长碳链聚酰胺树脂组合物及连续纤维增强长碳链聚酰胺复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种长碳链聚酰胺树脂组合物及连续纤维增强长碳链聚酰胺复合材料。所述长碳链聚酰胺树脂组合物包括以下重量份数的组分：长碳链生物基聚酰胺5X树脂81.8

【技术实现步骤摘要】
长碳链聚酰胺树脂组合物及连续纤维增强长碳链聚酰胺复合材料


[0001]本专利技术涉及一种长碳链聚酰胺树脂组合物、连续纤维增强长碳链聚酰胺复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]相比于热固性材料，热塑性材料不需要经过交联和固化，可以多次加工成型，且成型工艺更为便捷高效，所以热塑性材料近年来一直保持稳定持续发展，尤其是纤维增强热塑性材料。纤维增强热塑性材料的基体树脂可采用聚丙烯、聚酰胺、聚酯等热塑性材料，纤维可采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，其中又以玻璃纤维较为常用。
[0003]纤维增强热塑性材料主要分为短纤(2
‑
4mm)增强热塑性材料、长纤(12
‑
24mm)增强热塑性材料、纤维毡增强热塑性材料、连续纤维增强热塑性材料和热塑性复合材料芯板。其中，短纤增强热塑性材料因其强度较差，不能满足结构材料的性能要求，所以发展出了长纤增强热塑性材料；而连续纤维对热塑性材料的增强效果比短纤和长纤更好，大幅提升了机械性能和耐疲劳性能，所以近年来研究活跃。连续纤维增强热塑性材料早期主要着重于航天和军事的应用，从2003年开始逐步应用于汽车材料、运动器材、建筑等行业。随着汽车、电子电器等行业的发展，连续纤维增强热塑性材料的需求也会越来越大，因此加快连续纤维增强热塑性材料的研制和推广具有重要意义。
[0004]连续纤维增强热塑性材料可以长期保存，综合性能优异，成型适应性广，生产效率高，制品可重复加工再生利用，所以在20世纪70年代初开发出来以后研究就十分活跃。国内从20世纪80年代后期也开始了连续纤维增强热塑性材料的研究。连续纤维增强热塑性材料的制备技术主要包括：(1)溶液浸渍技术，(2)熔体涂覆技术，(3)悬浮浸渍技术，(4)共织纤维，(5)粉末浸渍技术和(6)熔融浸渍法。技术(1)
‑
(5)由于生产工艺、生产成本、生产效率等原因限制了其在工业生产中的广泛应用。熔融浸渍法是纤维束通过设计的浸渍模具，在一定的张力作用下从在熔融状态下的树脂中拉出而被浸渍。该方法成型工艺简单，无环境污染，最具工业化前景。
[0005]然而，熔融浸渍法工艺要求在熔融状态下树脂具有较低的粘度、较高的表面张力，并与纤维有较好的浸润性。但是市场上大部分热塑性材料的基体树脂粘度较高，在成型过程中流动性和渗透性差，不能很好地浸渍和分散纤维，使得连续纤维增强复合材料的纤维含量低，力学性能差，从而限制了基体树脂在连续纤维增强复合材料中的应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决现有技术中连续纤维增强复合材料存在的纤维含量低、力学性能差的缺陷，从而提供了一种长碳链聚酰胺树脂组合物、连续纤维增强长碳链聚酰胺复合材料及其制备方法和应用。本专利技术的长碳链聚酰胺树脂组合物在熔融状态下粘度低、流动性好，对纤维的浸润性好；基于该长碳链聚酰胺树脂组合物制得的连续纤维增强长碳链聚酰
胺复合材料的纤维含量高、力学性能好，且具有可回收性。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]技术方案之一：一种长碳链聚酰胺树脂组合物，其包括以下重量份数的组分：长碳链生物基聚酰胺5X树脂81.8
‑
99.8份、抗氧化剂0.2
‑
1.6份、润滑剂0
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0.8份、相容剂0
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15份和偶联剂0
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0.8份。
[0009]所述长碳链生物基聚酰胺5X树脂是指原料单体为通过生物发酵制备而来的戊二胺或长链二元酸。
[0010]较佳地，所述长碳链生物基聚酰胺5X树脂选自PA510、PA511、PA512、PA513、PA514、PA515、PA516、PA517和PA518中的一种或多种。
[0011]较佳地，其中PA510原料单体为通过生物发酵制备而来的戊二胺和癸二酸；其中PA511原料单体为通过生物发酵制备而来的戊二胺和十一碳二酸；其中PA512原料单体为通过生物发酵制备而来的戊二胺和十二碳二酸；其中PA513原料单体为通过生物发酵制备而来的戊二胺和十三碳二酸；其中PA514原料单体为通过生物发酵制备而来的戊二胺和十四碳二酸；其中PA515原料单体为通过生物发酵制备而来的戊二胺和十五碳二酸；其中PA516原料单体为通过生物发酵制备而来的戊二胺和十六碳二酸；其中PA517原料单体为通过生物发酵制备而来的戊二胺和十七碳二酸；其中PA518原料单体为通过生物发酵制备而来的戊二胺和十八碳二酸。
[0012]本专利技术中，所述长碳链生物基聚酰胺5X树脂可以购自凯赛(金乡)生物材料有限公司。
[0013]较佳地，所述长碳链生物基聚酰胺5X树脂满足以下性能：相对粘度1.8
‑
2.7，优选为2.1
‑
2.6；端氨基含量42
‑
60mmol/kg；熔点170℃
‑
320℃，优选180
‑
230℃；生物基含量在43％
‑
100％。
[0014]较佳地，所述长碳链生物基聚酰胺5X树脂含水率2000ppm以下，数均分子量为40
‑
55kg/mol，分子量分布为1.8
‑
2.1。
[0015]其中，所述相对粘度通过乌氏粘度计浓硫酸法测定。所述生物基含量可通过用碳14测定，例如通过生物基含量检测标准方法ASTM D6866检测获得。
[0016]本专利技术中，所述长碳链生物基聚酰胺5X树脂的含量较佳地为90
‑
95份。
[0017]本专利技术中，所述抗氧化剂可选自受阻酚类抗氧化剂、受阻胺类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂中的一种或多种；较佳地为受阻胺类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂的组合。其中，所述受阻酚类抗氧化剂可为本领域常规，例如抗氧化剂1010。所述受阻胺类抗氧化剂可为本领域常规，例如抗氧化剂1098(CAS 23128
‑
74
‑
7)。所述亚磷酸酯类抗氧化剂可为本领域常规，例如抗氧化剂168(CAS 31570
‑
04
‑
4)、抗氧化剂S9228。
[0018]较佳地，所述抗氧化剂选自抗氧化剂168、抗氧化剂1098、抗氧化剂1010和抗氧化剂S9228中的一种或多种。更佳地，所述抗氧化剂为抗氧化剂168和抗氧化剂1098的组合；其中，所述抗氧化剂168和所述抗氧化剂1098的质量比优选为1:1。
[0019]本专利技术中，所述抗氧化剂的含量较佳地为0.4
‑
0.8份，例如0.4、0.5或0.6份。
[0020]本专利技术中，所述润滑剂可包括外润滑剂和内润滑剂；其中，所述外润滑剂和所述内润滑剂的质量比优选为1:1。
[0021]其中，所述外润滑剂可为本领域常规，例如为购自德国科莱恩公司的WAXC。所述内
润滑剂可为本领域常规，例如为购自德国科莱恩公司的WAXE。
[0022]本专利技术中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长碳链聚酰胺树脂组合物，其包括以下重量份数的组分：长碳链生物基聚酰胺5X树脂81.8
‑
99.8份、抗氧化剂0.2
‑
1.6份、润滑剂0
‑
0.8份、相容剂0
‑
15份和偶联剂0
‑
0.8份。2.根据权利要求1所述的长碳链聚酰胺树脂组合物，其特征在于，所述长碳链生物基聚酰胺5X树脂选自PA510、PA511、PA512、PA513、PA514、PA515、PA516、PA517和PA518中的一种或多种；和/或，所述长碳链生物基聚酰胺5X树脂的相对粘度1.8
‑
2.7，端氨基含量42
‑
60mmol/kg，熔点170℃
‑
320℃，生物基含量在43％
‑
100％；和/或，所述长碳链生物基聚酰胺5X树脂的含量为90
‑
95份。3.根据权利要求1所述的长碳链聚酰胺树脂组合物，其特征在于，所述抗氧化剂选自受阻酚类抗氧化剂、受阻胺类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂中的一种或多种；较佳地为受阻胺类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂的组合；较佳地，所述抗氧化剂选自抗氧化剂168、抗氧化剂1098、抗氧化剂1010和抗氧化剂S9228中的一种或多种；更佳地，所述抗氧化剂为抗氧化剂168和抗氧化剂1098的组合；其中，所述抗氧化剂168和所述抗氧化剂1098的质量比优选为1:1；和/或，所述抗氧化剂的含量为0.4
‑
0.8份，例如0.4、0.5或0.6份；和/或，所述润滑剂包括外润滑剂和内润滑剂；其中，所述外润滑剂和所述内润滑剂的质量比优选为1:1；其中，所述外润滑剂例如为WAXC，所述内润滑剂例如为WAXE；和/或，所述润滑剂的含量为0.1
‑
0.8份，例如0.3、0.4或0.5份；和/或，所述相容剂选自聚烯烃接枝马来酸酐类相容剂、聚烯烃接枝甲酯丙烯酸类相容剂和橡胶弹性体接枝马来酸酐类相容剂中的一种或多种；其中，所述聚烯烃接枝马来酸酐类相容剂较佳地为PP
‑
g
‑
MAH或POE
‑
g
‑
MAH；所述聚烯烃接枝甲酯丙烯酸类相容剂较佳地为POE
‑
g
‑
GMA；所述橡胶弹性体接枝马来酸酐类相容剂较佳地为EPDM
‑
g
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MAH；和/或，所述相容剂的含量为3
‑
15份，例如4、5、8、10或12份；和/或，所述偶联剂选自硅烷类偶联剂、碳酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂中的一种或多种；较佳地为硅烷类偶联剂，例如偶联剂KH550、偶联剂KH560或偶联剂KH570；和/或，所述偶联剂的用量为0.1
‑
0.8份，例如0.3、0.4或0.5份。4.一种连续纤维增强长碳链聚酰胺复合材料，其包括权利要求1
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3中任一项所述长碳链聚酰胺树脂组合物和纤维，其中，所述纤维占所述连续纤维增强长碳链聚酰胺复合材料的质量百分比为40％
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75％。5.根据权利要求4所述的连续纤维增强长碳链聚酰胺复合材料，其特征在于，所述纤维占所述连续纤维增强长碳链聚酰胺复合材料的质量百分比为50～70％；和/或，所述纤维的种类为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维；和/或，所述纤维为连续长纤维；较佳地，所述纤维为连续长玻璃纤维；所述连续长玻璃纤维的单丝直径可为8
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15μm；所述连续长玻璃纤维的线密度较佳地为1000
‑
3600Tex；较佳地，所述纤维为连续长碳纤维；所述连续长碳纤维较佳地为聚丙烯腈类碳纤维；所述连续长碳纤维的单丝数量可为20000
‑
30000根；所述连续长碳纤维的单丝直径可为5
‑
10μm；
和/或，所述连续纤维增强长碳链聚酰胺复合材料为单向预浸带的形式；和/或，所述连续纤维增强长碳链聚酰胺复合材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李园平，官冰，刘修才，
申请(专利权)人：CIBT美国公司凯赛太原生物材料有限公司山西合成生物研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：