專利名稱：一種含短纖維和熱致液晶聚合物的復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種短纖維復(fù)合材料，特別涉及到一種含短纖維和熱致液晶聚合物的混雜復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料是一種多相復(fù)合體系，在復(fù)合體系中可以是異質(zhì)異相的也可以是同質(zhì)異相的。因此通過不同質(zhì)的組成、不同相的結(jié)構(gòu)、不同含量及不同方式的復(fù)合，可以制造出滿足各種用途的復(fù)合材料。向聚合物中添加熱致液晶聚合物(TLCP)可以降低復(fù)合材料的熔體粘度，并提高材料的強(qiáng)度和模量。
過去對含熱致液晶聚合物復(fù)合材料的研究主要集中在基體樹脂/TLCP二元共混體系，即原位復(fù)合材料(in-situ composites)，且基體樹脂多為高粘度高性能樹脂，如聚碳酸酯、聚砜、聚醚醚酮等。目的是通過加入TLCP來提高復(fù)合材料的流動(dòng)性能，使這類高粘度高性能工程塑料或特種塑料的加工性能得到改善。對熱塑性樹脂/宏觀短纖維/熱致液晶聚合物三元共混體系的研究的報(bào)道不多，對尼龍6/短纖維/TLCP三元共混體系的研究尚未見報(bào)道。Baird等人(D.G.Baird，G.L. Wilkes.Polym EngSci，1983，23632)報(bào)道了一類含液晶聚合物的共混材料，他們?yōu)榻档鸵壕Ь酆衔锏闹破妨W(xué)性能的各向異性、降低熱致液晶聚合物共混物的價(jià)格、擴(kuò)大其使用范圍，采用了商品化的填充了35％玻璃纖維(GF)和云母的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)基材料與熱致液晶聚合物對羥基苯甲酸/聚對苯二甲酸乙二酯(PHB/PET 60/40)共混，觀察到復(fù)合材料具有三明治的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。隨后他們還研究了聚醚酰亞胺/玻璃纖維/熱致液晶聚合物(PEI/GF/TLCP)三三元共混體系(E.G.Joseph，G.L.Wilkes，D.G.Baird.Polym Eng Sci，1985，25377)，他們發(fā)現(xiàn)在相同TLCP含量下，隨著玻纖含量的增加，材料拉伸模量和彎曲模量增加，各向異性減少。Kulichikhin等人(V.G.Kulichikhin，I.L.Parsamyan，Yu.S.Lipatov，V.F.Shumskii，I.P.Getmanchuk，V.F.Babich，A.R.Postema.PolymEng Sci，1997，371314)對聚丙烯/玻璃纖維/熱致液晶聚合物(PP/GF/TLCP)共混體系進(jìn)行了研究，其中初步研究了材料的流變性能。研究發(fā)現(xiàn)，在220℃下，共混體系的粘度隨TLCP的含量增加而降低，但是PP/GF/TLCP三元共混體系的粘度始終高于PP/TLCP二元共混體系。何嘉松等人(何嘉松，張洪志，李革，許向青.高分子學(xué)報(bào)，1993，1115)探討了熱致液晶聚合物對短玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯加工性、結(jié)構(gòu)與性能的改善，表征了PP/GF/TLCP共混體系的流變性能。TLCP的加入改善了材料的流動(dòng)性，使三元共混體系的粘度低于PP/GF復(fù)合體系。何嘉松等人(何嘉松，張洪志.中國發(fā)明專利.ZL 96104860.3；何嘉松，王育立.中國發(fā)明專利，ZL 97100522.2；何嘉松，王育立，中國發(fā)明專利，ZL97111710.1)以聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)和聚醚醚酮(PEEK)為基體樹脂，研究了這三種樹脂與短纖維(玻璃纖維或碳纖維)及熱致液晶聚合物(TLCP)的混雜共混體系的性能。何嘉松等人(J.He，H.Zhang，Y.Wang.Polymer，1997，384279)首次提出原位混雜復(fù)合材料(in-situ hybridcomposites)的概念，并研究了聚醚砜/碳纖維/熱致液晶聚合物(PES/CF/TLCP)三元混雜體系的形態(tài)、流變行為及力學(xué)性能。Tjong等人(S.C.Tjong，Y.Z.Meng.Polymer，1999，407275)研究了含K2Ti6O13晶須和TLCP的聚丙烯(PP)共混體系。用馬來酸酐接枝PP(MPP)作為增容劑來改善組份間的界面粘接。加入TLCP后體系扭矩降低，說明材料流動(dòng)性能得到了改善。力學(xué)性能測試表明，三元共混體系的硬度和拉伸強(qiáng)度比MPP/K2Ti6O13復(fù)合材料的高。他們認(rèn)為，力學(xué)性能的提高是MPP改善了體系相容性和TLCP微纖和K2Ti6O13晶須混雜增強(qiáng)的共同結(jié)果。
尼龍6是應(yīng)用廣泛的工程塑料，具有良好的力學(xué)性能、耐熱性、自潤滑性，廣泛應(yīng)用于家電、汽車等領(lǐng)域。向尼龍6中添加短纖維(如玻璃纖維)可使材料強(qiáng)度和模量及熱變形溫度顯著提高，吸濕率下降。玻纖增強(qiáng)尼龍已經(jīng)成為應(yīng)用廣泛的增強(qiáng)塑料。但玻纖增強(qiáng)尼龍因含有不能熔融的玻璃纖維因而加工流動(dòng)性變差，從而使它的應(yīng)用受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服尼龍6/短纖維復(fù)合體系熔融流動(dòng)性差的缺點(diǎn)，而提供一種含短纖維和熱致液晶聚合物的復(fù)合材料。該增強(qiáng)材料具有很好的流動(dòng)性能，在制備大型薄壁制件及結(jié)構(gòu)精細(xì)的制件時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢。
本發(fā)明的一種含短纖維和熱致液晶聚合物的復(fù)合材料，以重量百分比計(jì)，由以下組份和含量組成尼龍6 30-75短纖維9-50熱致液晶聚合物1-20所述短纖維為玻璃纖維(GF)、碳纖維(CF)、Kevlar纖維或晶須。
所述熱致液晶聚合物(TLCP)為主鏈型芳香共聚酯，熔融范圍為190-360℃。TLCP可以是下述的幾種商品化熱致液晶聚合物。如對羥基苯甲酸/6-羥基-2-萘甲酸(PHB/HNA)的全芳香無規(guī)共聚酯(如Vectra A900或Vectra A 950，Ticona Co.，美國)，6-羥基-2-萘甲酸/對苯二甲酸和對氨基苯酚(HNA/TA/APO)的全芳香無規(guī)共聚酯(如Vectra B900或Vectra B950，Ti cona Co.，美國)，對羥基苯甲酸/對苯二甲酸乙二酯(PHB/PET)的無規(guī)共聚酯(如LC3000，LC5000，Unitika Co.，日本；或X7G，EastmanCo.，美國)，或?qū)Ρ蕉姿岷蜌漉?TA/HQ/other monomer)的無規(guī)共聚酯(如HX1000，HX4000，HX6000，HX8000等，DuPont Co.，美國)。
本發(fā)明的一種含短纖維和熱致液晶聚合物的復(fù)合材料的制法按以下步驟進(jìn)行將尼龍630-75份、短纖維9-50份，以及熱致液晶聚合物(TLCP)1-20份，用熔融共混的方法制備復(fù)合材料。
本發(fā)明的含短纖維和熱致液晶聚合物的尼龍6復(fù)合材料在熔融加工時(shí)，基體樹脂尼龍6與TLCP均為熔體，由于TLCP具有很強(qiáng)的剪切變稀的流變性能，從而降低了整個(gè)復(fù)合材料的粘度，改善了復(fù)合材料的加工性能。而且短纖維可以和TLCP產(chǎn)生流變學(xué)上的混雜效應(yīng)，使尼龍6/短纖維/TLCP三元復(fù)合材料的粘度低于任一純樹脂和任一二元共混物的粘度，即低于基體樹脂尼龍6、TLCP、尼龍6/TLCP共混物及尼龍6/GF復(fù)合材料的熔體粘度。


圖1.尼龍6 N1及其復(fù)合材料的流變曲線圖2.尼龍6 N2及其復(fù)合材料的流變曲線圖3.尼龍6 N3及其復(fù)合材料的流變曲線圖4.尼龍6 N4及其復(fù)合材料的流變曲線
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案及效果作進(jìn)一步的描述。但是，所使用的具體方法、配方和說明并不是對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種含短纖維和熱致液晶聚合物的復(fù)合材料，以重量百分比計(jì)，由以下組份和含量組成尼龍6 30-75短纖維9-50熱致液晶聚合物1-20
2.根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其特征在于所述短纖維為玻璃纖維、碳纖維、Kevlar纖維或晶須。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其特征在于所述熱致液晶聚合物為主鏈型芳香共聚酯，熔融范圍為190-360℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的復(fù)合材料，其特征在于所述熱致液晶聚合物為對羥基苯甲酸/6-羥基-2-萘甲酸的全芳香無規(guī)共聚酯、6-羥基-2-萘甲酸/對苯二甲酸和對氨基苯酚的全芳香無規(guī)共聚酯、對羥基苯甲酸/對苯二甲酸乙二酯的無規(guī)共聚酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的復(fù)合材料，其特征在于所述熱致液晶聚合物為對羥基苯甲酸/6-羥基-2-萘甲酸的全芳香無規(guī)共聚酯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含短纖維和熱致液晶聚合物的復(fù)合材料。以重量份計(jì)，由以下組份和含量組成30－75尼龍6，9－50短纖維，1－20熱致液晶聚合物。所述短纖維為玻璃纖維(GF)、碳纖維(CF)、Kevlar纖維或晶須。所述熱致液晶聚合物(TLCP)為主鏈型芳香共聚酯，熔融范圍為190－360℃。本發(fā)明復(fù)合材料具有很好的流動(dòng)性能，在制備大型薄壁制件及結(jié)構(gòu)精細(xì)的制件時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢。
文檔編號C08L77/02GK1482176SQ0214312
公開日2004年3月17日 申請日期2002年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月13日
發(fā)明者何嘉松, 鄭學(xué)晶 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所