[发明专利]一种原位聚合制备玻纤增强尼龙6的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种原位聚合制备玻纤增强尼龙6的方法，特别是涉及一种以短玻璃纤维为增强材料、己内酰胺为尼龙6聚合单体，采用水解开环一步原位聚合法制备玻纤增强尼龙6的方法。 

背景技术

尼龙6（以下简称PA6）工程塑料具有优良的力学性能和电性能，同时还具有耐磨、耐油、自润滑、耐腐蚀以及良好的加工性能等优点；但PA6的吸水性大、低温及干态冲击韧性差、尺寸稳定性欠佳，使其应用范围受到一定的限制。为适应不同领域的特殊要求，需要对PA 6 进行改性，尤其是如何得到集高刚性、高强度和高韧性于一体的增强增韧改性材料，更是人们一直努力追求的目标。 

玻璃纤维具有较高的性价比，包括尺寸稳定性、耐腐蚀性、耐热性和易加工等特性，因此，玻璃纤维一直是人们用于PA6树脂增强骨架材料的首选。玻璃纤维增强是PA6改性的一种重要途径，同未增强的PA6相比，增强后拉伸强度、弯曲强度、硬度、抗蠕变性、热变形温度以及耐疲劳性等均得到大幅提高。自1956年美国fiberfil公司首先工业化生产玻璃纤维增强PA以来，经过上世纪60年代的推广、应用，从70年代开始，产量直线上升。 

传统的玻璃纤维增强PA6的制备方法中，按所用玻璃纤维长短可分为：短玻璃纤维、长玻璃纤维通过双螺杆挤出机与PA6熔融共混挤出造粒两种方法；按玻璃纤维在PA6基体中的分布长短，玻璃纤维增强PA6分为短切玻纤增强PA6和长切玻纤增强PA6。长切玻纤增强PA6的制备方法是PA6先通过双螺杆挤出机熔融，然后由挤出机模头流出采用特殊方式与长玻璃纤维充分浸渍，再冷却切粒，因此，只要切粒机刀间距确定，粒子多长，玻纤长度就有多长。 

采用传统的双螺杆挤出机制备玻璃纤维增强PA6时，由于玻璃纤维在高强度螺杆剪切力作用下剪切变短，所得复合材料中的纤维平均长度约0.2-0.4μm，如此短的纤维长度限制了制成品性能的提高，尤其是制品冲击强度显著降低；虽然采用橡胶改性树脂为基材可提高其冲击强度，但材料的刚性却会因此降低，两者不能兼顾，其应用也由此受到限制。 

长切玻璃纤维增强热塑性复合材料与其短切玻璃纤维类同物相比，具有更好的综合物性，如机械强度高、更低的磨损性和更好的表面光泽性，特别是当玻璃纤维长度越过6.35mm时材料的强度、刚性、耐蠕变变性和耐疲劳性等均有所改进。但是，该方法一方面是必须采用双螺杆挤出机与特殊的模头连接设备，造粒加工过程复杂；另一方面，该方法与传统的的双螺杆挤出造粒一样，也必须使已聚合的高分子PA6二次受热降解，力学性能降低，降低了材料的使用性能。 

至今，通过反应挤出制备玻纤增强PA6的技术有CN1554528和101735449A两个专利，这两个专利所采用的方法均是首先将己内酰胺单体与催化剂混合聚合完成后，将PA6聚合体引入双螺杆反应挤出机，在双螺杆反应挤出机后半段加入玻璃纤维进行反应挤出增强改性，同时完成抽真空脱除未反应完的己内酰胺单体。这两个专利技术均是先将己内酰胺聚合后才与玻纤混合挤出，因此，一方面，由于PA6聚合体的分子量大而导致其与玻纤不能充分混合，对玻纤的浸润效果差，玻纤容易外漏，从而会使制品表面粗糙；另一方面，由于聚合体与玻纤还需经过双螺杆挤出机挤出，玻纤必然在螺杆的高剪切力作用下剪碎变短，从而降低玻纤的增强效果。 

发明内容

为了克服现有制备玻纤增强PA6技术上的不足，发明了一种原位聚合制备玻纤增强尼龙6的方法。 

本发明中的原位聚合制备玻纤增强尼龙6的方法按以下步骤实施：1）短玻璃纤维10～30份（重量分数，以下同）、己内酰胺90～70份、水0.1～10份、润滑剂0.1～5份、抗氧化剂0.05～1份；2）将按上述配方称好的各物质加入到带有夹套盘管的高压聚合反应釜中，盖紧加料人孔盖，抽真空并用高纯惰性气体置换釜内空气，尽量使釜内氧气含量控制在0.005%以下；3）升温：先在220℃～270℃、带压密闭反应1.5小时～3小时；4）然后卸完釜内压力， 在250℃～260℃，表压-0.01～-0.08MPa下抽真空反应0.5小时～1.5小时；5）再通过反应釜底部出料阀出料拉带，条带经过水槽后进入切粒机切粒即得到本发明的产品。 

本发明中的短玻璃纤维可以是表面经过硅烷偶联剂处理或不经处理的市售的E型无碱或中碱短玻璃纤维，长度可以在0.5～1.0cm之间。 

本发明中的己内酰胺可以是市售的工业聚合级产品，纯度在90%以上。 

本发明中的水可以是工业生产用自来水或去离子水。