开环聚合反应，即得。优选的方案，热处理时间为5～30min。优选的方案，开环聚合反应时间为10～30min。优选的方案，热处理温度为180～300℃。本专利技术的制备天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料的方法，包括以下步骤：(1)先按照模具的尺寸对天然纤维布或毡进行裁剪；天然麻纤维布或毡的热处理为惰性气体保护条件下，以5～10℃/min的升温速率，从室温升温到180～400℃，并保温5～30min，冷却至室温，真空保存备用；(2)再将热处理完毕的天然纤维布或毡叠放成合适的厚度放置于模具中，密封模具，升温至120～170℃；将己内酰胺加入带搅拌的容器中，升温至120～170℃，真空脱水20～40min；再将催化剂加入，于120～170℃条件下真空脱水15～20min；加入活化剂并搅拌均匀；(3)用真空泵将上述液体快速抽入模具，当液体充分浸润模具后停泵，保温10～30min，开模即得所述天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料。相对现有技术，本专利技术的技术方案带来的有益效果：1、本专利技术的天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料原料廉价，来源丰富，大幅降低了复合材料的成本，而且增强纤维为可生物降解材料，可以完全生物降解，对环境友好；与铸型尼龙相比较，通过麻纤维增强的铸型尼龙复合材料的综合性能优异，强度显著增加，特别是弯曲模量有3～4倍的提高；制备的复合材料性能达到了高性能工程塑料的要求，可广泛应用于汽车、仪器仪表、机械、纺织、化
工等领域；2、本专利技术的制备方法简单，设备要求低，生产过程环保，有利于工业化生产。附图说明【图1】为实施例4苎麻纤维毡图片；【图2】为实施例4于270℃热处理苎麻纤维毡图片；【图3】为实施例4天然苎麻纤维毡增强铸型尼龙复合材料图片。具体实施方式以下实施例是对本专利技术的进一步说明，而不是限制本专利技术权利要求的保护范围。本专利技术的原材料来源：己内酰胺(可直接购于中国石油化工股份有限公司巴陵分公司)、氢氧化钠(可直接购于天津市进丰化工有限公司)、甲醇钠(可直接购于上海翼轧实业有限公司)、六亚甲基二异氰酸酯(可直接购于上海晶纯生化科技股份有限公司)、甲苯二异氰酸酯(可直接购于山东西亚化学工业有限公司)、黄麻纤维毡(可直接购于江西思创麻业有限公司)、苎麻纤维毡(可直接购于山东奥博环保科技有限公司)、黄麻纤维布和苎麻纤维布(由湖南金丝鸟麻业有限公司提供)实施例1：将裁剪好的黄麻纤维布置于真空炭化炉中，通氮气保护，以10℃/min的升温速率，从室温升温到220℃，并保温10min，冷却至室温，真空保存备用；再将上述热处理完毕的黄麻纤维布叠放成合适的厚度，称量35份置于模具中，密封模具，升温至130℃；将200份己内酰胺加入带磁力搅拌的三口瓶中，升温至130℃，真空脱水30min；再将加入0.4份NaOH，于130℃条件下真空脱水15min；加入0.5份T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料，其特征在于：由己内酰胺通过开环聚合与180～400℃热处理过的天然麻纤维原位复合而成。

【技术特征摘要】
1.一种天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料，其特征在于：由己内酰胺通过开环聚合与180～400℃热处理过的天然麻纤维原位复合而成。2.根据权利要求1所述的天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料，其特征在于：所述的天然麻纤维与己内酰胺的质量百分比为10～45％:55～90％。3.根据权利要求1所述的天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料，其特征在于：所述的天然麻纤维为厚度在0.1～3mm范围内的天然麻纤维布或天然麻纤维毡，其中，单丝麻纤维直径为10～30μm。4.根据权利要求3所述的天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料，其特征在于：所述的天然麻纤维为黄麻纤维布、苎麻纤维布、亚麻纤维布、槿麻纤维布、黄麻纤维毡、苎麻纤维毡、亚麻纤维毡、槿麻纤维毡中的至少一种。5.根据权利要求1～4任一项所述的天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料，其特征在于：所述的开环聚合加入催化剂及活化剂。6.根据权利要求5所述的天然麻纤维增强铸型尼龙复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，刘光志，费又庆，袁剑民，欧阳婷，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43