一种玻璃纤维增强尼龙复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及尼龙复合材料制备技术领域，尤其涉及一种玻璃纤维增强尼龙复合材料及其制备方法和应用。按重量份计，所述复合材料的原料组成包括：尼龙14‑86.8份、玻璃纤维8‑60份、马来酸酐接枝聚烯烃5‑20份、润滑剂0.1‑5份、抗氧剂0.1‑1份；其中，所述玻璃纤维经过了等离子气体的放电处理：将玻璃纤维置于等离子体反应装置中，通入一种或者几种等离子气体的混合物，利用等离子气体对玻璃纤维进行表面功能化处理，即得。本发明专利技术利用低温等离子体技术对玻璃纤维表面进行处理，使纤维表面含有羟基、羧基、羰基、氨基等功能性基团，提高纤维与尼龙基体端基的反应性和相容性，促进玻璃纤维在尼龙中的分散性。

A glass fiber reinforced nylon composite and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃纤维增强尼龙复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及尼龙复合材料制备
，尤其涉及一种玻璃纤维增强尼龙复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。尼龙是一种用途最广、种类最多的工程塑料，该材料具有良好的力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学溶剂性、自润滑性和一定的阻燃性，同时该材料加工性能优良，可一体化成型复杂的结构部件，被广泛用于汽车、电子电器、机械、轨道交通、体育器械等领域。但是尼龙也存在吸水性强、尺寸稳定性差、耐热性不高、强度不够等缺点，这限制了尼龙材料的应用范围。采用玻璃纤维对尼龙材料进行增强，可以显著提高尼龙的尺寸稳定性、耐热性、强度和模量。专利文献CN1417257A公开了一种吹塑级玻璃纤维增强尼龙，将100-500份无碱玻璃纤维对尼龙6、尼龙66和尼龙12进行增强，材料拉伸强度达到101.2MPa。专利文献CN102492293A公开了一种耐低温着色玻璃纤维增强尼龙6及其制备方法，所述的玻璃纤维增强尼龙6由40-75％的尼龙6、15-35％的玻璃纤维、5-20％的增韧剂和其它助剂组成，采用的玻璃纤维是无碱玻璃纤维，复合材料拉伸强度超过150MPa。专利文献CN102634206A公开了一种玻璃纤维增强的尼龙复合材料，以0.3-0.8份的钛酸酯偶联剂对无碱短切玻璃纤维进行处理，然后在挤出机中以15-26份的玻璃纤维对尼龙材料进行增强，得到的复合材料拉伸强度为125MPa。专利文献CN103044910A公开了一种超高含量玻璃纤维增强尼龙6复合材料及其制备方法，以50-70％的短切玻璃纤维和0-5％玻璃微珠对尼龙材料进行增强，通过调整尼龙6粘度来增加树脂和玻璃纤维的浸润性，保证玻璃纤维在尼龙中的充分分散和融合。专利文献CN104231611A公开了一种玻璃纤维增强的尼龙材料，以0.1-2wt％硅烷偶联剂对扁平短纤维进行处理，在挤出机中制备了高玻璃纤维含量(高达70wt％)的玻璃纤维增强尼龙复合材料，制备的材料着色好、表面光洁，具有非常突出的耐热形变性能、优异的抗拉伸性能和抗冲击性能。专利文献CN104804424A公开了一种用于尼龙/玻璃纤维增强复合材料的界面增容剂，以端羧基聚己内酰胺低聚物为界面相容剂，在玻璃纤维的表面形成足够的吸附层，同时还能与尼龙形成有效的相容界面，改善了玻璃纤维在高填量时的分散性。专利文献CN105462237A公开了一种玻璃纤维增强的尼龙材料、以及生产所述玻璃纤维增强的尼龙材料组合物，以10-15份硅烷偶联剂处理20-30份玻璃纤维，制备的尼龙复合材料拉伸强度可达350MPa。然而，本专利技术人通过现有的一些玻璃纤维增强尼龙复合材料的文献研究发现：玻璃纤维与尼龙基体的相容性好坏决定了纤维在尼龙中的分散性，为了提高玻璃纤维与尼龙的相容性，现有技术采用添加偶联剂的方式提高纤维与尼龙相容性，促进纤维在尼龙中的分散效果。但是偶联剂处理玻璃纤维需要时间较长，而且处理过程中往往需要加热才能有较好的偶联效果。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术提供一种玻璃纤维增强尼龙复合材料及其制备方法和应用。本专利技术利用低温等离子体对玻璃纤维进行表面功能化改性，有效改善了玻璃纤维在尼龙基体中的分散性，有效改善了尼龙复合材料的力学性能。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术手段为：首先，本专利技术公开一种玻璃纤维增强尼龙复合材料及其制备方法和应用，按重量份计，其原料组成包括：尼龙14-86.8份、玻璃纤维8-60份、马来酸酐接枝聚烯烃5-20份、润滑剂0.1-5份、抗氧剂0.1-1份；其中，所述玻璃纤维经过了等离子气体的放电处理，具体为：将玻璃纤维置于等离子体反应装置中，通入一种或者几种等离子气体的混合物，利用等离子气体对玻璃纤维进行表面功能化处理，使其表面产生羟基、羧基、羰基、氨基等基团，即得。其次，本专利技术公开上述玻璃纤维增强尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：将尼龙、增韧剂、润滑剂、抗氧剂混合均匀后，将得到的混合料和玻璃纤维共同置于挤出机中进行挤出，挤出物经过牵引、冷却、干燥、切粒，即得。本专利技术玻璃纤维增强尼龙复合材料的特点是：利用低温等离子体技术，在玻璃纤维表面产生功能性基团(如羟基、羧基、羰基、氨基)，这些功能性基团与尼龙末端的羧基和氨基有很好的反应性，在挤出过程中利用这些功能基团与尼龙的反应，可以很好的提高玻璃纤维与尼龙基体的相容性，促进纤维在基体中的分散性，提高材料力学性能、耐热性和尺寸稳定性。另外，与专利文献CN201711263708.6中采用的方法相比，本专利技术是为了使璃纤维表面产生能够在挤出过程中与尼龙末端的羧基和胺基发生缩合反应的功能性基团羟基、羧基、羰基、氨基，进而在玻璃纤维表面形成和尼龙具有良好相容性的尼龙链段接枝物。而上述专利文献为了提高碳微球与阻燃剂磷酸二氢胍的反应性,在碳微球表面用等离子体进行处理形成羟基和羧基，以有利于提高碳微球与阻燃剂的反应。本专利技术与专利CN201711263708.6相比，两者用等离子体处理的材料、目的不同，本专利技术为了提高玻璃纤维在尼龙基体中的分散性，需要配合不同的等离子体气氛才能实现。与现有技术相比，本专利技术取得了以下有益效果：(1)本专利技术利用低温等离子体技术对玻璃纤维表面进行处理，使纤维表面含有羟基、羧基、羰基、氨基等功能性基团，提高纤维与尼龙基体端基的反应性和相容性，促进玻璃纤维在尼龙中的分散性。(2)与传统玻璃纤维采用偶联剂处理相比，本专利技术提出的方法具有处理时间短、功能基团含量高、玻璃纤维与尼龙基体相容性好的优点。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如前文所述，现有技术采用添加偶联剂的方式提高纤维与尼龙相容性，促进纤维在尼龙中的分散效果。但是偶联剂处理玻璃纤维需要时间较长，而且处理过程中往往需要加热才能有较好的偶联效果。因此，本专利技术提出了一种玻璃纤维增强尼龙复合材料及其制备方法。在进一步的技术方案中，所述等离子体反应装置为低温等离子体反应装置，放电方式包括辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电、射频放电和微波放电中的任意一种。在进一步的技术方案中，所述等离子体反应气体为空气、氧气、氮气、二氧化碳、氩气、氦气、氨气中的一种或几种的混合物。优选的，所述等离子体反应气体为二氧化碳或氨气，这两种气体处理的玻璃纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃纤维增强尼龙复合材料，其特征在于，按重量份计，其原料组成包括：尼龙14-86.8份、玻璃纤维8-60份、马来酸酐接枝聚烯烃5-20份、润滑剂0.1-5份、抗氧剂0.1-1份；其中，所述玻璃纤维经过了等离子气体的放电处理，即改性玻璃纤维。/n

【技术特征摘要】
1.一种玻璃纤维增强尼龙复合材料，其特征在于，按重量份计，其原料组成包括：尼龙14-86.8份、玻璃纤维8-60份、马来酸酐接枝聚烯烃5-20份、润滑剂0.1-5份、抗氧剂0.1-1份；其中，所述玻璃纤维经过了等离子气体的放电处理，即改性玻璃纤维。


2.如权利要求1所述的玻璃纤维增强尼龙复合材料，其特征在于，所述改性玻璃纤维的制备方法为：将玻璃纤维置于等离子体反应装置中，通入一种或者几种等离子气体的混合物，利用等离子气体对玻璃纤维进行表面功能化处理，即得。


3.如权利要求1所述的玻璃纤维增强尼龙复合材料，其特征在于，所述等离子体反应气体为空气、氧气、氮气、二氧化碳、氩气、氦气、氨气中的一种或几种的混合物；优选为二氧化碳或氨气；
优选地，所述等离子体处理玻璃纤维的条件为：体压强2-5000Pa、放电功率5-1000W、放电时间0.1-60min；
优选地，所述等离子体反应装置为低温等离子体反应装置，放电方式包括辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电、射频放电和微波放电中的任意一种。


4.如权利要求1所述的玻璃纤维增强尼龙复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为连续玻璃纤维、短切玻璃纤维、磨碎玻璃纤维、无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、高碱玻璃纤维中的任意一种或几种的混合物。


5.如权利要求1所述的玻璃纤维增强尼龙复合材料，其特征在于，所述尼龙为尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙610、尼龙612、尼龙9、尼龙11、尼龙12、尼龙1010、尼龙1012、尼龙1212中的任意一种或几种的混合物。


6.如权利要求1所述的玻璃纤维增强尼龙复合材料，其特征在于，所述马来酸酐接枝聚烯烃为马来酸酐接枝低密度聚乙烯、马来酸酐接枝高密度聚乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋波，蔡飞鹏，姜桂林，王波，秦显忠，
申请(专利权)人：山东省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37