一種改性芳綸纖維增強(qiáng)pa66材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種改性芳綸纖維增強(qiáng)PA66材料及其制備方法。芳綸纖維先經(jīng)微波輻射改性，輻射頻率為0.5～5GHZ，輻射劑量為0.1～2mW/cm2，輻射時(shí)間為1～240S；然后用低溫等離子體處理，處理功率為10～400W，處理氣氛為5～15%氫氣、5～15%氟氣和70～90%氦氣，處理腔體內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為10～106Pa，處理溫度為0～150℃，處理時(shí)間為1～20min。微波輻射改性后的芳綸纖維表皮層與芯層發(fā)生交聯(lián)，提高了纖維的橫向抗拉強(qiáng)度；低溫等離子改性后，芳綸纖維表面變得粗糙而且表面富含活性自由基和官能團(tuán)。此方法改性后的芳綸纖維與PA66樹脂通過雙螺桿擠出機(jī)共混擠出制備的復(fù)合材料，其力學(xué)、耐磨性能比國外同類產(chǎn)品高15～20%，可以滿足高速鐵路、航空航天等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苣湍ゲ考囊蟆?br> 【專利說明】一種改性芳綸纖維增強(qiáng)PA66材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種改性芳綸纖維增強(qiáng)PA66材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]芳綸纖維全稱為芳香族聚酰胺纖維，它具有比強(qiáng)度高、比模量高、密度小、耐高溫、韌性高和高耐磨等優(yōu)點(diǎn)。由于其優(yōu)異的性能，使其在航空航天、軍事裝備、建筑、交通、通訊電纜等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]PA66全稱聚己二酸己二胺,是工程塑料中應(yīng)用最廣泛的材料之一。PA66與芳纟侖纖維都屬于聚酰胺類，從兩者的分子結(jié)構(gòu)上分析，芳綸纖維與PA66應(yīng)具有較好的相容性。但是，芳綸纖維表面光滑、缺少活性基團(tuán)，致使其與PA66的復(fù)合材料的界面粘結(jié)較弱，嚴(yán)重影響芳綸纖維增強(qiáng)PA66復(fù)合材料的各項(xiàng)性能。芳綸纖維單絲由表皮和芯兩部分組成:表皮厚度約占整個(gè)纖維直徑的I~10%，由結(jié)晶程度較高的剛性分子鏈沿纖維軸向排列而成；芯部由許多靠氫鍵連接的棒狀分子構(gòu)成。由于芳綸纖維這一獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致一旦纖維表皮被破壞，整個(gè)纖維的力學(xué)性能急劇下降，影響芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的整體力學(xué)性能，給芳綸纖維的表面改性帶來了困難。
[0004]芳綸纖維表面改性方法包括化學(xué)改性和物理改性:化學(xué)改性反應(yīng)速度快，很難控制反應(yīng)僅在纖維表皮發(fā)生。物理改性包括射線輻射技術(shù)和等離子體技術(shù)，射線輻射技術(shù)設(shè)備昂貴，而且往往需要引入一定的溶劑和單體，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。等離子體技術(shù)只增加了纖維表面的粗糙度和活性基團(tuán)的數(shù)量，單純的等離子處理不能增加纖維的本體強(qiáng)度。
[0005]微波輻射技術(shù)是近年來一種新型的改性技術(shù)，該技術(shù)具有處理劑量可控、處理時(shí)間短、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)。微波輻射在適當(dāng)?shù)臈l件下，可以引發(fā)自由基反應(yīng)，使芳綸纖維的表皮和芯層之間發(fā)生交聯(lián)，在不降低纖維的縱向抗拉強(qiáng)度的前提下，提高纖維的橫向抗拉強(qiáng)度。
[0006]用于芳綸纖維改性的等離子體多為低溫等離子體，其能量低，而且作用強(qiáng)度高，穿透力小，可以在芳綸纖維表皮極薄一層引起物理和化學(xué)變化，增加纖維表面的粗糙度和活性基團(tuán)的數(shù)量，因而可以在不影響纖維的本體性能的同時(shí)改善芳綸纖維與其增強(qiáng)樹脂之間界面的親和力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種改性芳綸纖維增強(qiáng)PA66材料及其制備方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案由以下三個(gè)步驟組成:
步驟一，芳綸纖維經(jīng)微波輻射改性，輻射頻率為0.5~5GHZ，輻射劑量為0.1~2mW/cm2，輻射時(shí)間為I~240S。[0009]步驟二，經(jīng)微波輻射后的芳綸纖維再經(jīng)低溫等離子體處理，處理功率為10~400W,處理氣氛為5~15%氫氣、5~15%氟氣和70~90%氦氣，處理腔體內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為10~IO6Pa,處理溫度為O~150°C，處理時(shí)間為I~20min，得到改性芳綸纖維。
[0010]步驟三、按以下質(zhì)量百分比稱取各組分:
PA6655 ~90%
改性芳綸纖維5~40%
馬來酸酐接枝聚乙烯3~5%
聚四氟乙烯I~10%
抗氧劑0.3~1%
將PA66、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚四氟乙烯和抗氧劑干燥后按配比加入高速混合機(jī)中混合均勻，混合后的物料加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出。改性芳綸纖維按配方比例通過側(cè)喂料加入。擠出工藝為一區(qū)260~270°C、二區(qū)260~270°C、三區(qū)260~270°C、四區(qū)260 ~270°C、五區(qū) 245 ~255°C、六區(qū) 245 ~255°C、七區(qū) 245 ~255°C、八區(qū) 245 ~255°C、九區(qū)245~255°C、十區(qū)245~255°C;主機(jī)轉(zhuǎn)速為400~600rpm ;側(cè)喂料轉(zhuǎn)數(shù)為5~IOrpm ；主喂料喂料轉(zhuǎn)數(shù)為20~30rpm。經(jīng)水冷、風(fēng)冷、造粒后得到改性芳綸纖維增強(qiáng)PA66復(fù)合材料。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:在微波輻射的作用下，芳綸纖維的表皮層和芯層發(fā)生交聯(lián)，增加了纖維的橫向抗拉強(qiáng)度；再經(jīng)低溫等離子處理，增加了纖維的表面粗糙度、表面極性和活性基團(tuán)數(shù)量。與現(xiàn)有的表面改性技術(shù)相比，這種芳綸纖維的表面改性方法不僅僅增加了纖維的表面粗糙度、表面活性，而且通過交聯(lián)作用提高了纖維的本體強(qiáng)度。用該方法制備的改性芳綸纖維增強(qiáng)PA66材料具有良好的`力學(xué)性能和耐磨性能，該方法屬于物理改性法，工藝簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0012]具體實(shí)施例:
實(shí)施例一
首先，將芳綸纖維置于微波輻射裝置中心，輻射頻率0.5GHZ，輻射劑量0.lmff/cm2,輻射時(shí)間IS ;然后，將經(jīng)微波輻射改性后的芳綸纖維放置于低溫等離子體裝置的中心區(qū)域，開啟真空泵將腔體內(nèi)的空氣抽出，通入5%氫氣、5%氟氣和90%氦氣的混合氣體，氣體壓強(qiáng)IOPa,處理功率為400W，處理溫度0°C，處理時(shí)間20min，得到改性芳綸纖維。
[0013]將PA66、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚四氟乙烯和抗氧劑在80°C下真空干燥6h。各原料質(zhì)量百分比為PA66 70%，聚四氟乙烯5%，馬來酸酐接枝聚乙烯5%，抗氧劑0.3%，加入高速混合機(jī)中混合lOmin。將混合后的物料加入到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出，按質(zhì)量百分比稱取改性芳綸纖維20%通過側(cè)喂料加入。擠出工藝為:一區(qū)265°C、二區(qū)265°C、三區(qū)265°C、四區(qū) 265°C、五區(qū) 250°C、六區(qū) 250°C、七區(qū) 250°C、八區(qū) 250°C、九區(qū) 250°C、十區(qū) 250°C;主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為500rpm ;側(cè)喂料轉(zhuǎn)數(shù)為8rpm ;主喂料轉(zhuǎn)數(shù)為25rpm。經(jīng)水冷、風(fēng)冷、造粒后得到芳綸纖維增強(qiáng)PA66復(fù)合材料。材料真空干燥后，按相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣件。
[0014]
實(shí)施例二
首先，將芳綸纖維置于微波輻射裝置中心，輻射頻率2.5GHz，輻射劑量0.5mW/cm2，輻射時(shí)間60S ;然后，將經(jīng)微波輻射改性后的芳綸纖維放置于低溫等離子體裝置的中心區(qū)域，開啟真空泵將腔體內(nèi)的空氣抽出，通入10%氫氣、10%氟氣和80%氦氣的混合氣體，氣體壓強(qiáng)IO3Pa,處理功率為300W，處理溫度23°C，處理時(shí)間15min，得到改性芳綸纖維。
[0015]將PA66、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚四氟乙烯和抗氧劑在80°C下真空干燥6h。各原料質(zhì)量百分比為PA66 70%，聚四氟乙烯5%，馬來酸酐接枝聚乙烯5%，抗氧劑0.5%，加入高速混合機(jī)中混合lOmin。將混合后的物料加入到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出，按質(zhì)量百分比稱取改性芳綸纖維20%通過側(cè)喂料加入。擠出工藝為:一區(qū)265°C、二區(qū)265°C、三區(qū)265°C、四區(qū) 265°C、五區(qū) 250°C、六區(qū) 250°C、七區(qū) 250°C、八區(qū) 250°C、九區(qū) 250°C、十區(qū) 250°C;主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為500rpm ;側(cè)喂料轉(zhuǎn)數(shù)為8rpm ;主喂料轉(zhuǎn)數(shù)為25rpm。經(jīng)水冷、風(fēng)冷、造粒后得到芳綸纖維增強(qiáng)PA66復(fù)合材料。材料真空干燥后，按相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣件。
[0016]實(shí)施例三
首先，將芳綸纖維置于微波輻射裝置中心，輻射頻率3.5GHz，輻射劑量1.5mW/cm2，輻射時(shí)間120S ;然后，將經(jīng)微波輻射改性后的芳綸纖維放置于低溫等離子體裝置的中心區(qū)域，開啟真空泵將腔體內(nèi)的空氣抽出，通入12%氫氣、12%氟氣和76%氦氣的混合氣體，氣體壓強(qiáng)IO5Pa,處理功率為100W，處理溫度120°C，處理時(shí)間5min，得到改性芳綸纖維。
[0017]將PA66、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚四氟乙烯和抗氧劑在80°C下真空干燥6h。各原料質(zhì)量百分比為PA66 70%，聚四氟乙烯5%，馬來酸酐接枝聚乙烯5%，抗氧劑0.5%，加入高速混合機(jī)中混合lOmin。將混合后的物料加入到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出，按質(zhì)量百分比稱取改性芳綸纖維20%通過側(cè)喂料加入。擠出工藝為:一區(qū)265°C、二區(qū)265°C、三區(qū)265°C、四區(qū) 265°C、五區(qū) 250°C、六區(qū) 250°C、七區(qū) 250°C、八區(qū) 250°C、九區(qū) 250°C、十區(qū) 250°C;主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為500rpm ;側(cè)喂料轉(zhuǎn)數(shù)為8rpm ;主喂料轉(zhuǎn)數(shù)為25rpm。經(jīng)水冷、風(fēng)冷、造粒后得到芳綸纖維增強(qiáng)PA66復(fù)合材料。材料真空干燥后，按相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣件。
[0018]實(shí)施例四·· 首先，將芳綸纖維置于微波輻射裝置中心，輻射頻率5GHz，輻射劑量2mW/cm2，輻射時(shí)間240S ;然后，將經(jīng)微波輻射改性后的芳綸纖維放置于低溫等離子體裝置的中心區(qū)域，開啟真空泵將腔體內(nèi)的空氣抽出，通入15%氫氣、15%氟氣和70%氦氣的混合氣體，氣體壓強(qiáng)IO6Pa,處理功率為10W，處理溫度150°C，處理時(shí)間lmin，得到改性芳綸纖維。
[0019]將PA66、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚四氟乙烯和抗氧劑在80°C下真空干燥6h。各原料質(zhì)量百分比為PA66 70%，聚四氟乙烯5%，馬來酸酐接枝聚乙烯5%，抗氧劑0.5%，加入高速混合機(jī)中混合lOmin。將混合后的物料加入到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出，按質(zhì)量百分比稱取改性芳綸纖維20%通過側(cè)喂料加入。擠出工藝為:一區(qū)265°C、二區(qū)265°C、三區(qū)265°C、四區(qū) 265°C、五區(qū) 250°C、六區(qū) 250°C、七區(qū) 250°C、八區(qū) 250°C、九區(qū) 250°C、十區(qū) 250°C;主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為500rpm ;側(cè)喂料轉(zhuǎn)數(shù)為8rpm ;主喂料轉(zhuǎn)數(shù)為25rpm。經(jīng)水冷、風(fēng)冷、造粒后得到芳綸纖維增強(qiáng)PA66復(fù)合材料。材料真空干燥后，按相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣件。
[0020]
實(shí)施例一至實(shí)施例四檢測(cè)結(jié)果列于表1，參比例為國外同類產(chǎn)品的性能:
表1
【權(quán)利要求】
1.一種改性芳綸纖維增強(qiáng)PA66材料，其特征在于，改性芳綸纖維是由對(duì)位芳香族聚酰胺纖維或間位芳香族聚酰胺纖維先經(jīng)微波輻射改性，再用低溫等離子處理后得到的；其纖維長(zhǎng)度為0.15~15mm,單絲直徑9~14 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述改性芳綸纖維增強(qiáng)PA66材料，其特征在于:芳綸纖維經(jīng)微波輻射改性，輻射頻率為0.5~5GHZ，輻射劑量為0.1~2mW/cm2，輻射時(shí)間為I~240S。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述改性芳綸纖維增強(qiáng)PA66材料，其特征在于:經(jīng)微波輻射后的芳綸纖維再經(jīng)低溫等離子體處理，處理功率為10~400W，處理氣氛為5~15%氫氣、5~15%氟氣和70~90%氦氣，處理腔體內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為10~IO6Pa,處理溫度為O~150°C，處理時(shí)間為I~20min ;此方法改性后的芳綸纖維與PA66樹脂通過雙螺桿擠出機(jī)共混擠出制備的復(fù)合材料，其力學(xué)性能和耐磨性能比國外同類產(chǎn)品高15~20%。
【文檔編號(hào)】B29C47/92GK103709742SQ201210369747
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月29日
【發(fā)明者】穆興文, 宋陽, 宮克難 申請(qǐng)人:黑龍江鑫達(dá)企業(yè)集團(tuán)有限公司