[发明专利]一种纳米改性尼龙材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种以纳米粒子改性的尼龙材料及其制备方法。

背景技术

传统的耐磨损板材一般为金属材料，金属材料制品在使用过程中磨损较快，使用寿命短、维修工作量大；而且金属材料不易进行嵌入式安转、操作困难。改性塑料是我国高新材料发展的重点。改性塑料制品不仅能够达到一些钢材的强度性能，还具有质轻、易加工成型、高韧性、高抗冲性、耐磨损性等优势。因此，目前“以塑代钢”的趋势在很多行业都显现出来。

尼龙(PA)又称聚酰胺，具有优异的物理机械性能，同时具有高强度、耐磨和耐化学腐蚀性等优点，因而广泛应用于汽车制造、电子电气、机械设备、航天航空等领域。但尼龙存在低温和干态冲击性能差、缺口冲击强度低等缺点。而且随着工业的发展，对尼龙部件的耐磨损性能要求也越来越高。目前，改善尼龙耐磨损摩擦性能的方法主要有添加聚四氟乙烯、聚乙烯、超高分子两的聚乙烯等自身摩擦系数低的高分子材料进行改性，或添加硅油、矿物油、有机脂等润滑油、或添加碳纤维、芳胺纤维、二硫化钼、石墨等有机/无机纤维或粉状润滑材料等方式。

这些方法虽然在一定程度上改善了尼龙的摩擦磨损性能，但往往存在着性能比差、材料物理强度低、材料加工性能差等一系列缺点。而目前的耐磨损尼龙板材耐磨性能提高，同时要求材料具有高强度、高刚性、良好的尺寸稳定性、优良的韧性和良好的加工性等综合性能。

采用先进的纳米改性技术可以制备得到综合性能优异的新型改性塑料。用纳米材料改性塑料是新近发展的一项技术，采用纳米改性可以改善材料的耐磨擦性能、力学性能、热学性能、阻燃性能以及阻隔性能等。与传统的塑料改性方法相比，纳米材料不仅能全面改善塑料的综合性能，还能赋予其独特的性能，为塑料改性提供了先进、有效的途径。但是，现有技术中报道的诸多纳米改性技术均需要对纳米粒子进行特殊的改性处理才能有效改善尼龙材料的性能，操作较为复杂，且存在着纳米材料在改性基体中分散性能差的问题，也会影响材料的改性效果。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中采用纳米技术改性尼龙材料操作复杂且效果不理想的问题，进而提供一种具有高强度、高刚性、良好的尺寸稳定性及优良的韧性的纳米改性尼龙材料。

为解决上述技术问题，本发明所述的纳米改性尼龙材料，由如下原料制备而成：尼龙基体100重量份、纳米碳化硅2-6重量份、纳米氮化硅3-7重量份、纳米二氧化硅4-10重量份、胺丙基三乙氧基硅烷0.3-1重量份、酚醛树脂5-15重量份、以及常温下为液态的可挥发溶剂1-10体积份；

所述重量份于体积份为g/mL的关系。

优选的，所述的纳米改性尼龙材料，由如下原料制备而成：尼龙基体100重量份、纳米碳化硅3-5重量份、纳米氮化硅4-6重量份、纳米二氧化硅6-9重量份、胺丙基三乙氧基硅烷0.5-0.8重量份、酚醛树脂7-12重量份、以及常温下为液态的挥发溶剂3-8体积份。

最优的，所述的纳米改性尼龙材料，由如下原料制备而成：尼龙基体100重量份、纳米碳化硅4重量份、纳米氮化硅5重量份、纳米二氧化硅7重量份、胺丙基三乙氧基硅烷0.6重量份、酚醛树脂10重量份、以及常温下为液态的可挥发溶剂5体积份。

所述尼龙基体由重量比为1-3：2-4：4-6的尼龙6、尼龙12及尼龙66组成。

优选的，所述尼龙6、尼龙12及尼龙66的重量比为2：3：5。

所述常温下为液态的挥发溶剂选自烃类。

本发明还公开了一种制备上述纳米改性尼龙材料的方法，包括如下步骤：

(1)按照选定的重量份数取所述纳米碳化硅、纳米氮化硅、纳米二氧化硅混匀，加入至选定体积份的挥发溶剂中，混匀备用；

(2)按照选定的重量份数取所述尼龙基体、胺丙基三乙氧基硅烷、酚醛树脂及混匀，并加热至40-50℃反应1-2h；随后以梯度升温的方式升温至100-120℃，并继续反应2-3h；

(3)将步骤(2)反应后的混合物冷却至室温后，加入至步骤(1)中混匀的溶剂中混匀，并将混匀物料加入双螺杆挤出机中，在200-220℃下经过挤出、冷却、造粒，即得。

所述步骤(2)中，所述梯度升温方式是指以15-20℃/梯度的方式进行升温，并在启动升温程序的最初2-3min内完成升温，并维持该温度下持续反应1-1.5小时。

本发明还公开了一种根据上述方法制备得到的纳米改性尼龙材料。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：