[发明专利]一种纤维/长碳链尼龙原位复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维复合材料，具体讲，涉及一种纤维/长碳链尼龙原位复合材料及制备方法。

背景技术

尼龙，即聚酰胺，是一种以酰胺基团为重复链结构的半晶型聚合物。一般而言具有较好的综合性能，同时价格也相对低廉。尼龙6和尼龙66是尼龙产品的主要类型，但尼龙本身多样化的配方，使尼龙材料具备了满足各种特殊要求的能力。随着酰胺基团密度的下降，尼龙熔点逐渐降低，分子链由亲水转变为憎水，当酰胺键氮间的碳原子数大于十，即可称为长碳链尼龙。目前长碳链尼龙产品主要应用于非结构性管材，但由于其超越其他尼龙品种的低吸湿性和尺寸稳定性，拓宽其应用领域便显得尤为有价值。使用原位复合方法对长碳链尼龙进行高性能化改性是一种可行且重要的方法。

尼龙复合材料的通常制备方法为熔融共混挤出、浇铸或采用预浸料技术，关于此类方法的研究和实施已较为普遍。如，国际专利WO2009/050269(中国同类CN101874046)、中国申请CN101875779，分别使用玻璃纤维和膨胀石墨/碳纤维作为填充物，经挤出或注塑方法得到最终产物。

美国专利US005837181A公开了一种以尼龙12为基体的可塑性复合材料。该复合材料以氨基月桂酸活化十二内酰胺和15％重量分数十二内酰胺混合单体与连续纤维带/片形成预浸料后热压成型得到。

相较于上述两种方法，原位复合方法能够实现极佳的分散性，相界面也较模糊。更重要的是，原位复合方法能够利用现有铸造和加工工艺，实现制品的单件定制及特殊结构要求和连续化规模化生产。由二元胺和二元酸缩聚得到的尼龙，为保证缩合聚合的当量比，通常先制备尼龙盐，长碳链尼龙亦然。目前，对长碳链尼龙/纤维原位复合材料的研究尚未见报道，本发明提供了一种简单的方法，通过对长碳链尼龙和高性能纤维进行原位复合来提高长碳链尼龙的韧性和强度。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种纤维/长碳链尼龙原位复合材料。

本发明的第二发明目的在于提供该复合材料的制备方法。

为了完成本发明的目的，采用的技术方案为：

本发明涉及一种纤维/长碳链尼龙原位复合材料，其组成为：高性能纤维1～20wt％、长碳链尼龙盐80～99wt％；优选高性能纤维5～16wt％、长碳链尼龙盐84～95wt％。

本发明的第一优选技术方案为：所述的长碳链尼龙盐选自尼龙1010盐、尼龙1012盐、尼龙1212盐、尼龙1313盐、尼龙610盐或尼龙612盐。

本发明的第二优选技术方案为：所述的高性能纤维选自芳纶纤维、碳纤维或玻璃纤维中的至少一种。

本发明的第三优选技术方案为：所述的高性能纤维以短纤维或纤维编织结构体中的其中一种形式与长碳链尼龙进行复合。

本发明的第四优选技术方案为：所述的短纤维长度为0.1mm～8mm，优选0.5～5mm；纤维直径0.5μm～25μm，优选纤维直径为0.5μm～15μm。

本发明的第五优选技术方案为：所述的纤维编织结构体的组织结构为平纹、斜纹、方平组织结构中的至少一种，织物的经、纬纱密度为10～180根/10cm，优选经、纬纱密度为15～160根/10cm。

本发明的第六优选技术方案为：所述的高性能纤维的短纤维与长碳链尼龙的原位复合材料可以通过原位聚合反应制备，或者直接通过反应性挤出成型方法制备。

本发明的第七优选技术方案为：所述的纤维结构体与长碳链尼龙进行复合时，所采用的反应器为管状、同心圆筒状或板状，制备得到的复合材料的形状为棒材、管材和板材。

本发明还涉及该纤维/长碳链尼龙原位复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将高性能纤维的短纤维或者编织结构体首先进行表面处理，并干燥；

(2)将二元酸和乙醇混合，滴加到二元胺的乙醇溶液中，边搅拌边添加；滴加完毕后，将混合溶液倒入冰水浴；收集悬浮物，干燥后得到长碳链尼龙盐；或将二元酸与二元胺分别溶于水中，混合后升温，降温收集结晶物，干燥后得到长碳链尼龙盐；

(3)反应过程

将长碳链尼龙盐、高性能纤维的短纤维按比例混合均匀，加入反应器，使用高纯氮加压，升温并保压；反应器压力为190～210KPa，温度为210～240℃，保压1～2小时；

或者将长碳链尼龙盐加入已经铺置纤维编织结构体的反应器中，使用高纯氮加压、升温并保压；反应器压力为190～210KPa，温度为210～240℃，保压1～2小时；