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CN103965619A - 一种高强度超耐热mc尼龙复合材料制备方法及其应用 - Google Patents

一种高强度超耐热mc尼龙复合材料制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于高分子材料制备技术领域的一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法及其在轨道交通上的应用。该方法采用双轴双桨逆向高速剪切技术将热致结晶聚合物，硅烷偶联剂和短纤维分散制成热致结晶聚合物短纤维，其他步骤采用常规做法。本发明利用双轴双桨逆向高速剪切力，将预处理过的短纤维和热致液晶聚合物均匀分散在己内酰胺活性料中，短纤维起到异相成核的作用并诱导横向结晶，提高聚合物的结晶度并使晶体尺寸细化，使其强度、耐磨、韧性、耐热等性能指标提高，同时热致结晶聚合物形成的微纤化表面和长径比比普通增强纤维的高，进一步对材料进行加强，同时提高其耐热性能和吸水性，使其能够满足高铁的使用需求。

Description

一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法及其应用
技术领域
本发明属于高分子材料制备技术领域，具体涉及一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法及其在轨道交通上的应用。
背景技术
中国已经成为世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家，引领着世界高铁发展的新潮流。随铁路运输的提速，高分子材料零部件在新型铁路轨道中发挥着越来越大的作用，塑料工业的飞速发展使工程塑料品种、数量得到进一步提高，尤其是增强增韧复合材料，国内铁道轨道用材料需要大量塑料材料。
目前应用在高铁行业的材料大多采用的是PA66改性材料，由于其吸水率大，尺寸稳定性差，而且成型多采用注塑法，该方法材料反应与产品成型分步进行，能耗大、生产效率低，不易加热均匀，产品成型需求压力大，挤塑机结构庞大、投资大，且产品难以大型化等缺点，另外PA66的价格远高于MC尼龙的原料己内酰胺价格。
尼龙材料具有较高的强度和韧性，优异的抗疲劳性及较大幅度的改性范围，在轨道交通行业具有较好的应用前景，用其研制的轨道交通用系列产品因具有强度高、弹性好、质量轻、减振、降噪、绝缘、耐磨、抗腐蚀、耐疲劳等优点，已在轨道交通行业得到广泛的应用，但是国内普通单牌号尼龙材料难以满足高铁的高强度、高韧性、高耐久性等要求。为了满足客运专线的高承载、高质量、少维护、高速度和轻载化的要求，铁路系统迫切需要适合于我国高速铁路的尼龙材料。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提出一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法及其应用。制备的材料可用于高速铁路等轨道交通中。
一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法，按照如下步骤进行：
1)按照重量份数，将2000份己内酰胺投入熔融釜，加热至120-130度，启动真空泵抽真空至0.01-0.05Mpa，抽真空3-10min后，关闭真空泵，加入氢氧化钠2-5份，抽真空3-10min，熔融釜内温度维持在135-145度；
2)将10-80份热致结晶聚合物，10-20份硅烷偶联剂和50-200份短纤维送入双轴双桨逆向高速剪切机，剪切分散0.5-1小时，得到热致结晶聚合物短纤维；
3)将致热结晶聚合物短纤维放入步骤(1)所述的熔融釜中，摇晃熔融釜5-20圈；
4)向熔融釜中加入6-10份固化剂，摇晃3-10圈混匀后加入到预热的模具内；
5)将模具置于离心机中旋转，转速控制在800-1000转/min，离心3-10min，保温5-15min，出模；
6)将出模的转动轮浸入沸水中浸泡8-24h，取出，经过机械加工制成。
所述短纤维为甲苯二异氰酸酯接枝改性短纤维。
所述双轴双桨逆向高速剪切分散搅拌机的结构如下：机壳1上部设有电机2，电机2下部设有减速机3，减速机3下部设有轴承座4和轴承5，轴承5与第一传动轴6相连，第一传动轴6的下端设有上部搅拌桨7，上部搅拌桨7通过一对相互咬合的齿轮8与第二传动轴9相连，第二传动轴9下部设有下部搅拌桨10，所述机壳1的上部分别设有进料口11和排气口12，下部设有出料口13。
所述固化剂为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯或列克纳胶。
所述步骤2)中加入20-35份植物纤维。
所述植物纤维为榆树皮纤维。
所述硅烷偶联剂为乙烯基三过氧化叔丁基硅烷，丁二烯基三乙氧基硅烷，异丁基三乙氧基硅烷，γ-巯丙基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述热致结晶聚合物为Xydar(PHBA/PPBP/TPA)、Ekonol(PHBA/PPBP/TPA)、Vectra(PHBA/HNA)、X7G/Rodrun(PHBA/PET)中的一种或一种以上。
上述方法制备的高强度超耐热MC尼龙复合材料在高速铁路等轨道交通中的应用。
本发明的有益效果：本发明采用TDI接枝改性短纤维并用己内酰胺封端稳定处理，同时加入硅烷偶联剂预处理热致液晶聚合物，得到能与己内酰胺活性料具有良好相容性的改性材料；基于己内酰胺活性料粘度较低，利用双轴双桨逆向高速剪切力，将预处理过的短纤维和热致液晶聚合物均匀分散在己内酰胺活性料中；短纤维起到异相成核的作用并诱导横向结晶，提高聚合物的结晶度并使晶体尺寸细化，使其强度、耐磨、韧性、耐热等性能指标提高10-30％，同时热致结晶聚合物形成的微纤化表面和长径比比普通增强纤维的高，进一步对材料进行加强，同时提高其耐热性能和吸水性，使其能够满足高铁的使用需求。
附图说明
图1为本发明双轴双桨逆向高速剪切分散搅拌机结构示意图；
图2为高速剪切分散搅拌机A-A方向剖视图；
图中，1-机壳，2-电机，3-减速机，4-轴承座，5-轴承，6-第一传动轴，7-上部搅拌桨，8-齿轮，9-第二传动轴，10-下部搅拌桨，11-进料口，12-排气口，13-出料口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
下述实施例采用双轴双桨逆向高速剪切分散搅拌机对步骤2)的材料进行搅拌分散，其结构如下(图1和图2)：机壳1上部设有电机2，电机2下部设有减速机3，减速机3下部设有轴承座4和轴承5，轴承5与第一传动轴6相连，第一传动轴6的下端设有上部搅拌桨7，上部搅拌桨7通过一对相互咬合的齿轮8与第二传动轴9相连，第二传动轴9下部设有下部搅拌桨10，所述机壳1的上部分别设有进料口11和排气口12，下部设有出料口13。该搅拌机运转时，矩形框结构的上部搅拌桨和下部搅拌桨相互反向旋转，从而将物料充分分散。
实施例1
一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法，按照如下步骤进行：
1)按照重量份数，将2000份己内酰胺投入熔融釜，加热至125度，启动真空泵抽真空至0.04Mpa，抽真空8min后，关闭真空泵，加入氢氧化钠3份，抽真空8min，熔融釜内温度维持在140度；
2)将50份热致结晶聚合物，15份乙烯基三过氧化叔丁基硅烷和120份短纤维送入双桨逆向高速剪切机，剪切分散0.8小时，得到热致结晶聚合物短纤维；
3)将致热结晶聚合物短纤维放入步骤(1)所述的熔融釜中，摇晃熔融釜15圈；
4)向熔融釜中加入8份甲苯二异氰酸酯，摇晃7圈混匀后加入到预热的模具内；
5)将模具置于离心机中旋转，转速控制在800转/min，离心6min，保温10min，出模；
6)将出模的转动轮浸入沸水中浸泡16h，取出，经过机械加工制成。
所述短纤维为甲苯二异氰酸酯接枝改性短纤维。
所述热致结晶聚合物为Xydar。
所制备的MC尼龙复合材料性能与PA66和普通MC尼龙的对比如表1所示，各项性能均优于PA66和普通MC尼龙。
表1
上述方法制备的高强度超耐热MC尼龙复合材料可用于高速铁路等轨道交通中。
实施例2
一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法，按照如下步骤进行：
1)按照重量份数，将2000份己内酰胺投入熔融釜，加热至125度，启动真空泵抽真空至0.04Mpa，抽真空8min后，关闭真空泵，加入氢氧化钠3份，抽真空8min，熔融釜内温度维持在140度；
2)将50份热致结晶聚合物，30份榆树皮纤维，15份乙烯基三过氧化叔丁基硅烷和120份短纤维送入双桨逆向高速剪切机，剪切分散0.8小时，得到热致结晶聚合物短纤维；
3)将致热结晶聚合物短纤维放入步骤(1)所述的熔融釜中，摇晃熔融釜15圈；
4)向熔融釜中加入8份甲苯二异氰酸酯，摇晃7圈混匀后加入到预热的模具内；
5)将模具置于离心机中旋转，转速控制在800转/min，离心6min，保温10min，出模；
6)将出模的转动轮浸入沸水中浸泡16h，取出，经过机械加工制成。
所述短纤维为甲苯二异氰酸酯接枝改性短纤维。
所述热致结晶聚合物为Ekonol。
所制备的MC尼龙复合材料性能与PA66和普通MC尼龙的对比如表2所示，各项性能均优于PA66和普通MC尼龙。从表2中还可以看出，加入植物纤维--榆树皮纤维后，各项性能更佳。
表2
上述方法制备的高强度超耐热MC尼龙复合材料可用于高速铁路等轨道交通中。
实施例3
一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法，按照如下步骤进行：
1)按照重量份数，将2000份己内酰胺投入熔融釜，加热至120度，启动真空泵抽真空至0.01Mpa，抽真空10min后，关闭真空泵，加入氢氧化钠2份，抽真空10min，熔融釜内温度维持在135度；
2)将10份热致结晶聚合物，10份γ-巯丙基三乙氧基硅烷和50份短纤维送入双桨逆向高速剪切机，剪切分散0.5小时，得到热致结晶聚合物短纤维；
(3)将致热结晶聚合物短纤维放入步骤(1)所述的熔融釜中，摇晃熔融釜5圈；
4)向熔融釜中加入6份二苯甲烷二异氰酸酯，摇晃3圈混匀后加入到预热的模具内；
5)将模具置于离心机中旋转，转速控制在800转/min，离心3min，保温5min，出模；
6)将出模的转动轮浸入沸水中浸泡8h，取出，经过机械加工制成。
所述短纤维为甲苯二异氰酸酯接枝改性短纤维。
所述热致结晶聚合物为Vectra。
所制备的MC尼龙复合材料性能与PA66和普通MC尼龙的对比如表3所示，各项性能均优于PA66和普通MC尼龙。
表3
上述方法制备的高强度超耐热MC尼龙复合材料可用于高速铁路等轨道交通中。
实施例4
一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法，按照如下步骤进行：
1)按照重量份数，将2000份己内酰胺投入熔融釜，加热至130度，启动真空泵抽真空至0.05Mpa，抽真空10min后，关闭真空泵，加入氢氧化钠5份，抽真空10min，熔融釜内温度维持在145度；
2)将80份热致结晶聚合物，20份丁二烯基三乙氧基硅烷，50份榆树皮纤维和200份短纤维送入双桨逆向高速剪切机，剪切分散1小时，得到热致结晶聚合物短纤维；
3)将致热结晶聚合物短纤维放入步骤(1)所述的熔融釜中，摇晃熔融釜20圈；
4)向熔融釜中加入10份列克纳胶，摇晃10圈混匀后加入到预热的模具内；
5)将模具置于离心机中旋转，转速控制在1000转/min，离心10min，保温15min，出模；
6)将出模的转动轮浸入沸水中浸泡24h，取出，经过机械加工制成。
所述短纤维为甲苯二异氰酸酯接枝改性短纤维；所述榆树皮纤维的制作方法为：将榆树皮晒干，浸入2％氢氧化钠溶液中浸泡10天，采用柔丝机揉碎，用清水洗净，晾干而成。
所述热致结晶聚合物为Vectra。
所制备的MC尼龙复合材料性能与PA66和普通MC尼龙的对比如表4所示，各项性能均优于PA66和普通MC尼龙，本实施例与实施例3相比，加入植物纤维-榆树皮纤维后，性能进一步提高。
表4
上述方法制备的高强度超耐热MC尼龙复合材料可用于高速铁路等轨道交通中。

Claims (9)

1.一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：
1)按照重量份数，将2000份己内酰胺投入熔融釜，加热至120-130度，启动真空泵抽真空至0.01-0.05Mpa，抽真空3-10min后，关闭真空泵，加入氢氧化钠2-5份，抽真空3-10min，熔融釜内温度维持在135-145度；
2)将10-80份热致结晶聚合物，10-20份硅烷偶联剂和50-200份短纤维送入双轴双桨逆向高速剪切分散搅拌机，剪切分散0.5-1小时，得到热致结晶聚合物短纤维；
3)将致热结晶聚合物短纤维放入步骤(1)所述的熔融釜中，摇晃熔融釜5-20圈；
4)向熔融釜中加入6-10份固化剂，摇晃3-10圈混匀后加入到预热的模具内；
5)将模具置于离心机中旋转，转速控制在800-1000转/min，离心3-10min，保温5-15min，出模；
6)将出模的转动轮浸入沸水中浸泡8-24h，取出，经过机械加工制成。
2.根据权利要求1所述一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法，其特征在于，所述短纤维为甲苯二异氰酸酯接枝改性短纤维。
3.根据权利要求1所述一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法，其特征在于，所述双轴双桨逆向高速剪切分散搅拌机的结构如下：机壳(1)上部设有电机(2)，电机(2)下部设有减速机(3)，减速机(3)下部设有轴承座(4)和轴承(5)，轴承(5)与第一传动轴(6)相连，第一传动轴(6)的下端设有上部搅拌桨(7)，上部搅拌桨(7)通过一对相互咬合的齿轮(8)与第二传动轴(9)相连，第二传动轴(9)下部设有下部搅拌桨(10)，所述机壳(1)的上部分别设有进料口(11)和排气口(12)，下部设有出料口(13)。
4.根据权利要求1所述一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法，其特征在于，所述固化剂为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯或列克纳胶。
5.根据权利要求1所述一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤2)中加入20-35份植物纤维。
6.根据权利要求5所述一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法，其特征在于，所述植物纤维为榆树皮纤维。
7.根据权利要求1所述一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为乙烯基三过氧化叔丁基硅烷，丁二烯基三乙氧基硅烷，异丁基三乙氧基硅烷，γ-巯丙基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
8.根据权利要求1所述一种高强度超耐热MC尼龙复合材料制备方法，其特征在于，所述热致结晶聚合物为Xydar、Ekonol、Vectra、X7G/Rodrun中的一种或一种以上。
9.权利要求1制备的高强度超耐热MC尼龙复合材料在高速铁路轨道交通中的应用。
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