一种连续纤维增强尼龙6复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种连续纤维增强尼龙6复合材料的制备方法，包括如下几个步骤：(1)将含有催化剂和助催化剂的己内酰胺熔体分别储存于恒温恒速液体加料罐中；(2)先将连续纤维织物放置在注塑机的模具中；(3)分别开启注塑机和恒温液体加料装置，将含有催化剂和助催化剂的己内酰胺熔体通过液体加料装置，以相同的温度、相同的速度加入注塑机喂料口中，经注射机混合、注射，将含有催化剂和助催化剂的己内酰胺熔体注入铺有连续纤维织物的模具中；(4)在模具中引发己内酰胺阴离子开环聚合。本发明专利技术可以有效防止己内酰胺在进入模具之前发生聚合，从而保证纤维与己内酰胺的良好浸渍，获得力学性能更加优异的连续纤维增强的尼龙6复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种连续纤维增强尼龙6复合材料的制备方法
本专利技术属于材料制备领域，具体涉及一种连续纤维增强尼龙6复合材料的制备方法，特别是基于阴离子开环聚合反应，通过树脂传递模塑制备连续纤维增强尼龙6复合材料的方法。
技术介绍
由于热固性树脂基复合材料存在断裂韧性、损伤容限低，吸湿、环境适应性不佳，以及生产周期长、难以回收等固有的缺点，近年来热塑性树脂基复合材料得到长足发展。其中，采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维及芳纶纤维对尼龙6进行增强，再通过纤维结构的优化、混杂、纤维表面处理等途径对聚酰胺基体进一步增韧，所制备的纤维增强尼龙6复合材料，已经广泛应用于汽车工业、航空航天工业、国防工业以及文体用品等。中国专利公开号分别CN101152747A、CN102470559A、CN102493184A、CN103847053A、CN103042702A、CN10130393A及CN104910374A公开了连续纤维增强尼龙6复合材料，其中CN101152747A、CN103042702A、CN104910374A公开了基于己内酰胺阴离子开环聚合的、连续纤维增强尼龙6复合材料的树脂传递模塑(RTM)制备方法。该方法以低粘度的己内酰胺熔体为树脂原料，通过RTM工艺将其注入铺满连续纤维的模具中，经过己内酰胺阴离子开环聚合，最终制备出纤维含量高，力学性能优异的连续纤维增强的尼龙6复合材料。现有专利在复合材料制备的过程中，使用同时包含有阴离子聚合催化剂和助催化剂的己内酰胺熔体为传递介质，通过直接压入、注胶机或真空吸入的方法将上述介质注入铺好连续纤维的模具中，引发己内酰胺阴离子聚合，从而制备复合材料。己内酰胺熔体对纤维的浸渍是影响复合材料性能至关重要的因素，然而，现有专利中，在进入模具之前的己内酰胺熔体中，通常同时包含有催化剂和助催化剂，熔体向模具输送的过程中，通常容易发生熔体聚合或结晶等不利于熔体流动的现象，为纤维与熔体的浸渍带来负面影响，进而劣化复合材料的力学性能；其次，使用真空吸入方法向模具中注入己内酰胺熔体的技术，非常容易引起己内酰胺熔体的沸腾与升华，通常会在复合材料内部引入气孔或缺陷，也将劣化复合材料的性能；此外，经RTM制备连续纤维增强尼龙6的过程中，当模具中的己内酰胺开始阴离子聚合生成尼龙6时，由于尼龙6的结晶过程，通常会引起模具内部复合材料的收缩，使得模具不再紧密压实复合材料，也将导致复合材料内部出现孔洞等缺陷，然而，目前尚未有关克服此类问题的专利技术或文献报道出现。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种连续纤维增强尼龙6复合材料的制备方法。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种连续纤维增强尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于：其制备步骤如下：(1)己内酰胺预处理：将己内酰胺加热熔融、减压蒸馏，除去其中水分，然后分成等重量的两部分，分别储存于恒温液体加料装置的罐A和罐B中；(2)连续纤维预处理：根据模具的形状，裁剪连续纤维，将其铺入模具中，闭合模具，并通过模温控制器，预热模具及纤维；(3)反应性己内酰胺的注入：将己内酰胺阴离子聚合的催化剂及助催化剂分别加入恒温液体加料装置的罐A和罐B中，并混合均匀，最后将罐A和罐B中的混合物以相同的流速加入经过预热的注塑机的注射机中；(4)注射机注入完成后，开始模具保压阶段，此时升高模具至一定温度，开始己内酰胺的阴离子聚合，聚合完成后，注射机后退，冷却模具至室温，脱模，既得连续纤维增强的尼龙6复合材料。进一步地，所述的步骤(1)中己内酰胺熔体的温度为70～120℃；液体加料装置A和B的温度设定为70～120℃；(优选的温度范围是多少？
技术介绍
中提到温度是一个重要因素，但在实施例中并不能看出温度范围的影响)进一步地，所述的步骤(2)中的连续纤维可以是由玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、麻纤维以及有机纤维等编织而成的毡或布；所述的步骤(2)中的模具的预热温度为70～120℃；进一步地，所述的步骤(3)中的催化剂选自碱金属、碱金属的氢化物、碱金属的氢氧化物或醇化物，如：钠、氢化钠和乙醇钠中的一种；所述的步骤(3)中的助催化剂选自能够与己内酰胺反应生成酰化己内酰胺的物质，包括异氰酸酯类、酰氯类化合物或酸酐类化合物，具体甲苯-2，4-二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、乙酰氯、马来酸酐等；所述步骤(3)中的催化剂加入量为己内酰胺熔体的0.004～1wt％；所述的步骤(3)中的助催化剂加入量为己内酰胺熔体的0.004～1wt％；所述的步骤(3)注塑机的注射机各区温度设定为70～120℃；进一步地，所述的步骤(4)中注射机的注射压力位0.6～6MPa；所述的步骤(4)中模具升温时，升温至125～200℃，所述的步骤(4)中所制备连续纤维增强尼龙6复合材料中，连续纤维的重量含量为40～80wt％。进一步优选地，本专利技术所使用的液体加料装置使用专利申请号为2016103646359中所公开的液体加料装置，尤其是该专利具体实施例所披露的装置。本专利技术中，经过技术人员反复研究发现，包含有催化剂和助催化剂的己内酰胺熔体储存温度非常敏感，若高于一定的温度，过长的储存时间会导致熔体聚合，不利于己内酰胺熔体的注入及其对纤维浸渍；若低于一定的温度，己内酰胺一方面会出现结晶，聚合及结晶的出现，不利于己内酰胺熔体的流动，降低己内酰胺对纤维的浸渍效果。不仅如此，较低温度的己内酰胺注入模具中时，纤维与己内酰胺熔体存在温差，也不利于纤维的浸渍。而现有技术中，正是基于这一理论基础的发现，经过研究人员的创造性劳动得出本专利技术的技术方案。另外，经过研究还发现，现有技术中惯用的直接压入、注胶机或真空吸入己内酰胺的方法容易引起己内酰胺熔体发生沸腾、升华，从而在复合材料内部引入气孔或缺陷，降低材料性能。此外，现有专利技术的方法中，当模具内的己内酰胺开始阴离子聚合生成尼龙6时，由于尼龙6的结晶过程，通常会引起模具内部复合材料的收缩，使得模具不再紧密压实复合材料，也将导致复合材料内部出现孔洞等缺陷，然而，目前尚未有关克服此类问题的专利技术或文献报道出现。本专利技术使用传统注塑机为注入及成型设备，利用注塑机及模温机精确控温的优势，避免了己内酰胺单体在注入模具之前可能出现的聚合与结晶情况；而且，本专利技术将注射机的高压注入和保压阶段的保压作用，有机运用到了连续纤维增强尼龙6复合材料的RTM制备方法中，避免了己内酰胺熔体发生沸腾、升华的现象，而且即使模具中己内酰胺原位聚合生成的尼龙6结晶收缩了，但是由于注塑机较高的压力，收缩产生的空间也会迅速被压密实，能够达到更好的浸渍效果。有益效果：本专利技术相对于现有技术而言具备以下优点：1)本专利技术提供的制备方法，能够完全解决RTM制备连续纤维增强尼龙6过程中，注入前己内酰胺熔体易出现的聚合、结晶等不利于其在纤维中流动的现象，从而保证了纤维与己内酰胺的浸渍效果。2)本专利技术使用注射机完成己内酰胺的注入过程，与现有的真空吸入相比，注入压力高，可以避免模具中由己内酰胺单体沸腾引起的泡孔，实现纤维与己内酰胺的良好浸渍。上述优点，为获得力学性能优异的连续纤维增强复合材料提供了保障。3)此外，本专利技术己内酰胺原位聚合生成尼龙6的过程完成于注射机的模具中，注射机优异的保压作用，避免了原位聚合过程中，因尼龙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续纤维增强尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于：其制备步骤如下：(1)己内酰胺预处理：将己内酰胺加热熔融、减压蒸馏，除去其中水分，然后分成等重量的两部分，分别储存于恒温液体加料装置的罐A和罐B中；(2)连续纤维预处理：根据模具的形状，裁剪连续纤维，将其铺入模具中，闭合模具，并通过模温控制器，预热模具及纤维；(3)反应性己内酰胺的注入：将己内酰胺阴离子聚合的催化剂及助催化剂分别加入恒温液体加料装置的罐A和罐B中，并混合均匀，最后将罐A和罐B中的混合物以相同的流速加入经过预热的注塑机的注射机中；(4)注射机注入完成后，开始模具保压阶段，此时升高模具至一定温度，开始己内酰胺的阴离子聚合，聚合完成后，注射机后退，冷却模具至室温，脱模，即得连续纤维增强的尼龙6复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种连续纤维增强尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于：其制备步骤如下：(1)己内酰胺预处理：将己内酰胺加热熔融、减压蒸馏，除去其中水分，然后分成等重量的两部分，分别储存于恒温液体加料装置的罐A和罐B中；(2)连续纤维预处理：根据模具的形状，裁剪连续纤维，将其铺入模具中，闭合模具，并通过模温控制器，预热模具及纤维；(3)反应性己内酰胺的注入：将己内酰胺阴离子聚合的催化剂及助催化剂分别加入恒温液体加料装置的罐A和罐B中，并混合均匀，最后将罐A和罐B中的混合物以相同的流速加入经过预热的注塑机的注射机中；(4)注射机注入完成后，开始模具保压阶段，此时升高模具至一定温度，开始己内酰胺的阴离子聚合，聚合完成后，注射机后退，冷却模具至室温，脱模，即得连续纤维增强的尼龙6复合材料。2.根据权利要求1所述的连续纤维增强尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中己内酰胺熔体的温度为70～120℃，液体加料装置A和B的温度设定为70～120℃。3.根据权利要求1所述的连续纤维增强尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的连续纤维是由玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、麻纤维以及凯夫拉纤维编织而...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫东广，李姜红，王春亭，宋玮琦，周海骏，郭伟杰，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32