[发明专利]一种短切玻璃纤维增强尼龙复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种短切玻璃纤维增强尼龙复合材料及其制备方法。

背景技术

尼龙作为工程塑料，与其他塑料相比，有其显著的特点。尼龙是一种半硬质塑料，质地坚韧，有较好的机械性能，特别是耐冲击性能，是其他塑料不可比拟的。它的摩擦系数低，磨耗小，可作自润滑材料，因而可制作传动件。此外，尼龙还具有优良的耐化学腐蚀性、电性能，成型加工方便等优点。但尼龙作为结构件，由于它蠕变性大，耐热性低，收缩率大，尺寸稳定性差，这就限制了尼龙的使用范围。采用玻璃纤维来增强，可以改善上述缺点，扩大使用范围。一般情况下，经玻璃纤维增强后，拉伸强度、弯曲强度提高2～3倍，刚性增加2～5倍，蠕变值降低为未增强的四分之一。

用玻璃纤维与热塑性树脂混合后能提高基体的物理力学性能，其增强效果主要依赖于纤维材料与树脂基体的牢固粘接，使塑料所受负荷能转移到高强度纤维上，并将负荷由局部传递到较大范围甚至于整个物体。玻璃纤维增强尼龙主要有短切玻璃纤维增强和长玻璃纤维增强两种方法，传统的长玻纤(LFT)增强工艺是预浸带工艺，工艺复杂且成本较高，而短切玻璃纤维增强尼龙操作简单，生产效率高，其制备的复合材料性能也较优。

另外，复合材料中基体与纤维体的界面结合是影响材料性能的重要因素，偶联剂的使用可以明显增强基体与纤维体的界面结合作用，可以很好地提高复合材料的物理性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种短切玻璃纤维增强尼龙复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明通过在尼龙中加入短切玻璃纤维和偶联剂，制备短切玻璃纤维增强尼龙复合材料，加入适量的增强玻璃纤维，能有效地传递应力，使塑料的力学性能如冲击性能、弹性模量、耐疲劳、耐蠕变性、刚性等得到明显的提高，同时还可以使制品的尺寸稳定，成型收缩率降低，热变形性小。

一种短切玻璃纤维增强尼龙复合材料，由包含以下重量份的组分制成：

尼龙            100份，

偶联剂          0~1.0份，

抗氧剂          0.1~0.5份，

润滑剂          0.2~1.0份，

玻璃纤维        10~40份。

所述的尼龙选自尼龙6或尼龙66。

所述的偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）或3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷（KH570）。

所述的抗氧剂选自四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）、三［2,4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯（抗氧剂168）或β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯（抗氧剂1076）。

所述的润滑剂选自硅酮粉、TAF（改性乙撑双脂肪酸酰胺，苏州兴泰国光化学助剂有限公司）或RH-313A（季戊四醇硬脂酸酯，东莞市健行塑胶制品有限公司）中的一种。

所述的玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，长度为0.2~15.0mm。

一种上述短切玻璃纤维增强尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按重量份含量将100份干燥的尼龙、0.1~0.5份抗氧剂、0.2~1.0份润滑剂混合均匀；

（2）将0~1.0份偶联剂溶解在无水乙醇中，配制成偶联剂-乙醇溶液，利用喷雾法将溶液喷洒在10~40份玻璃纤维上，并将喷有偶联剂溶液的玻璃纤维在烘箱中干燥；

（3）将步骤（1）中混合料经上游喂料口，送入双螺杆挤出机，同时将步骤（2）中10~40份玻璃纤维经下游喂料口，送入双螺杆挤出机熔融挤出、造粒。

所述的步骤（1）中尼龙的干燥条件为：90~110℃烘箱中干燥6~10h。

所述的步骤（1）中混合的装置为高速混合机，混合时间为3~7min；

所述的步骤（2）中偶联剂-乙醇溶液的浓度为0.5~2.0wt%，喷有偶联剂溶液的玻璃纤维干燥条件为：80~120℃的烘箱中干燥30~90min。

所述的步骤（3）双螺杆挤出机中熔融挤出温度为220~280℃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

（1）在尼龙中加入短切玻璃纤维，制备短切玻璃纤维增强尼龙复合材料，可以有效地提高复合材料的力学性能，同时还可以使制品的尺寸稳定，成型收缩率降低，热变形性小。