一种高强度高模量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高强度高模量尼龙复合材料及其制备方法，复合材料原料按重量份包括：支化聚酰胺共聚物50

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高模量尼龙复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子材料
，具体涉及一种高强度高模量尼龙复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚酰胺(Polyamide，简称PA，)是分子主链上含有重复酰胺基团
‑
[NHCO]‑
的热塑性树脂总称，包括脂肪族PA，脂肪
‑
芳香族PA和芳香族PA。其中脂肪族PA品种多，产量大，应用广泛，其命名由合成单体具体的碳原子数而定。
[0003]公布号为CN113651956A的中国专利申请文献中公开了一种超高韧性支化聚酰胺共聚物的制备方法、制得的聚酰胺共聚物，其中以癸二酸为直链二元酸，以2
‑
甲基戊二胺为带有不发生反应侧基的二元胺获得无法支化酰胺盐溶液，以1，3
‑
二氨基
‑2‑
丙醇为带有发生反应侧基发生酯化反应的二元胺，与癸二酸混合获得支化酰胺盐；无法支化酰胺盐与支化酰胺盐按98:2的摩尔比制备的支化聚酰胺共聚物，具有优异的力学单轴拉伸性能，韧性以及回弹性，可满足多种工程应用场景比如模压、吹膜、挤出、注塑以及3D打印等。尼龙材料主要用于作为一些机械的结构性部件，或者是汽车的气刹管以及输油管等的领域，这就要求材料具有较高的强度以及模量。然而上述支化聚酰胺共聚物纯料的性能无法满足这些要求，这就要求对上述纯的支化聚酰胺共聚物进行改性处理。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于如何提高上述支化聚酰胺共聚物纯料的强度和模量，使其满足某些汽车管道、机械结构材的机械性能的要求。
[0005]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题：
[0006]一种高强度高模量尼龙复合材料，其原料按重量份包括：支化聚酰胺共聚物50
‑
90份、玻璃纤维或PVA纤维10
‑
50份、润滑剂0.1
‑
2份、抗氧剂0.1
‑
2份；
[0007]其中，所述支化聚酰胺共聚物的制备工艺包括以下步骤：用溶剂溶解癸二酸获得癸二酸溶液，用溶剂溶解2
‑
甲基戊二胺获得2
‑
甲基戊二胺溶液，用溶剂溶解1，3
‑
二氨基
‑2‑
丙醇获得1，3
‑
二氨基
‑2‑
丙醇溶液；将2
‑
甲基戊二胺溶液滴加至癸二酸溶液中，混合，获得无法支化酰胺盐溶液；将1，3
‑
二氨基
‑2‑
丙醇溶液滴加至癸二酸溶液中，混合后收集沉淀，获得支化酰胺盐；将无法支化酰胺盐溶液与支化酰胺盐加入到反应釜中，加入催化剂，进行熔融缩聚，获得支化聚酰胺共聚物；其中，无法支化酰胺盐与支化酰胺盐的摩尔比为98:2。
[0008]有益效果：具体选择了玻璃纤维或PVA纤维对支化聚酰胺共聚物纯料进行改性，通过控制支化聚酰胺共聚物、玻璃纤维或PVA纤维的重量比为50
‑
90：10
‑
50，使制得的尼龙复合材料的单轴拉伸强度最高提高到153MPa，制品杨氏模量最高超过2.5GPa，冲击韧性较纯料最高提高6倍以上。
[0009]优选地，其原料还包括≤5重量份的增韧剂和≤5重量份的甘油。
[0010]优选地，所述增韧剂为乙烯
‑
辛烯共聚物接枝马来酸酐(POE
‑
g
‑
MAH)。
[0011]优选地，其原料按重量份包括：支化聚酰胺共聚物60份、玻璃纤维40份、润滑剂2份、抗氧剂0.5份。
[0012]优选地，所述支化聚酰胺共聚物的制备工艺包括以下步骤：
[0013](1)将202g癸二酸用600ml乙醇加热至60℃溶解，116g 2
‑
甲基戊二胺用200ml乙醇稀释后逐滴加入到溶解好的二酸溶液中，混合10h后，测量其pH值，并调整为6.5
‑
7.5，加热蒸发溶剂浓缩为体积为原体积70％得到无法支化酰胺盐溶液；
[0014](2)将4.2g癸二酸用15ml乙醇加热溶解，1.8g 1，3
‑
二氨基
‑2‑
丙醇用10ml乙醇稀释后逐滴加入到溶解好的二酸溶液中，混合10h后，测量其pH值，并调整为6.5
‑
7.5，将产生的沉淀物过滤收集起来，在真空干燥箱中50℃烘干12h，得到支化酰胺盐；
[0015](3)将浓缩后得到的无法支化酰胺盐溶液与支化酰胺盐加入到高温高压反应釜中，加入无法支化酰胺盐与支化酰胺盐总重量1％的催化剂次磷酸钠，首先升温至100℃保持2h除去乙醇溶剂与水，升温至150℃进行2h预聚，通过吹扫气脱去反应产生的水，形成具有一定粘度的预聚物；再升温至200
‑
280℃通过抽真空脱去反应产生的水，6h后结束反应，停止加热，在氮气氛围下加压出料，得到支化聚酰胺共聚物；
[0016]得到的支化聚酰胺共聚物中无法支化酰胺盐的质量为318g，无法支化酰胺盐的相对分子质量为318g/mol，支化酰胺盐的质量为6g，支化酰胺盐的相对分子质量为292g/mol，二者摩尔比为98:2。
[0017]优选地，所述玻璃纤维为长度3
‑
17mm的无碱短切玻纤；所述PVA纤维为强度≥11.5CN/dtex，模量≥260CN/dtex的聚乙烯醇纤维，其长度为5
‑
6mm。
[0018]优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂168中的一种或多种的混合物；所述润滑剂为N,N
’‑
乙撑双硬脂酰胺、碳酸钙，石蜡中的一种或多种的混合物。
[0019]本专利技术还提出一种所述的高强度高模量尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0020]S1、将支化聚酰胺共聚物、玻璃纤维或PVA纤维、增韧剂真空干燥；
[0021]S2、将真空干燥后的支化聚酰胺共聚物、玻璃纤维或PVA纤维、增韧剂与剩余原料放入高速混合机中混合均匀获得混合物；
[0022]S3、将S2中的混合物用双螺杆挤出机挤出，经过风冷后造粒得到所述高强度高模量尼龙复合材料。
[0023]有益效果：制备过程简单成本低，产品形貌优良，无明显浮纤现象。
[0024]优选地，在S2中，所述高速混合机的转速为250
‑
350r/min，搅拌5
‑
10min。
[0025]优选地，在S3中，所述双螺杆挤出机的工作温度在180
‑
230℃之间。
[0026]优选地，所述工作温度不包括一区温度。
[0027]优选地，在S1中，置于烘箱真空干燥48h。
[0028]优选地，所述玻璃纤维为巨石集团牌号ER13
‑
2000988A的玻璃纤维。
[0029]优选地，所述PVA纤维为安徽皖维集团提供的。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度高模量尼龙复合材料，其特征在于：其原料按重量份包括：支化聚酰胺共聚物50
‑
90份、玻璃纤维或PVA纤维10
‑
50份、润滑剂0.1
‑
2份、抗氧剂0.1
‑
2份；其中，所述支化聚酰胺共聚物的制备工艺包括以下步骤：用溶剂溶解癸二酸获得癸二酸溶液，用溶剂溶解2
‑
甲基戊二胺获得2
‑
甲基戊二胺溶液，用溶剂溶解1，3
‑
二氨基
‑2‑
丙醇获得1，3
‑
二氨基
‑2‑
丙醇溶液；将2
‑
甲基戊二胺溶液滴加至癸二酸溶液中，混合，获得无法支化酰胺盐溶液；将1，3
‑
二氨基
‑2‑
丙醇溶液滴加至癸二酸溶液中，混合后收集沉淀，获得支化酰胺盐；将无法支化酰胺盐溶液与支化酰胺盐加入到反应釜中，加入催化剂，进行熔融缩聚，获得支化聚酰胺共聚物；其中，无法支化酰胺盐与支化酰胺盐的摩尔比为98:2。2.根据权利要求1所述的高强度高模量尼龙复合材料，其特征在于：其原料还包括≤5重量份的增韧剂和≤5重量份的甘油。3.根据权利要求2所述的高强度高模量尼龙复合材料，其特征在于：所述增韧剂为乙烯
‑
辛烯共聚物接枝马来酸酐。4.根据权利要求1所述的高强度高模量尼龙复合材料，其特征在于：其原料按重量份包括：支化聚酰胺共聚物60份、玻璃纤维40份、润滑剂2份、抗氧剂0.5份。5.根据权利要求1所述的高强度高模量尼龙复合材料，其特征在于：所述支化聚酰胺共聚物的制备工艺包括以下步骤：(1)将202g癸二酸用600ml乙醇加热至60℃溶解，116g 2
‑
甲基戊二胺用200ml乙醇稀释后逐滴加入到溶解好的二酸溶液中，混合10h后，测量其pH值，并调整为6.5
‑
7.5，加热蒸发溶剂浓缩为体积为原体积的70％得到无法支化酰胺盐溶液；(2)将4.2g癸二酸用15ml乙醇加热溶解，1.8g 1，3
‑
二氨基
‑2‑
丙醇用10ml乙醇稀释后逐滴加入到溶解好的二酸溶液中，混合10h后，测量其pH值，并调整为6.5<...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪钟凯，刘成，柳巨澜，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：