一種納米改性尼龍材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種以納米粒子改性的尼龍材料及其制備方法。本發(fā)明所述納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成：尼龍基體100重量份、納米碳化硅2-6重量份、納米氮化硅3-7重量份、納米二氧化硅4-10重量份、酚醛樹脂5-15重量份、3-10重量份、以及常溫下為液態(tài)的可揮發(fā)溶劑1-10體積份。本發(fā)明所述納米改性尼龍材料無論是拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、缺口沖劑強(qiáng)度、熱變形溫度、或是摩擦系數(shù)、導(dǎo)熱率及吸水率均明顯優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品，具有極好的應(yīng)用性能。
【專利說明】一種納米改性尼龍材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種以納米粒子改性的尼龍材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的耐磨損板材一般為金屬材料，金屬材料制品在使用過程中磨損較快，使用 壽命短、維修工作量大；而且金屬材料不易進(jìn)行嵌入式安轉(zhuǎn)、操作困難。改性塑料是我國高 新材料發(fā)展的重點。改性塑料制品不僅能夠達(dá)到一些鋼材的強(qiáng)度性能，還具有質(zhì)輕、易加工 成型、高韌性、高抗沖性、耐磨損性等優(yōu)勢。因此，目前"以塑代鋼"的趨勢在很多行業(yè)都顯 現(xiàn)出來。
[0003] 尼龍（PA)又稱聚酰胺，具有優(yōu)異的物理機(jī)械性能，同時具有高強(qiáng)度、耐磨和耐化 學(xué)腐蝕性等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于汽車制造、電子電氣、機(jī)械設(shè)備、航天航空等領(lǐng)域。但尼龍 存在低溫和干態(tài)沖擊性能差、缺口沖擊強(qiáng)度低等缺點。而且隨著工業(yè)的發(fā)展，對尼龍部件的 耐磨損性能要求也越來越高。目前，改善尼龍耐磨損摩擦性能的方法主要有添加聚四氟乙 烯、聚乙烯、超高分子兩的聚乙烯等自身摩擦系數(shù)低的高分子材料進(jìn)行改性，或添加硅油、 礦物油、有機(jī)脂等潤滑油、或添加碳纖維、芳胺纖維、二硫化鑰、石墨等有機(jī)/無機(jī)纖維或粉 狀潤滑材料等方式。
[0004] 這些方法雖然在一定程度上改善了尼龍的摩擦磨損性能，但往往存在著性能比 差、材料物理強(qiáng)度低、材料加工性能差等一系列缺點。而目前的耐磨損尼龍板材耐磨性能提 高，同時要求材料具有高強(qiáng)度、高剛性、良好的尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)良的韌性和良好的加工性等 綜合性能。
[0005] 采用先進(jìn)的納米改性技術(shù)可以制備得到綜合性能優(yōu)異的新型改性塑料。用納米材 料改性塑料是新近發(fā)展的一項技術(shù)，采用納米改性可以改善材料的耐磨擦性能、力學(xué)性能、 熱學(xué)性能、阻燃性能以及阻隔性能等。與傳統(tǒng)的塑料改性方法相比，納米材料不僅能全面改 善塑料的綜合性能，還能賦予其獨特的性能，為塑料改性提供了先進(jìn)、有效的途徑。但是，現(xiàn) 有技術(shù)中報道的諸多納米改性技術(shù)均需要對納米粒子進(jìn)行特殊的改性處理才能有效改善 尼龍材料的性能，操作較為復(fù)雜，且存在著納米材料在改性基體中分散性能差的問題，也會 影響材料的改性效果。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中采用納米技術(shù)改性尼龍材料操 作復(fù)雜且效果不理想的問題，進(jìn)而提供一種具有高強(qiáng)度、高剛性、良好的尺寸穩(wěn)定性及優(yōu)良 的韌性的納米改性尼龍材料。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所述的納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成：尼 龍基體100重量份、納米碳化硅2-6重量份、納米氮化硅3-7重量份、納米二氧化硅4-10重 量份、胺丙基三乙氧基硅烷〇. 3-1重量份、酚醛樹脂5-15重量份、以及常溫下為液態(tài)的可揮 發(fā)溶劑1-10體積份；所述重量份于體積份為g/mL的關(guān)系。
[0008] 優(yōu)選的，所述的納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成：尼龍基體100重量份、 納米碳化硅3-5重量份、納米氮化硅4-6重量份、納米二氧化硅6-9重量份、胺丙基三乙氧 基硅烷0. 5-0. 8重量份、酚醛樹脂7-12重量份、以及常溫下為液態(tài)的揮發(fā)溶劑3-8體積份。
[0009] 最優(yōu)的，所述的納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成：尼龍基體100重量份、 納米碳化硅4重量份、納米氮化硅5重量份、納米二氧化硅7重量份、胺丙基三乙氧基硅烷 0. 6重量份、酚醛樹脂10重量份、以及常溫下為液態(tài)的可揮發(fā)溶劑5體積份。
[0010] 所述尼龍基體由重量比為1-3 :2-4 :4-6的尼龍6、尼龍12及尼龍66組成。
[0011] 優(yōu)選的，所述尼龍6、尼龍12及尼龍66的重量比為2 :3 :5。
[0012] 所述常溫下為液態(tài)的揮發(fā)溶劑選自烴類。
[0013] 本發(fā)明還公開了一種制備上述納米改性尼龍材料的方法，包括如下步驟：
[0014] (1)按照選定的重量份數(shù)取所述納米碳化硅、納米氮化硅、納米二氧化硅混勻，力口 入至選定體積份的揮發(fā)溶劑中，混勻備用；
[0015] (2)按照選定的重量份數(shù)取所述尼龍基體、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛樹脂及混 勻，并加熱至40-50°C反應(yīng)l_2h ;隨后以梯度升溫的方式升溫至100-120°C，并繼續(xù)反應(yīng) 2-3h ；
[0016] (3)將步驟（2)反應(yīng)后的混合物冷卻至室溫后，加入至步驟（1)中混勻的溶劑中混 勻，并將混勻物料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在200-220°C下經(jīng)過擠出、冷卻、造粒，即得。
[0017] 所述步驟（2)中，所述梯度升溫方式是指以15-20°c /梯度的方式進(jìn)行升溫，并在 啟動升溫程序的最初2-3min內(nèi)完成升溫，并維持該溫度下持續(xù)反應(yīng)1-1. 5小時。
[0018] 本發(fā)明還公開了一種根據(jù)上述方法制備得到的納米改性尼龍材料。
[0019] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：
[0020] 1、本發(fā)明所述納米改性尼龍材料，利用精心篩選的納米粒子相互配合，對所述尼 龍材料進(jìn)行改性，并輔以酚醛樹脂及等材料的配合了，所制備得到的尼龍材料無論是拉伸 強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、缺口沖劑強(qiáng)度、熱變形溫度、或是摩擦系數(shù)、導(dǎo)熱率及吸水率均明顯優(yōu)于現(xiàn) 有產(chǎn)品，具有極好的應(yīng)用性能；
[0021] 2、本發(fā)明所述材料，利用將所述納米粒子分散于可揮發(fā)溶劑中，并利用其揮發(fā)性 能，使得納米粒子極好的分散于所述尼龍材料中，進(jìn)一步增強(qiáng)了改性的效果；
[0022] 3、本發(fā)明所述制備方法，利用梯度升溫的形式，進(jìn)一步提升了原材料的改性性能， 所制得產(chǎn)品性能優(yōu)越。
【具體實施方式】
[0023] 實施例1
[0024] 本實施例所述納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成：
[0025] 尼龍基體100kg、納米碳化娃2kg、納米氮化娃7kg、納米二氧化娃4kg、胺丙基三乙 氧基硅烷lkg、酚醛樹脂5kg、以及常溫下為液態(tài)的可揮發(fā)溶劑1L。
[0026] 本實施例所述制備納米改性尼龍材料的方法，包括如下步驟：
[0027] (1)按照選定的重量取所述納米碳化硅、納米氮化硅、納米二氧化硅混勻，加入至 選定體積的揮發(fā)溶劑中，混勻備用；
[0028] (2)按照選定的重量份數(shù)取所述尼龍基體、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛樹脂及混 勻，并加熱至40°C反應(yīng)l_2h;隨后以15°C的溫差為一個梯度進(jìn)行梯度升溫程序，具體為在 2-3min將溫度升高15°C，并維持該溫度下持續(xù)反應(yīng)1-1. 5小時；以此類推，直至體系升溫至 100°C，并繼續(xù)反應(yīng)2-3h ;
[0029] (3)將步驟（2)反應(yīng)后的混合物冷卻至室溫后，加入至步驟（1)中混勻的溶劑中混 勻，并將混勻物料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在200_220°C下經(jīng)過擠出、冷卻、造粒，即得。
[0030] 實施例2
[0031] 本實施例所述納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成：
[0032] 尼龍基體100kg、納米碳化娃6kg、納米氮化娃3kg、納米二氧化娃10kg、胺丙基三 乙氧基硅烷〇. 3kg、酚醛樹脂15kg以及常溫下為液態(tài)的可揮發(fā)溶劑10L。
[0033] 本實施例所述制備納米改性尼龍材料的方法，包括如下步驟：
[0034] (1)按照選定的重量取所述納米碳化硅、納米氮化硅、納米二氧化硅混勻，加入至 選定體積的揮發(fā)溶劑中，混勻備用；
[0035] (2)按照選定的重量份數(shù)取所述尼龍基體、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛樹脂及混 勻，并加熱至40°C反應(yīng)2h;隨后以20°C的溫差為一個梯度進(jìn)行梯度升溫程序，具體為在 2-3min將溫度升高20°C，并維持該溫度下持續(xù)反應(yīng)1小時；以此類推，直至體系升溫至 120°C，并繼續(xù)反應(yīng)3h ;
[0036] (3)將步驟（2)反應(yīng)后的混合物冷卻至室溫后，加入至步驟（1)中混勻的溶劑中混 勻，并將混勻物料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在200-220°C下經(jīng)過擠出、冷卻、造粒，即得。
[0037] 實施例3
[0038] 本實施例所述的納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成：
[0039] 尼龍基體100kg、納米碳化娃3kg、納米氮化娃6kg、納米二氧化娃6kg、胺丙基三乙 氧基硅烷0. 8kg、酚醛樹脂7kg以及常溫下為液態(tài)的揮發(fā)溶劑3L。
[0040] 本實施例所述制備納米改性尼龍材料的方法，包括如下步驟：
[0041] (1)按照選定的重量取所述納米碳化硅、納米氮化硅、納米二氧化硅混勻，加入至 選定體積的揮發(fā)溶劑中，混勻備用；
[0042] (2)按照選定的重量份數(shù)取所述尼龍基體、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛樹脂及混 勻，并加熱至50°C反應(yīng)lh;隨后以15°C的溫差為一個梯度進(jìn)行梯度升溫程序，具體為在 2-3min將溫度升高15°C，并維持該溫度下持續(xù)反應(yīng)1小時；以此類推，直至體系升溫至 110°C，并繼續(xù)反應(yīng)2-3h ;
[0043] (3)將步驟（2)反應(yīng)后的混合物冷卻至室溫后，加入至步驟（1)中混勻的溶劑中混 勻，并將混勻物料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在200-220°C下經(jīng)過擠出、冷卻、造粒，即得。
[0044] 實施例4
[0045] 本實施例所述的納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成：
[0046] 尼龍基體100kg、納米碳化娃5kg、納米氮化娃4kg、納米二氧化娃9kg、胺丙基三乙 氧基硅烷0. 5kg、酚醛樹脂12kg以及常溫下為液態(tài)的揮發(fā)溶劑8L。
[0047] 本實施例所述制備納米改性尼龍材料的方法，包括如下步驟：
[0048] (1)按照選定的重量取所述納米碳化硅、納米氮化硅、納米二氧化硅混勻，加入至 選定體積的揮發(fā)溶劑中，混勻備用；
[0049] (2)按照選定的重量份數(shù)取所述尼龍基體、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛樹脂及混 勻，并加熱至50°C反應(yīng)l-2h ;隨后以20°C的溫差為一個梯度進(jìn)行梯度升溫程序，具體為 在2-3min將溫度升高20°C，并維持該溫度下持續(xù)反應(yīng)1小時；以此類推，直至體系升溫至 110°C，并繼續(xù)反應(yīng)2-3h ;
[0050] (3)將步驟（2)反應(yīng)后的混合物冷卻至室溫后，加入至步驟（1)中混勻的溶劑中混 勻，并將混勻物料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在200-220°C下經(jīng)過擠出、冷卻、造粒，即得。
[0051] 實施例5
[0052] 本實施例所述的納米改性尼龍材料，由如下原料制備而成：
[0053] 尼龍基體100kg、納米碳化娃4kg、納米氮化娃5kg、納米二氧化娃7kg、胺丙基三乙 氧基硅烷0. 6kg、酚醛樹脂10kg以及常溫下為液態(tài)的可揮發(fā)溶劑5L。
[0054] 本實施例所述制備納米改性尼龍材料的方法，包括如下步驟：
[0055] (1)按照選定的重量取所述納米碳化硅、納米氮化硅、納米二氧化硅混勻，加入至 選定體積的揮發(fā)溶劑中，混勻備用；
[0056] (2)按照選定的重量份數(shù)取所述尼龍基體、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛樹脂及混 勻，并加熱至45°C反應(yīng)l_2h;隨后以18°C的溫差為一個梯度進(jìn)行梯度升溫程序，具體為在 2-3min將溫度升高18°C，并維持該溫度下持續(xù)反應(yīng)1. 5小時；以此類推，直至體系升溫至 117°C，并繼續(xù)反應(yīng)2h ;
[0057] (3)將步驟（2)反應(yīng)后的混合物冷卻至室溫后，加入至步驟（1)中混勻的溶劑中混 勻，并將混勻物料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在200-220°C下經(jīng)過擠出、冷卻、造粒，即得。
[0058] 效果例
[0059] 對上述實施例1-5制得的改性尼龍材料進(jìn)行性能指標(biāo)測試，具體測試數(shù)據(jù)詳見下 表。
[0060]
【權(quán)利要求】
1. 一種納米改性尼龍材料，其特征在于，由如下原料制備而成：尼龍基體100重量份、 納米碳化硅2-6重量份、納米氮化硅3-7重量份、納米二氧化硅4-10重量份、酚醛樹脂5-15 重量份、以及常溫下為液態(tài)的可揮發(fā)溶劑1-10體積份； 所述重量份于體積份為g/mL的關(guān)系。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米改性尼龍材料，其特征在于，由如下原料制備而成：尼龍 基體100重量份、納米碳化娃3-5重量份、納米氮化娃4-6重量份、納米二氧化娃6-9重量 份、酚醛樹脂7-12重量份、以及常溫下為液態(tài)的揮發(fā)溶劑3-8體積份。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米改性尼龍材料，其特征在于，由如下原料制備而成： 尼龍基體100重量份、納米碳化硅4重量份、納米氮化硅5重量份、納米二氧化硅7重量份、 酚醛樹脂10重量份、以及常溫下為液態(tài)的可揮發(fā)溶劑5體積份。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的納米改性尼龍材料，其特征在于，所述尼龍基體由重 量比為1-3 :2-4 :4-6的尼龍6、尼龍12及尼龍66組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的納米改性尼龍材料，其特征在于，所述尼龍6、尼龍12及尼龍 66的重量比為2 :3 :5。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的納米改性尼龍材料，其特征在于，所述常溫下為液態(tài) 的揮發(fā)溶劑選自烴類。
【文檔編號】C08K3/36GK104086982SQ201410277302
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】林學(xué)芹 申請人:林學(xué)芹