本發(fā)明屬于耐高溫尼龍復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高韌性高強(qiáng)度耐高溫尼龍復(fù)合材料及制備方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，汽車工業(yè)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)效率、汽車油耗和尾氣排放量的要求也越來越高；同時(shí)，隨著電子行業(yè)中表面貼裝技術(shù)的發(fā)展，對(duì)材料的耐高溫性能要求越來越高；為了解決此類問題，材料需要具備輕、耐溫、高強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定、阻燃等性能。耐高溫尼龍成為較理想的材料之一。耐高溫尼龍的發(fā)展使產(chǎn)品微型化、輕量化和動(dòng)力強(qiáng)勁化成為可能，耐高溫尼龍可為某些部件帶來更高的耐溫性能，或干脆替代了部件所用的金屬材料。
碳纖維增強(qiáng)高溫尼龍復(fù)合材料具有高的強(qiáng)度和模量，但是，沖擊強(qiáng)度過低、韌性太差，如dms(帝斯曼)產(chǎn)品stanylts200b3ensi為15％碳纖維增強(qiáng)pa46，拉伸強(qiáng)度為185mpa，但其懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度僅僅只有5kj/m2。30％碳纖增強(qiáng)pa46產(chǎn)品stanylts200b3ensi的拉伸強(qiáng)度為240mpa，而其懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度僅僅只有8kj/m2。為了解決碳纖維增強(qiáng)高溫尼龍制品沖擊強(qiáng)度過低、韌性較差的問題，需要尋找一種既能對(duì)碳纖維增強(qiáng)高溫尼龍具有增韌作用，而又能夠保持復(fù)合材料的強(qiáng)度和耐熱性的增韌劑。
納米材料被公認(rèn)為是21世紀(jì)最具有前途的材料，高分子納米材料的研究也是當(dāng)前工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家材料科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。超細(xì)全硫化粉末橡膠是一種具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)、粒徑在納米級(jí)的粉末橡膠。與傳統(tǒng)的粉末橡膠相比，其主要應(yīng)用領(lǐng)域是：(1)作為塑料增韌改性劑以及制備新型的全硫化熱塑性彈性體，特點(diǎn)是：在樹脂中極易分散，不易粘連；不含隔離劑，粒徑小，有些品種已達(dá)50～100nm；具有顯著的增韌效果。(2)同時(shí)提高一些塑料的韌性、強(qiáng)度和耐熱溫度。超細(xì)全硫化粉末橡膠具有適合橡塑共混加工的特點(diǎn)，如：粉末橡膠顆粒表面的交聯(lián)度最高，橡膠粒子表面的硬度較大，從而保證了粒子間的獨(dú)立分散性，橡膠粒子能夠良好地分散在塑料基體中，不易凝聚成團(tuán)。另外，超細(xì)全硫化粉末橡膠顆粒內(nèi)部的低交聯(lián)度依然能夠保持橡膠的彈性。由于超細(xì)全硫化粉末橡膠的粒徑小，表面積小，容易形成“準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)"分布結(jié)構(gòu)，因此，用超細(xì)全硫化粉末橡膠增韌塑料時(shí)，不但可大幅度提高塑料的韌性，還可使增韌塑料保持較高的強(qiáng)度和耐熱溫度。當(dāng)納米級(jí)橡膠粒子在塑料中達(dá)到均勻分散時(shí)，還可使塑料的強(qiáng)度和耐熱溫度高于純的空白塑料樣品。
專利cn1480489a提供了一種由聚酰胺和混合橡膠組分經(jīng)共混得到的增韌聚酰胺組合物及其制備方法，雖然也用到了超細(xì)全硫化粉末橡膠，但基體樹脂局限于尼龍66、尼龍46或尼龍1010，沒有用到耐高溫尼龍，也未進(jìn)行碳纖維增強(qiáng)改性；專利cn10155535a提供了一種納米橡膠增韌尼龍材料的制備方法，采用原位聚合方法；專利cn103450664a提供了一種耐低溫增韌尼龍復(fù)合材料，未用到超細(xì)全硫化粉末橡膠，基體樹脂局限于尼龍66、尼龍6，沒有用到耐高溫尼龍。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高韌性高強(qiáng)度耐高溫尼龍復(fù)合材料。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種所述高韌性高強(qiáng)度耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
一種高韌性高強(qiáng)度耐高溫尼龍復(fù)合材料，由以下重量份的組分制成：
所述增韌母粒是由質(zhì)量比為1:1的耐高溫尼龍樹脂與超細(xì)全硫化粉末橡膠制成。
所述耐高溫尼龍樹脂是熔點(diǎn)為285-315℃的pa46、pa9t、pa10t、pa6t、聚鄰苯二甲酰胺(ppa)中的至少一種。
所述超細(xì)全硫化粉末橡膠為超細(xì)全硫化丁苯橡膠(平均粒徑為100nm)、超細(xì)全硫化羧基丁苯橡膠(平均粒徑為150nm)、超細(xì)全硫化丙烯酸酯橡膠(平均粒徑為150nm)、超細(xì)全硫化丁腈橡膠(平均粒徑為100nm)、超細(xì)全硫化羧基丁腈橡膠(平均粒徑為50nm)、超細(xì)全硫化硅橡膠(平均粒徑為100nm)中的至少一種。
所述碳纖維為短切碳纖維，長(zhǎng)度為2-32mm，纖維直徑為7-13微米。
所述助劑由以下重量份的組分制成：
抗氧劑0.1-0.6份；
潤(rùn)滑劑0.1-0.7份；
成核劑0.01-0.05份。
所述抗氧化劑選自受阻酚類抗氧劑和亞磷酸酯類抗氧劑的復(fù)配物；優(yōu)選為抗氧劑1098(n,n'-雙-(3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺)和抗氧劑168(三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯)的復(fù)配。
所述潤(rùn)滑劑為季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸鈣或硬脂酸鋰中的至少一種。
所述成核劑為長(zhǎng)碳鏈羧酸鈣鹽，優(yōu)選為cva102。
一種所述高韌性高強(qiáng)度耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
將干燥的58-94份耐高溫尼龍樹脂、干燥的6-42份增韌母粒和0.21-1.35份助劑混合均勻，所得混合料置于雙螺桿擠出機(jī)主喂料料斗中，將10-60份碳纖維置于側(cè)喂料料斗中，經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)擠出、牽條和切粒，得到所述高韌性高強(qiáng)度耐高溫尼龍復(fù)合材料。
所述干燥的耐高溫尼龍樹脂和所述干燥的增韌母粒均在溫度為100-120℃的條件下，干燥2-8h。
所述增韌母粒的制備方法包括以下步驟：將質(zhì)量比為1:1的耐高溫尼龍樹脂與超細(xì)全硫化粉末橡膠混合均勻，擠出造粒得到所述增韌母粒。
所述雙螺桿擠出機(jī)的溫度為275-325℃，主喂料頻率為2-20hz，側(cè)喂料頻率為0.5-11.5hz，主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為50-350rad/min。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
本發(fā)明所使用的超細(xì)全硫化粉末橡膠增韌效果明顯，在提高韌性的同時(shí)保持了碳纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍的拉伸強(qiáng)度和熱變形溫度，從而解決了碳纖維增強(qiáng)高溫尼龍韌性過低的問題；主要由于超細(xì)全硫化粉末橡膠在尼龍基體中能夠較好的分散。由于超細(xì)全硫化粉末橡膠的粒徑小、表面積小，容易形成“準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)"分布結(jié)構(gòu)，因此，用超細(xì)全硫化粉末橡膠增韌碳纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料時(shí)，不但可大幅度提高復(fù)合材料的韌性，還可使復(fù)合材料保持較高的強(qiáng)度和耐熱溫度。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
本發(fā)明中實(shí)施例1-11的配方見表1和表2所示，對(duì)比例1-3的配方見表3所示。
實(shí)施例1-11中所使用的超細(xì)全硫化丁苯橡膠的平均粒徑為100nm；超細(xì)全硫化羧基丁苯橡膠的平均粒徑為150nm；超細(xì)全硫化丙烯酸酯橡膠的平均粒徑為150nm；超細(xì)全硫化丁腈橡膠的平均粒徑為100nm；超細(xì)全硫化羧基丁腈橡膠的平均粒徑為50nm；超細(xì)全硫化硅橡膠的平均粒徑為100nm。
本發(fā)明實(shí)施例1-11高韌性高強(qiáng)度耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法如下：
將耐高溫尼龍樹脂和增韌母粒分別在110℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥4h。
增韌母粒的制備方法包括以下步驟：將質(zhì)量比為1:1的耐高溫尼龍樹脂與超細(xì)全硫化粉末橡膠混合均勻，經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)熔融共混擠出造粒得到所述增韌母粒。
將已烘干的耐高溫尼龍樹脂、已烘干的增韌母粒和助劑置于高速混合機(jī)中混合5min，得 混合料；將混合料置于雙螺桿擠出機(jī)主喂料料斗中，將碳纖維置于側(cè)喂料料斗中，經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)擠出、牽條和切粒，得到所述高韌性高強(qiáng)度耐高溫尼龍復(fù)合材料。雙螺桿擠出機(jī)的溫度為275-325℃，主喂料頻率為2-20hz，通過控制側(cè)喂料頻率來調(diào)節(jié)碳纖維在復(fù)合材料中的含量，側(cè)喂料頻率為0.5-11.5hz，主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為50-350rad/min。
對(duì)比例1-3的制備方法包括以下步驟：
將耐高溫尼龍樹脂在110℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥4h；
按照比例將已烘干的耐高溫尼龍樹脂、增韌劑和助劑置于高速混合機(jī)中混合5min，得混合料；將混合料置于雙螺桿擠出機(jī)主喂料料斗中，將短碳纖維置于側(cè)喂料料斗中，經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)擠出、牽條和切粒得高韌性高強(qiáng)度耐高溫尼龍復(fù)合材料，雙螺桿擠出機(jī)的溫度為275-325℃，主喂料頻率為10hz，通過控制側(cè)喂料頻率來調(diào)節(jié)碳纖維在復(fù)合材料中的含量，側(cè)喂料頻率為0.5-5.5hz，主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為300rad/min。
表1
表2
表3
實(shí)施例1-3得到的高韌性高強(qiáng)度耐高溫尼龍復(fù)合材料及對(duì)比例1-3得到材料的性能見表4所示。
表4
由表4的測(cè)試數(shù)據(jù)得出如下結(jié)論：(1)超細(xì)全硫化粉末橡膠增韌效果明顯，在提高韌性的同時(shí)保持了碳纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍的拉伸強(qiáng)度和熱變形溫度；主要由于超細(xì)全硫化粉末橡膠在尼龍基體中能夠較好的分散。由于超細(xì)全硫化粉末橡膠的粒徑小、表面積小，容易形成“準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)"分布結(jié)構(gòu)，因此，用超細(xì)全硫化粉末橡膠增韌碳纖維增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料時(shí)，不但可大幅度提高復(fù)合材料的韌性，還可使復(fù)合材料保持較高的強(qiáng)度和耐熱溫度。(2)由表4中數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)施例2的綜合性能比較好，為最佳實(shí)施例，制備的超細(xì)全硫化粉末橡膠增韌耐高溫尼龍復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度最高；(3)對(duì)比例1-3中所用的增韌劑均為mah接枝彈性體，接枝率為1％，由于這些增韌劑均不耐高溫，在275-325℃擠出加工過程中會(huì)有少部分分解，導(dǎo)致增韌效果不如超細(xì)全硫化粉末橡膠明顯，其它性能也明顯低于實(shí)施例1-3中的性能。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。