[发明专利]一种铸型尼龙复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸型尼龙复合材料，特别是采用石墨烯改性的铸型尼龙复合材料，高分子复合材料技术领域。

背景技术

铸型尼龙（monomer casting nylon，即MC尼龙），是在常压下将熔融的原料己内酰胺单体用强碱性的物质作催化剂，与助催化剂一起，直接注入预热到一定温度的模具中，物料在模具内很快的进行聚合反应，凝结成坚韧的固体制件。铸型尼龙聚合度高，分子量与结晶度大，具有比其它工程塑料更优良的性能，被广泛用来制造耐磨减摩零件，特别适用于制造注塑成型和压制成型无法解决的大型制品。在许多领域中逐步替代铜、铝、钢铁等多种金属材料。一般的MC尼龙在实际应用中存在着强度模量较低，韧性较差，耐磨性欠佳。随着MC尼龙在航空、汽车、电子电气等行业的广泛应用以及各种器械向微型化、高性能化、高速重载等方向的发展，对MC尼龙的韧性、刚性、摩擦磨损性等提出了更高要求，因此目前的MC尼龙正朝着高性能、多功能的方向发展。

人们已经进行了大量的研究工作。如中国发明专利CN87105909.6公开了一种添加增强剂玻璃纤维粉、润滑剂二硫化钼和石墨的铸型尼龙复合材料，研究表明所得复合材料具有优良自润滑性能和尺寸稳定性，另外抗压、抗冲击强度较高。如中国发明专利CN101121787 B公开了一种添加增强剂纳米稀土、改性剂十二内酰胺的铸型尼龙复合材料，其韧性以及耐磨性高，且吸水率低、磨耗系数小。中国发明专利CN 100526383C公开了一种添加改性剂聚氨酯制备铸型尼龙复合材料的制备方法，冲击强度随聚氨酯预聚体用量的增加而增大，摩擦学性能和抗静电性能有了明显改善，但其强度却逐渐降低。

石墨烯（graphene）即单层石墨，是由碳六元环组成的两维点阵结构，不仅有优异的电学性能，质量轻，导热性好，比表面积大，而且它的杨氏模量（1TPa）和内在强度（130GPa）非常高，适合用作填料获得性能优良的复合材料，近年来已经成为研究热点。

中国发明专利CN 101928457 A公开了一种添加0.1-5%左右的石墨烯的铸型尼龙复合材料，所得铸型尼龙复合材料与未加石墨烯的铸型尼龙材料相比机械性能提高了5-20%，但其抗冲击性能和摩擦性能较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯改性的铸型尼龙复合材料，在保持复合材料机械性能的前提下，进一步提高复合材料的抗冲击性能和抗磨损性能。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种铸型尼龙复合材料，是由掺有石墨烯的己内酰胺催化聚合而成，其中己内酰胺与石墨烯的重量比为100：0.005-0.095。

己内酰胺与石墨烯的重量比优选为100：0.035-0.075。

己内酰胺与石墨烯的重量比优选为100：0.045-0.06。

本发明的铸型尼龙复合材料的制备方法如下：将己内酰胺加热至70～130℃，使之熔化，将己内酰胺单体与石墨烯按照上述重量比混合，利用在持续搅拌条件下的超声方法，使石墨烯均匀分散在己内酰胺单体中；持续搅拌条件下的超声方法的超声功率为10～50000w，频率为10～50000Hz，搅拌速率为100～3000rpm，分散时间0.5-5h；

将混合后的石墨烯和己内酰胺分散液加入反应瓶中，于温度110～150℃，在真空度为0.07～0.099MPa脱水5～40分钟，加入催化剂，继续真空脱水5～40分钟，真空度保持0.07～0.099MPa；其中催化剂与己内酰胺的单体的重量比为0.1～1：100；

按照助催化剂与己内酰胺单体的重量比为0.1-5：100加入助催化剂，迅速混合均匀后浇铸到预热温度至150～180℃的模具中保温30～100分钟后冷却，获得石墨烯改性的铸型尼龙复合材料。即最终得到的铸型尼龙复合材料中含有己内酰胺100份，石墨烯0.035-0.075份，催化剂0.1-1份，助催化剂0.1-5份。

本发明中的催化剂采用己内酰胺聚合的常用碱性催化剂，如氢氧化钠、甲醇钠，也可以采用CN 101928457A中的催化剂，即钠、钾、锂、氢氧化钾，碳酸钠，这些催化剂可以单独使用也可以配合使用。助催化剂采用己内酰胺聚合的常用助催化剂，如三苯甲烷三异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯，也可以采用CN 101928457A中的助催化剂，即乙酰基己内酰胺、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯，这些助催化剂可以单独使用也可以配合使用。凡是可以催化己内酰胺聚合成铸型尼龙的催化剂和助催化剂均可使用，对催化剂和助催化剂的选择不会对本发明的结果造成较大影响。