阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料，它由包括以下重量份的組分制成：尼龍鹽95～105份、羧基化碳納米管2～10份、有機(jī)納米蒙脫土2～6份、膨脹石墨3～8份、聚硅硼氧硅烷2～6份、納米二氧化鈦1～4份、滑石粉1～3份、硅灰石2～5份、封端劑0.2～1份、催化劑0.1～0.6份、去離子水40～70份。本發(fā)明還提供一種上述阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明提供的上述阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料具有比較好的阻燃、耐高溫以及力學(xué)性能。
【專利說明】
阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于耐高溫尼龍復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種尼龍復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 耐高溫尼龍的發(fā)展使工農(nóng)業(yè)和民用設(shè)施更加的微型化輕量化和動(dòng)力強(qiáng)勁化成為 可能。耐高溫尼龍可以為某些部件帶來更高的耐溫性能，或是干脆替代了金屬原材料來生 產(chǎn)這些部件。新型設(shè)備的裝置和組件也有用耐高溫尼龍代替金屬和熱固性材料的趨勢。這 些都將會(huì)加大對(duì)耐高溫尼龍材料的需要量，從而帶動(dòng)市場需求。
[0003] 制備羧基化碳納米管增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料包括溶液共混、熔融共混及原位共 混等。其中溶液共混需要耗費(fèi)大量的溶劑，不利于工業(yè)應(yīng)用;熔融共混雖然能滿足大規(guī)模生 產(chǎn)的需要，但碳納米管在基體中分散性差;而原位共混既適合工業(yè)應(yīng)用又能使碳納米管良 好的分散在基體中，而且能改善碳納米管與基體間的界面性能。
[0004] 中國專利CN200710171820.7公布了一種羧基化碳納米管增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料， 在添加少量的羧基化碳納米管的情況下，復(fù)合材料的性能得到明顯的提高，但沒有研究在 更高含量碳納米管對(duì)復(fù)合材料的增強(qiáng)效果。專利CN200410084741.9公布了一種通過原位聚 合法制備了碳納米管增強(qiáng)尼龍1010復(fù)合材料。而通過原位聚合的方法制備羧基化碳納米管 增強(qiáng)耐高溫尼龍復(fù)合材料還未見報(bào)道，而且這些尼龍復(fù)合材料的阻燃性能不佳，限定了其 使用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明確有必要提供一種分散性好、相容性好、力學(xué)性能及阻燃性能得 到提高的增強(qiáng)阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料，它由包括以下重量份 的組分制成:尼龍鹽95~105份、羧基化碳納米管2~10份、有機(jī)納米蒙脫土 2~6份、膨脹石 墨3~8份、聚硅硼氧硅烷2~6份、納米二氧化鈦1~4份、滑石粉1~3份、硅灰石2~5份、封端 劑0.2~1份、催化劑0.1~0.6份、去離子水40~70份。
[0007] 基于上述，它由包括以下重量份的組分制成：尼龍鹽100份、羧基化碳納米管4~8 份、有機(jī)納米蒙脫土3~5份、膨脹石墨4~6份、聚硅硼氧硅烷3.5~4.5份、納米二氧化鈦2~ 3份、滑石粉1.5~2.5份、娃灰石3~4份、封端劑0.4~0.8份、催化劑0.3~0.5份、去離子水 50~60份。
[0008] 基于上述，所述尼龍鹽選自尼龍6T鹽、尼龍7T鹽、尼龍8T鹽、尼龍9T鹽、尼龍10T鹽、 尼龍11T鹽、尼龍12T鹽、尼龍61鹽、尼龍71鹽、尼龍81鹽、尼龍91鹽、尼龍101鹽、尼龍111鹽或 尼龍121鹽中的一種或一種以上。
[0009] 基于上述，所述羧基化碳納米管其管徑為5~20 nm，優(yōu)選10 nm;其長度為0.5~20 Wii，優(yōu)選5 μL?ο
[0010]基于上述，所述封端劑為苯甲酸、乙酸、丙酸或鄰苯二甲酸酐，優(yōu)選苯甲酸。
[0011] 基于上述，所述催化劑為磷酸鈉、磷酸鎂、磷酸鈣、亞磷酸鈉、亞磷酸鎂、亞磷酸鈣， 亞磷酸鋅、次亞磷酸鈉、次亞磷酸鎂、次亞磷酸鈣或次亞磷酸鋅中的一種或一種以上;優(yōu)選 次亞磷酸鈉。
[0012] 本發(fā)明還提供一種上述阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法，是采用原位聚合的 方法進(jìn)行制備，包括以下步驟： (1) 按上述配比稱取尼龍鹽、封端劑和催化劑，并加入到高壓反應(yīng)釜中； (2) 按上述配比稱取去離子水、羧基化碳納米管、有機(jī)納米蒙脫土、膨脹石墨、聚硅硼氧 硅烷、納米二氧化鈦、滑石粉和硅灰石;然后，先將羧基化碳納米管、有機(jī)納米蒙脫土、膨脹 石墨、聚硅硼氧硅烷、納米二氧化鈦和滑石粉加入到去離子水中并超聲攪拌均勻，再加入到 所述高壓反應(yīng)釜中； (3) 用氮?dú)庵脫Q所述高壓反應(yīng)釜內(nèi)的空氣至少三次，然后通入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)保護(hù)氣;升 溫至180~300°C，壓力達(dá)到2~3.5 MPa，通過釋放反應(yīng)釜內(nèi)水蒸氣的辦法保持壓力在2~ 3.5 MPa，恒壓反應(yīng)時(shí)間為1~3小時(shí)；然后將反應(yīng)釜內(nèi)壓力泄壓至常壓，出料，在反應(yīng)過程 中，釜內(nèi)溫度不超過330°C。
[0013] 基于上述，所述步驟(2)中，超聲攪拌的時(shí)間為1.5~4小時(shí)；由于羧基化碳納米管、 有機(jī)納米蒙脫土、納米二氧化鈦容易團(tuán)聚，聚硅硼氧硅烷、膨脹石墨、硅灰石和滑石粉不溶 于去離子水中，通過超聲攪拌可以使它們均勻分散在去離子水中。
[0014] 本發(fā)明提供的阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料主要通過原位聚合反應(yīng)而制得的，通過本 發(fā)明提供的制備方法，能改善羧基化碳納米管、有機(jī)納米蒙脫土、膨脹石墨、聚硅硼氧硅烷、 納米二氧化鈦和滑石粉等輔料組分與尼龍基體間的相容性;另外，有機(jī)納米蒙脫土、膨脹石 墨和聚硅硼氧硅烷等組分相互配合可以提高尼龍的阻燃性能，而且還可以起到抑煙的作 用；同時(shí)，結(jié)合羧基化碳納米管、納米二氧化鈦、硅灰石及滑石粉可以提高尼龍的力學(xué)性能。 因此，所述阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料具有比較好的阻燃、耐高溫以及力學(xué)性能。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面通過【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0016] 實(shí)施例1 本實(shí)施例提供一種阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料，它由包括以下重量份的組分制成:尼龍 9T鹽95份、羧基化碳納米管2份、有機(jī)納米蒙脫土 2份、膨脹石墨3份、聚硅硼氧硅烷2份、納米 二氧化鈦1份、滑石粉1份、硅灰石2份、苯甲酸0.2份、亞磷酸鈉0.1份、去離子水40份。
[0017] 本實(shí)施例還提供一種上述阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步 驟： (1) 稱取上述重量份的各組分，然后，將尼龍9T鹽、苯甲酸和亞磷酸鈉加入到高壓反應(yīng) 釜中； (2) 先將羧基化碳納米管、有機(jī)納米蒙脫土、膨脹石墨、聚硅硼氧硅烷、納米二氧化鈦、 硅灰石和滑石粉加入到去離子水中并超聲攪拌均勻，再加入到所述高壓反應(yīng)釜中； (3) 用氮?dú)庵脫Q高壓反應(yīng)釜內(nèi)的空氣至少三次，然后通入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)保護(hù)氣;升溫至 180°C，并在50 min內(nèi)使壓力達(dá)到2.1 MPa，通過釋放反應(yīng)釜內(nèi)水蒸氣的辦法保持壓力在2.1 MPa，恒壓反應(yīng)時(shí)間為3小時(shí);然后將反應(yīng)釜內(nèi)壓力泄壓至常壓，出料，在反應(yīng)過程中，釜內(nèi)溫 度不超過330°C。
[0018] 實(shí)施例2 本實(shí)施例提供一種阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料，它由包括以下重量份的組分制成:尼龍 10T鹽96份、羧基化碳納米管3份、有機(jī)納米蒙脫土3份、膨脹石墨4.5份、聚硅硼氧硅烷4份、 納米二氧化鈦2份、滑石粉1.5份、硅灰石3份、乙酸0.3份、磷酸鎂0.2份、去離子水50份。
[0019] 本實(shí)施例還提供一種上述阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步 驟： (1) 稱取上述重量份的各組分，然后，將尼龍10T鹽、乙酸和磷酸鎂加入到高壓反應(yīng)釜 中； (2) 先將羧基化碳納米管、有機(jī)納米蒙脫土、膨脹石墨、聚硅硼氧硅烷、納米二氧化鈦、 硅灰石和滑石粉加入到去離子水中并超聲攪拌均勻，再加入到所述高壓反應(yīng)釜中； (3) 用氮?dú)庵脫Q高壓反應(yīng)釜內(nèi)的空氣至少三次，然后通入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)保護(hù)氣;升溫至 210°C，并在50 min內(nèi)使壓力達(dá)到2.5 MPa，通過釋放反應(yīng)釜內(nèi)水蒸氣的辦法保持壓力在2.5 MPa，恒壓反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí);然后將反應(yīng)釜內(nèi)壓力泄壓至常壓，出料，在反應(yīng)過程中，釜內(nèi)溫 度不超過330°C。
[0020] 實(shí)施例3 本實(shí)施例提供一種阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料，它由包括以下重量份的組分制成:尼龍 81鹽100份、羧基化碳納米管4份、有機(jī)納米蒙脫土 3份、膨脹石墨4份、聚硅硼氧硅烷3.5份、 納米二氧化鈦2份、滑石粉1.5份、硅灰石4份、苯甲酸0.4份、亞磷酸鈉0.3份、去離子水52份。
[0021] 本實(shí)施例還提供一種上述阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步 驟： (1) 稱取上述重量份的各組分，然后，將尼龍81鹽、苯甲酸和亞磷酸鈉加入到高壓反應(yīng) 釜中； (2) 先將羧基化碳納米管、有機(jī)納米蒙脫土、膨脹石墨、聚硅硼氧硅烷、納米二氧化鈦、 硅灰石和滑石粉加入到去離子水中并超聲攪拌均勻，再加入到所述高壓反應(yīng)釜中； (3) 用氮?dú)庵脫Q高壓反應(yīng)釜內(nèi)的空氣至少三次，然后通入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)保護(hù)氣;升溫至 240°C，并在50 min內(nèi)使壓力達(dá)到2.7 MPa，通過釋放反應(yīng)釜內(nèi)水蒸氣的辦法保持壓力在2.7 MPa，恒壓反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí);然后將反應(yīng)釜內(nèi)壓力泄壓至常壓，出料，在反應(yīng)過程中，釜內(nèi)溫 度不超過330°C。
[0022] 實(shí)施例4 本實(shí)施例提供一種阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料，它由包括以下重量份的組分制成:尼龍 10T鹽100份、羧基化碳納米管6份、有機(jī)納米蒙脫土 4份、膨脹石墨5份、聚硅硼氧硅烷4份、納 米二氧化鈦2.5份、滑石粉2份、硅灰石4份、苯甲酸0.6份、次亞磷酸鈉0.4份、去離子水55份。
[0023] 本實(shí)施例還提供一種上述阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步 驟： (1) 稱取上述重量份的各組分，然后，將尼龍10T鹽、苯甲酸和次亞磷酸鈉加入到高壓反 應(yīng)釜中； (2) 先將羧基化碳納米管、有機(jī)納米蒙脫土、膨脹石墨、聚硅硼氧硅烷、納米二氧化鈦、 硅灰石和滑石粉加入到去離子水中并超聲攪拌均勻，再加入到所述高壓反應(yīng)釜中； (3)用氮?dú)庵脫Q高壓反應(yīng)釜內(nèi)的空氣至少三次，然后通入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)保護(hù)氣;升溫至 240°C，并在50 min內(nèi)使壓力達(dá)到2.8 MPa，通過釋放反應(yīng)釜內(nèi)水蒸氣的辦法保持壓力在2.8 MPa，恒壓反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí);然后將反應(yīng)釜內(nèi)壓力泄壓至常壓，出料，在反應(yīng)過程中，釜內(nèi)溫 度不超過330°C。
[0024] 實(shí)施例5 本實(shí)施例提供一種阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料，它由包括以下重量份的組分制成:尼龍 121鹽99份、羧基化碳納米管8份、有機(jī)納米蒙脫土為5份、膨脹石墨為6份、聚硅硼氧硅烷4.5 份、納米二氧化鈦3份、滑石粉2.5份、硅灰石5份、鄰苯二甲酸酐0.8份、亞磷酸鋅0.5份、去離 子水60份。
[0025] 本實(shí)施例還提供一種上述阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步 驟： (1) 稱取上述重量份的各組分，然后，將尼龍111鹽、鄰苯二甲酸酐和亞磷酸鋅加入到高 壓反應(yīng)釜中； (2) 先將羧基化碳納米管、有機(jī)納米蒙脫土、膨脹石墨、聚硅硼氧硅烷、納米二氧化鈦、 硅灰石和滑石粉加入到去離子水中并超聲攪拌均勻，再加入到所述高壓反應(yīng)釜中； (3) 用氮?dú)庵脫Q高壓反應(yīng)釜內(nèi)的空氣至少三次，然后通入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)保護(hù)氣;升溫至 280°C，并在50 min內(nèi)使壓力達(dá)到3 MPa，通過釋放反應(yīng)釜內(nèi)水蒸氣的辦法保持壓力在3 MPa，恒壓反應(yīng)時(shí)間為1.5小時(shí);然后將反應(yīng)釜內(nèi)壓力泄壓至常壓，出料，在反應(yīng)過程中，釜內(nèi) 溫度不超過330 °C。
[0026] 實(shí)施例6 本實(shí)施例提供一種阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料，它由包括以下重量份的組分制成:尼龍 12T鹽105份、羧基化碳納米管10份、有機(jī)納米蒙脫土 6份、膨脹石墨8份、聚硅硼氧硅烷6份、 納米二氧化鈦4份、滑石粉3份、硅灰石3份、丙酸1份、次亞磷酸鈣0.6份、去離子水70份。
[0027] 本實(shí)施例還提供一種上述阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步 驟： (1) 稱取上述重量份的各組分，然后，將尼龍12T鹽、丙酸和次亞磷酸鈣加入到高壓反應(yīng) 釜中； (2) 先將羧基化碳納米管、有機(jī)納米蒙脫土、膨脹石墨、聚硅硼氧硅烷、納米二氧化鈦、 硅灰石和滑石粉加入到去離子水中并超聲攪拌均勻，再加入到所述高壓反應(yīng)釜中； (3) 用氮?dú)庵脫Q高壓反應(yīng)釜內(nèi)的空氣至少三次，然后通入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)保護(hù)氣;升溫至 300°C，并在50 min內(nèi)使壓力達(dá)到3.4 MPa，通過釋放反應(yīng)釜內(nèi)水蒸氣的辦法保持壓力在3.4 MPa，恒壓反應(yīng)時(shí)間為1小時(shí);然后將反應(yīng)釜內(nèi)壓力泄壓至常壓，出料，在反應(yīng)過程中，釜內(nèi)溫 度不超過330°C。
[0028] 對(duì)上述實(shí)施例1~6提供的阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料進(jìn)行性能測試，測試結(jié)果如下 表所示：
從上表可以看出：本發(fā)明實(shí)施例提供的尼龍復(fù)合材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐熱性和 阻燃性能，能廣泛的應(yīng)用于汽車工業(yè)和電子電氣工業(yè)中，尤其是需要高強(qiáng)度、阻燃、耐高溫 材料的領(lǐng)域中。
[0029]最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制；盡 管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然 可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而不脫離本發(fā) 明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料，其特征在于，它由包括以下重量份的組分制成:尼龍 鹽95~105份、羧基化碳納米管2~10份、有機(jī)納米蒙脫土2~6份、膨脹石墨3~8份、聚硅硼 氧硅烷2~6份、納米二氧化鈦1~4份、滑石粉1~3份、硅灰石2~5份、封端劑0.2~1份、催化 劑0.1~0.6份、去離子水40~70份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料，其特征在于，它由包括以下重量份 的組分制成:尼龍鹽100份、羧基化碳納米管4~8份、有機(jī)納米蒙脫土3~5份、膨脹石墨4~6 份、聚硅硼氧硅烷3.5~4.5份、納米二氧化鈦2~3份、滑石粉1.5~2.5份、硅灰石3~4份、封 端劑〇. 4~0.8份、催化劑0.3~0.5份、去離子水50~60份。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述尼龍鹽選自 尼龍6T鹽、尼龍7T鹽、尼龍8T鹽、尼龍9T鹽、尼龍10T鹽、尼龍11T鹽、尼龍12T鹽、尼龍61鹽、尼 龍71鹽、尼龍81鹽、尼龍91鹽、尼龍101鹽、尼龍111鹽或尼龍121鹽中的一種或一種以上。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述羧基化碳納米 管其管徑為5~20 nm，長度為0.5~20 μπι。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述封端劑為苯甲 酸、乙酸、丙酸或鄰苯二甲酸酐。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述催化劑為磷酸 鈉、磷酸鎂、磷酸鈣、亞磷酸鈉、亞磷酸鎂、亞磷酸鈣，亞磷酸鋅、次亞磷酸鈉、次亞磷酸鎂、次 亞磷酸鈣或次亞磷酸鋅中的一種或一種以上。7. -種阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟： (1) 按權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的配比稱取尼龍鹽、封端劑和催化劑，并加入到高壓反 應(yīng)釜中； (2) 按權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的配比稱取去離子水、羧基化碳納米管、有機(jī)納米蒙脫 土、膨脹石墨、聚硅硼氧硅烷、納米二氧化鈦、滑石粉和硅灰石;然后，先將羧基化碳納米管、 有機(jī)納米蒙脫土、膨脹石墨、聚硅硼氧硅烷、納米二氧化鈦和滑石粉加入到去離子水中并超 聲攪拌均勻，再加入到所述高壓反應(yīng)釜中； (3) 用氮?dú)庵脫Q所述高壓反應(yīng)釜內(nèi)的空氣至少三次，然后通入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)保護(hù)氣;升 溫至180~300°C，壓力達(dá)到2~3.5 MPa，通過釋放反應(yīng)釜內(nèi)水蒸氣的辦法保持壓力在2~ 3.5 MPa，恒壓反應(yīng)時(shí)間為1~3小時(shí)；然后將反應(yīng)釜內(nèi)壓力泄壓至常壓，出料，在反應(yīng)過程 中，釜內(nèi)溫度不超過330°C。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的阻燃耐高溫尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟 (2)中，超聲攪拌的時(shí)間為1.5~4小時(shí)；由于羧基化碳納米管、有機(jī)納米蒙脫土、納米二氧化 鈦容易團(tuán)聚，聚硅硼氧硅烷、膨脹石墨和滑石粉不溶于去離子水中，通過超聲攪拌可以使它 們均勻分散在去離子水中。
【文檔編號(hào)】C08K3/22GK105968804SQ201610519492
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月4日
【發(fā)明人】馬志國, 高德峰, 代從仁, 呂琰, 陳小偉
【申請(qǐng)人】黃河科技學(xué)院