一種天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料及其制備方法，復(fù)合材料由己內(nèi)酰胺通過(guò)開(kāi)環(huán)聚合與熱處理過(guò)的天然麻纖維原位復(fù)合而成；其制備方法是在惰性氣氛下，先將天然麻纖維進(jìn)行熱處理，冷卻后，置于模具中，再將己內(nèi)酰胺加熱熔融，并加入催化劑和活化劑混合均勻后，導(dǎo)入到所述模具中，進(jìn)行開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)，即得；該方法實(shí)現(xiàn)了天然麻纖維與尼龍6的有機(jī)結(jié)合，可獲得綜合性能優(yōu)良的天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料，且該方法效率高、污染低，滿足工業(yè)化生產(chǎn)，且克服了現(xiàn)有的天然麻纖維對(duì)己內(nèi)酰胺阻聚，而使兩者難以復(fù)合的技術(shù)缺陷。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料及其制備方法；屬于高分子材料

技術(shù)介紹
鑄型尼龍是在常壓下將熔融的原料己內(nèi)酰胺單體用強(qiáng)堿性的物質(zhì)作催化劑，與助催化劑一起，直接注入預(yù)熱到一定溫度的模具中，物料在模具中快速地進(jìn)行聚合反應(yīng)，凝結(jié)成堅(jiān)韌的固體制件。與水解聚合相比，陰離子開(kāi)環(huán)聚合具有合成時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單、制品尺寸大等優(yōu)點(diǎn)，鑄型尼龍制品的分子量高、結(jié)晶度大、力學(xué)性能好。因此，鑄型尼龍可廣泛應(yīng)用于汽車、儀器儀表、機(jī)械、紡織、化工等領(lǐng)域的零部件和結(jié)構(gòu)件。與玻璃纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料相比，天然纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料更加環(huán)保，能減少污染物的排放，易降解，還能減少能量的消耗。此外，天然纖維還有價(jià)格低廉，來(lái)源廣泛，可再生，密度低，比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)由于石油危機(jī)更加受到青睞。但是麻纖維的主要成分為纖維素，纖維素分子結(jié)構(gòu)中含有大量的羥基；以及麻纖維表面極性較大，表現(xiàn)出強(qiáng)的親水性，容易從空氣中吸收水份，導(dǎo)致麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料制備過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重的阻聚現(xiàn)象而不能聚合。這主要是由于天然纖維表面基團(tuán)復(fù)雜，以及陰離子聚合的條件非常苛刻，容易受到外界的影響。陳鵬等[陳鵬等，高分子材料科學(xué)與工程，2014]采用真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑(VARTM)法制備了天然纖維增強(qiáng)陰離子聚合尼龍6復(fù)合材料。結(jié)果表明，對(duì)天然纖維進(jìn)行溶液除雜預(yù)處理后于80℃真空干燥，選取了低活性和弱堿性的己內(nèi)酰胺溴化鎂作為引發(fā)劑，雙酰化內(nèi)酰胺-1,6-己二胺為活化劑，制備得到天然纖維復(fù)合材料。但是由于復(fù)合材料制備過(guò)程中使用了價(jià)格較昂貴的引發(fā)劑和活化劑，不利于工業(yè)化生產(chǎn)和天然纖維增強(qiáng)陰離子聚合尼龍6復(fù)合材料的推廣使用。
但關(guān)于麻纖維熱處理后制備麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料則沒(méi)有報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的天然麻纖維含有大量的羥基以及由于麻纖維表面強(qiáng)極性而容易吸水，導(dǎo)致天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料制備過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重的阻聚而不能聚合，本專利技術(shù)的目的在于提供一種天然麻纖維與尼龍有機(jī)結(jié)合，綜合性能優(yōu)良的天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料。本專利技術(shù)的另一個(gè)目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)天然麻纖維與尼龍完美復(fù)合獲得綜合性能優(yōu)異的天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料的方法，該方法效率高、污染低，滿足工業(yè)化生產(chǎn)，且克服了現(xiàn)有的天然麻纖維對(duì)己內(nèi)酰胺阻聚而使兩者難以復(fù)合的技術(shù)缺陷。本專利技術(shù)公開(kāi)了一種天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料，該復(fù)合材料由己內(nèi)酰胺通過(guò)開(kāi)環(huán)聚合與180～400℃熱處理過(guò)的天然麻纖維原位復(fù)合而成。在通常情況下，由于天然麻纖維表面含有大量的活性基團(tuán)，對(duì)己內(nèi)酰胺的聚合存在阻聚現(xiàn)象，使兩者難以有機(jī)結(jié)合。本專利技術(shù)的技術(shù)方案，通過(guò)對(duì)天然麻纖維進(jìn)行熱處理(180～400℃)不僅能夠充分脫除物理結(jié)合水，而且還可以脫除表面的羥基和其他雜質(zhì)，同時(shí)，在該溫度下熱處理的天然麻纖維仍然具有較好的力學(xué)性能。由于麻纖維表面活性基團(tuán)的充分脫除，顯著減少了極性基體對(duì)陰離子聚合的干擾，在麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料過(guò)程中阻聚現(xiàn)象基本消失，可以獲得綜合性能優(yōu)異的天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料。優(yōu)選的方案，天然麻纖維與己內(nèi)酰胺的質(zhì)量百分比為10～45％:55～90％。較優(yōu)選的方案，天然麻纖維為厚度在0.1～3mm范圍內(nèi)的天然麻纖維布或天然麻纖維氈，其中，單絲麻纖維直徑為10～30μm。進(jìn)一步優(yōu)選的方案，天然麻纖維為黃麻纖維布、苧麻纖維布、亞麻纖維布、槿麻纖維布、黃麻纖維氈、苧麻纖維氈、亞麻纖維氈、槿麻纖維氈中的至少一種。優(yōu)選的方案，開(kāi)環(huán)聚合加入催化劑及活化劑。以己內(nèi)酰胺質(zhì)量為100份計(jì)量，催化劑相對(duì)于己內(nèi)酰胺的加入量為0.1～1.5份，活化劑相對(duì)于己內(nèi)酰胺的加入量為0.1～1.5份。較優(yōu)選的方案，催化劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、甲醇鈉、己內(nèi)酰胺鈉的至少
一種。本專利技術(shù)采用的催化劑可以為常規(guī)、廉價(jià)的堿，克服了現(xiàn)有技術(shù)中采用昂貴的己內(nèi)酰胺溴化鎂作為引發(fā)劑的缺陷。優(yōu)選的方案，活化劑為六亞甲基二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、三苯甲烷三異氰酸酯中的至少一種。本專利技術(shù)還提供了所述的天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料的制備方法，該方法包括以下步驟：(1)在惰性氣氛下，將天然麻纖維置于180～400℃溫度下進(jìn)行熱處理；(2)將己內(nèi)酰胺加熱熔融后，加入催化劑和活化劑混合均勻；(3)將(2)所得混合物料真空導(dǎo)入填充有經(jīng)(1)熱處理過(guò)的天然麻纖維的模具中，于120～170℃溫度下進(jìn)行開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)，即得。優(yōu)選的方案，熱處理時(shí)間為5～30min。優(yōu)選的方案，開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)時(shí)間為10～30min。優(yōu)選的方案，熱處理溫度為180～300℃。本專利技術(shù)的制備天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料的方法，包括以下步驟：(1)先按照模具的尺寸對(duì)天然纖維布或氈進(jìn)行裁剪；天然麻纖維布或氈的熱處理為惰性氣體保護(hù)條件下，以5～10℃/min的升溫速率，從室溫升溫到180～400℃，并保溫5～30min，冷卻至室溫，真空保存?zhèn)溆茫?2)再將熱處理完畢的天然纖維布或氈疊放成合適的厚度放置于模具中，密封模具，升溫至120～170℃；將己內(nèi)酰胺加入帶攪拌的容器中，升溫至120～170℃，真空脫水20～40min；再將催化劑加入，于120～170℃條件下真空脫水15～20min；加入活化劑并攪拌均勻；(3)用真空泵將上述液體快速抽入模具，當(dāng)液體充分浸潤(rùn)模具后停泵，保溫10～30min，開(kāi)模即得所述天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料。相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果：1、本專利技術(shù)的天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料原料廉價(jià)，來(lái)源豐富，大幅降低了復(fù)合材料的成本，而且增強(qiáng)纖維為可生物降解材料，可以完全生物降解，對(duì)環(huán)境友好；與鑄型尼龍相比較，通過(guò)麻纖維增強(qiáng)的鑄型尼龍復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)異，強(qiáng)度顯著增加，特別是彎曲模量有3～4倍的提高；制備的復(fù)合材料性能達(dá)到了高性能工程塑料的要求，可廣泛應(yīng)用于汽車、儀器儀表、機(jī)械、紡織、化
工等領(lǐng)域；2、本專利技術(shù)的制備方法簡(jiǎn)單，設(shè)備要求低，生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。附圖說(shuō)明【圖1】為實(shí)施例4苧麻纖維氈圖片；【圖2】為實(shí)施例4于270℃熱處理苧麻纖維氈圖片；【圖3】為實(shí)施例4天然苧麻纖維氈增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料圖片。具體實(shí)施方式以下實(shí)施例是對(duì)本專利技術(shù)的進(jìn)一步說(shuō)明，而不是限制本專利技術(shù)權(quán)利要求的保護(hù)范圍。本專利技術(shù)的原材料來(lái)源：己內(nèi)酰胺(可直接購(gòu)于中國(guó)石油化工股份有限公司巴陵分公司)、氫氧化鈉(可直接購(gòu)于天津市進(jìn)豐化工有限公司)、甲醇鈉(可直接購(gòu)于上海翼軋實(shí)業(yè)有限公司)、六亞甲基二異氰酸酯(可直接購(gòu)于上海晶純生化科技股份有限公司)、甲苯二異氰酸酯(可直接購(gòu)于山東西亞化學(xué)工業(yè)有限公司)、黃麻纖維氈(可直接購(gòu)于江西思創(chuàng)麻業(yè)有限公司)、苧麻纖維氈(可直接購(gòu)于山東奧博環(huán)保科技有限公司)、黃麻纖維布和苧麻纖維布(由湖南金絲鳥(niǎo)麻業(yè)有限公司提供)實(shí)施例1：將裁剪好的黃麻纖維布置于真空炭化爐中，通氮?dú)獗Ｗo(hù)，以10℃/min的升溫速率，從室溫升溫到220℃，并保溫10min，冷卻至室溫，真空保存?zhèn)溆茫辉賹⑸鲜鰺崽幚硗戤叺狞S麻纖維布疊放成合適的厚度，稱量35份置于模具中，密封模具，升溫至130℃；將200份己內(nèi)酰胺加入帶磁力攪拌的三口瓶中，升溫至130℃，真空脫水30min；再將加入0.4份NaOH，于130℃條件下真空脫水15min；加入0.5份T本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料，其特征在于：由己內(nèi)酰胺通過(guò)開(kāi)環(huán)聚合與180～400℃熱處理過(guò)的天然麻纖維原位復(fù)合而成。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料，其特征在于：由己內(nèi)酰胺通過(guò)開(kāi)環(huán)聚合與180～400℃熱處理過(guò)的天然麻纖維原位復(fù)合而成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料，其特征在于：所述的天然麻纖維與己內(nèi)酰胺的質(zhì)量百分比為10～45％:55～90％。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料，其特征在于：所述的天然麻纖維為厚度在0.1～3mm范圍內(nèi)的天然麻纖維布或天然麻纖維氈，其中，單絲麻纖維直徑為10～30μm。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料，其特征在于：所述的天然麻纖維為黃麻纖維布、苧麻纖維布、亞麻纖維布、槿麻纖維布、黃麻纖維氈、苧麻纖維氈、亞麻纖維氈、槿麻纖維氈中的至少一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料，其特征在于：所述的開(kāi)環(huán)聚合加入催化劑及活化劑。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天然麻纖維增強(qiáng)鑄型尼龍復(fù)合材料...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李偉，劉光志，費(fèi)又慶，袁劍民，歐陽(yáng)婷，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：湖南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖南;43