[发明专利]一种POSS/PA6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，具体涉及一种POSS/PA6复合材料及其制备方法。

背景技术

笼型聚倍半硅氧烷(简称POSS)是近年来新兴的一类真正分子水平上的有机/无机杂化纳米材料，其分子通式为（RSiO_1.5）n，n  一般为6、8、10、12等，其中以n为8最为典型。POSS兼具有无机纳米粒子的纳米尺寸及笼状结构，同时具有机聚合物的优点，如：

1、POSS无机硅氧骨架结构决定其具有突出的耐热性、阻燃性和抗辐射性；

2、POSS可以提高聚合物的韧性，这是由于POSS纳米粒子能终止微裂纹尖端的发展，并能引发银纹或剪切带，或使分子链重新排列。在POSS笼型结构的顶角Si原子上可根据需要连接反应性或非反应性的有机官能团，达到与聚合物基体反应性相容或分子级分散的目的，从而大幅提高复合材料的性能；

3、POSS的有机官能团使其与聚合物及有机单体在纳米结构尺寸上有很好的相容性，同时使得POSS单体更加容易接枝至聚合物中去，因此POSS独特的结构与性能为增强聚合物复合材料，提高材料的耐温性、抗氧化性、阻燃性、表面硬度及力学性能诸方面提供了机遇。

聚酞胺(简称PA)具有耐磨损、抗冲击、耐疲劳、耐油、耐腐蚀和使用温度范围广等优点，是最早和最广泛应用的热塑性工程塑料。其中，聚己内酰胺（简称PA6）是PA系列中产量最大、用途最广的品种之一。

但PA6不足之处是低温冲击韧性差、缺口敏感、吸水率大。为了提高PA6的低温冲击韧性等机械性能，通常采用改性的方法对其进行改性。由于POSS独特的结构与性能，用来改性PA6是一种新型的改善PA6性能的方法，但由于两都相容性不好，需要对无机粒子表面进行有机化处理，或添加增容剂，来增加无机纳米粒子POSS与PA6基体的相容性，促进其在聚合物基体中的分散。如丁筠等在《PA6/POSS纳米杂化材料的结构与性能》研究中，采用熔融共混法制备了环氧化笼型聚倍半硅氧烷/PA6纳米杂化材料。其采用的POSS单体环氧官能团的平均官能度为4，由于单体中含有双键，过多的POSS在聚合物体系中易产生聚合，该POSS单体在体系中最大添加量仅为3%，对复合材料强度提升有限。该研究中所用的POSS单体结构如下：

以上文献在POSS改性PA6方面已经做了相关研究，但仍存在不足，由于所采用的POSS具有两种官能团：环氧基团和乙烯基，其中乙烯基在高温条件下会发生聚合反应，影响POSS单体在聚合物基体中的分散，导致该种POSS的添加量有限，影响改性PA6的低温冲击韧性等机械性能的提高。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种POSS/PA6复合材料，使该材料具有强度高、耐温范围广、抗氧化性和抗水性高的特点。

本发明的另一个目的是提供一种上述POSS/PA6复合材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种POSS/PA6复合材料，所述复合材料是由以下组分按重量份组成：

聚己内酰胺（PA6）                70-99份，

笼型低聚倍半硅氧烷（POSS）       1-30份，

抗氧剂                           0.1-1份，

润滑剂                           0.1-1份。

上述方案中，所述笼型低聚倍半硅氧烷的分子结构式为下述四种结构之一：式（1）

上式（1）中：R为

R’为苯基或环戊基。

第二种笼型低聚倍半硅氧烷的分子结构式为：式（2）

上式（2）中：R为

R’为苯基、环戊基或异丁基。

第三种笼型低聚倍半硅氧烷分子结构式为：式（3）

上式（3）中：R为

R’为苯基、环戊基或异丁基。

第四种笼型低聚倍半硅氧烷分子结构式为：式（4）

上式（4）中：R为

R’为苯基、环戊基或异丁基。

上述式（1）－式（4）的四种笼型低聚倍半硅氧烷是由单体A与单体B经聚合而成；所述单体A为γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷；所述单体B为苯基三甲氧基硅烷、环戊基三甲氧基硅烷或异丁基三甲氧基硅烷。

所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、胺类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。