本发明专利技术属于高分子复合材料领域，公开了一种尼龙复合材料及其制备原料和制备装置及方法。所述尼龙复合材料的制备方法包括以下步骤：S1、连续玻璃纤维的预处理：将连续玻璃纤维在巴多胺溶液中浸渍0.5～5h，再往所述多巴胺溶液中加入Tris缓冲液以将其pH值调节至8～9之后继续浸渍4～6h，接着依次进行烘干、水洗和烘干，得到预处理连续玻璃纤维；S2、包覆处理：将所述预处理连续玻璃纤维于240～260℃下加热预分散，之后浸渍于由所述尼龙、相容剂、润滑剂和抗氧剂熔融挤出所得的熔融液中，接着进行冷却、切粒并任选再进行气味脱除，即得到所述尼龙复合材料。采用本发明专利技术提供的方法得到的尼龙复合材料的机械强度高且表面不会产生浮纤。
A nylon composite material and its raw material, preparation device and method
【技术实现步骤摘要】
一种尼龙复合材料及其制备原料和制备装置及方法
本专利技术属于高分子复合材料领域，具体涉及一种尼龙复合材料及其制备原料和制备装置及方法。
技术介绍
尼龙作为一种重要的工程塑料，具有自润滑、耐化学腐蚀和热稳定好等特点，被广泛应用于汽车和电子电器领域。然而，虽然尼龙具有以上优良的特性，但是其分子结构中存在的极性酰胺键使其极易吸湿，从而引起尼龙制品的尺寸稳定性差、强度不高且低温及干态缺口冲击韧性差，极大地限制了其应用领域的拓展。采用纤维作为增强体可显著改善尼龙的机械强度和尺寸稳定性。其中，连续纤维增强热塑性塑料(LFRT)作为一种新型的纤维增强技术，由于制品中纤维残留长度得到了最大的保留，可以显著提高材料的机械性能和尺寸稳定性并降低材料翘曲。但是由于连续玻璃纤维表面呈惰性，在尼龙基体中不易分散，这样往往会造成所得尼龙复合材料的性能缺陷和表面浮纤，影响消费者体验。因此，实现玻璃纤维与尼龙树脂的良好浸润性，是提高尼龙复合材料强度并改善表面浮纤的有效途径。目前常用的方法是添加硅氧烷偶联剂和相容剂以改善玻璃纤维和尼龙树脂之间的相容性，但是效果并不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服尼龙和玻璃纤维的相容性不好而导致尼龙复合材料强度低且表面会产生浮纤的缺陷，而提供一种强度高且表面不会产生浮纤的尼龙复合材料及其制备原料和制备装置及方法。具体地，本专利技术提供了一种尼龙复合材料的制备原料，其中，所述尼龙复合材料的制备原料由如下组分组成：尼龙31～88wt％、连续玻璃纤维10～60wt％、浓度为1～5g/L的多巴胺溶液、相容剂1～6wt％、润滑剂0.5～2wt％和抗氧剂0.5～1wt％，所述连续玻璃纤维和多巴胺溶液的质量比为(25～50):1，各组分的总含量的100wt％。进一步的，所述尼龙选自PA6、PA66、PA11、PA12、PA46、PA610、PA612和PA1010中的至少一种。进一步的，所述尼龙的相对粘度R.V.为2.4～2.8。进一步的，所述连续玻璃纤维的直径为10～15μm。进一步的，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐和/或乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐。进一步的，所述润滑剂为聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯的复合物。进一步的，所述复合物中聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯的重量比为1:(1～2)。进一步的，所述抗氧剂为由主抗氧剂和辅助抗氧剂组成的复合型抗氧剂，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，所述辅助抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂。本专利技术还提供了一种尼龙复合材料的制备装置，其中，所述尼龙复合材料的制备装置包括纤维预处理装置和包覆装置；所述纤维预处理装置包括支架、导辊、张力导辊、浸润槽、第一烘干器、水洗槽和第二烘干器，所述支架用于固定连续玻璃纤维，所述导辊用于对连续玻璃纤维进行导向，所述浸润槽和水洗槽中均设置有张力导辊以对连续玻璃纤维进行导向和拉伸，所述浸润槽用于对源自支架的连续玻璃纤维进行浸润，所述第一烘干器用于对源自浸润槽的连续玻璃纤维进行烘干，所述水洗槽用于对源自第一烘干器的连续玻璃纤维进行水洗，所述第二烘干器用于对源自水洗槽的连续玻璃纤维进行烘干；所述包覆装置包括支架、张力导辊、预热烘箱、控温浸渍模具、挤出机、压辊、冷却水槽、牵引机和切粒机，所述支架用于固定源自纤维预处理装置的预处理连续玻璃纤维，所述张力导辊设置于预热烘箱中以将源自支架的预处理连续玻璃纤维导入预热烘箱中进行预热处理，所述挤出机用于将尼龙、相容剂、润滑剂和抗氧剂进行熔融挤出，所述控温浸渍模具用于将源自预热烘箱的预处理连续玻璃纤维采用源自挤出机的物料进行浸渍，所述压辊设置于冷却水槽中以将源自温控浸渍模具中的连续玻璃纤维压入冷却水槽中进行冷却，所述切粒机通过牵引机与冷却水槽相连，所述切粒机用于对源自冷却水槽的冷却玻璃纤维进行切粒。进一步的，所述包覆装置还包括气味处理器，所述气味处理器与切粒机连通以去除源自切粒机的玻璃纤维中的气味。本专利技术还提供了一种尼龙复合材料的制备方法，其中，所述尼龙复合材料的制备方法以上述尼龙复合材料的制备原料作为原材料且包括以下步骤：S1、连续玻璃纤维的预处理：将所述连续玻璃纤维在巴多胺溶液中浸渍0.5～5h，再往所述多巴胺溶液中加入Tris缓冲液以将其pH值调节至8～9之后继续浸渍4～6h，接着依次进行烘干、水洗和烘干，得到预处理连续玻璃纤维；S2、包覆处理：将所述预处理连续玻璃纤维于240～260℃下加热预分散，之后浸渍于由所述尼龙、相容剂、润滑剂和抗氧剂熔融挤出所得的熔融液中，接着进行冷却、切粒并任选再进行气味脱除，即得到所述尼龙复合材料。进一步的，本专利技术提供的尼龙复合材料的制备方法在尼龙复合材料的制备装置中进行且包括如下步骤：S1、将固定于支架上的连续玻璃纤维通过导辊和张力导辊导入装有多巴胺溶液的浸润槽中循环浸润0.5～5h，再往所述多巴胺溶液中加入Tris缓冲液以将其pH值调节至8～9之后继续浸润4～6h，接着引入第一烘干器中进行烘干，然后通过导辊和张力导辊导入装有去离子水的水洗槽中进行水洗，之后引入第二烘干器中进行烘干，得到预处理连续玻璃纤维；S2、将所述预处理连续玻璃纤维置于支架上，再通过张力导辊导入预热烘箱中于240～260℃下进行加热预分散，接着引入控温浸渍模具中采用源自挤出机的由尼龙、相容剂、润滑剂和抗氧剂熔融挤出所得的熔融液进行浸渍，浸渍后的包覆连续玻璃纤维引入冷却水槽中进行冷却，之后在牵引机的作用下引入切粒机中进行切粒，然后任选引入气味处理器中去除玻璃纤维中的气味，即得到所述尼龙复合材料。进一步的，步骤S2中，所述浸渍的温度为250～300℃，预处理连续玻璃纤维的牵引速率为10～35m/min。此外，本专利技术还提供了由上述方法制备得到的尼龙复合材料。多巴胺(DOPA)为一种活性官能团的神经物质，其在水溶液中极易形成含有羟基和亚胺基的聚多巴胺薄膜，对玻璃纤维具有极强的黏附性。本专利技术利用多巴胺溶液对连续玻璃纤维进行表面预处理，可显著增加连续玻璃纤维的表面活性，使得连续玻璃纤维与尼龙树脂浸润充分，提高两者之间的界面结合强度，提高机械性能并减少表面浮纤。此外，本专利技术采用连续玻璃纤维而非短切玻璃纤维，尼龙材料以及其他助剂均附着于其表面，并且最终所得尼龙复合材料中纤维残留长度能够得到最大保留，非常有利于力学强度的提高。综上，与现有技术相比，本专利技术提供的尼龙复合材料克服了尼龙基体的性能缺陷，充分发挥了玻璃纤维的增强效果和性价比优势，通过采用多巴胺溶液对其表面进行预处理，增加了玻璃纤维表面粗糙度和活性，所制备的预处理连续玻璃纤维与尼龙基体界面结合紧密，最终所得尼龙复合材料的机械强度高且表面不会产生浮纤。此外，本专利技术提供的尼龙材料的制备方法操作简单、成本低廉，便于工业化化生产。附图说明图1为本专利技术提供的尼龙复合材料的制备装置中纤维预处理装置的结构示意图；图2为本专利技术提供的尼龙复合材料的制备装置中包覆装置的结构示意图；图3为实施例1中连续玻璃纤维经过多巴胺溶液预处理后的扫描电镜照片图；图4为实施例1所得尼龙复合材料的拉伸断面扫描电镜照片图。附图标记说明1-纤维预处理装置，11-支架，12-导辊，13-张力导辊，14-浸润槽，15-第一烘干器，16-水洗槽，17-第二烘干器，2-包覆装置，21-支架，22-张力导辊，23-预热烘箱，24-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种尼龙复合材料的制备原料，其特征在于，所述尼龙复合材料的制备原料由如下组分组成：尼龙31～88wt％、连续玻璃纤维10～60wt％、浓度为1～5g/L的多巴胺溶液、相容剂1～6wt％、润滑剂0.5～2wt％和抗氧剂0.5～1wt％，所述连续玻璃纤维和多巴胺溶液的质量比为(25～50):1。
【技术特征摘要】
1.一种尼龙复合材料的制备原料，其特征在于，所述尼龙复合材料的制备原料由如下组分组成：尼龙31～88wt％、连续玻璃纤维10～60wt％、浓度为1～5g/L的多巴胺溶液、相容剂1～6wt％、润滑剂0.5～2wt％和抗氧剂0.5～1wt％，所述连续玻璃纤维和多巴胺溶液的质量比为(25～50):1。2.根据权利要求1所述的尼龙复合材料的制备原料，其特征在于，所述尼龙选自PA6、PA66、PA11、PA12、PA46、PA610、PA612和PA1010中的至少一种；所述尼龙的相对粘度R.V.为2.4～2.8。3.根据权利要求1所述的尼龙复合材料的制备原料，其特征在于，所述连续玻璃纤维的直径为10～15μm。4.根据权利要求1～3中任意一项所述的尼龙复合材料的制备原料，其特征在于，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐和/或乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐；所述润滑剂为聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯的复合物；优选的，所述复合物中聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯的重量比为1:(1～2)；所述抗氧剂为由主抗氧剂和辅助抗氧剂组成的复合型抗氧剂，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，所述辅助抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂。5.一种尼龙复合材料的制备装置，其特征在于，所述尼龙复合材料的制备装置包括纤维预处理装置(1)和包覆装置(2)；所述纤维预处理装置(1)包括支架(11)、导辊(12)、张力导辊(13)、浸润槽(14)、第一烘干器(15)、水洗槽(16)和第二烘干器(17)，所述支架(11)用于固定连续玻璃纤维，所述导辊(12)用于对连续玻璃纤维进行导向，所述浸润槽(14)和水洗槽(16)中均设置有张力导辊(13)以对连续玻璃纤维进行导向和拉伸，所述浸润槽(14)用于对源自支架(11)的连续玻璃纤维进行浸润，所述第一烘干器(15)用于对源自浸润槽(14)的连续玻璃纤维进行烘干，所述水洗槽(16)用于对源自第一烘干器(15)的连续玻璃纤维进行水洗，所述第二烘干器(17)用于对源自水洗槽(16)的连续玻璃纤维进行烘干；所述包覆装置(2)包括支架(21)、张力导辊(22)、预热烘箱(23)、控温浸渍模具(24)、挤出机(25)、压辊(26)、冷却水槽(27)、牵引机(28)和切粒机(29)，所述支架(21)用于固定源自纤维预处理装置(1)的预处理连续玻璃纤维，所述张力导辊(22)设置于预热烘箱(23)中以将源自支架(21)的预处理连续玻璃纤维导入预热烘箱(23)中进行预热处理，所述挤出机(25)用于将尼龙、相容剂、润滑剂和抗氧剂进行熔融挤出，所述控温浸渍模具(24)用于将源自预热烘箱(23)的预处理连续玻璃纤维采用源自挤出机(25)...
【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，安峰，申应军，
申请(专利权)人：金旸厦门新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35
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