[发明专利]一种原位微纤增强MC尼龙复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种原位微纤增强MC尼龙复合材料的制备方法。该发明采用异氰酸酯作为增容剂来解决聚丙烯与尼龙6不相容问题，该增容剂的运用，实现了共混体系中原位聚合、原位成纤同步完成，缩短了工艺流程，提高了增容剂的接枝率、聚丙烯与尼龙6体系的共聚程度。采用“A、B罐”、“一步法”多釜串联连续生产工艺制备原位微纤增强复合材料，实现工艺参数在线自动控制，提高尼龙复合材料的生产效率，降低原材料的损耗。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种原位微纤增强MC尼龙复合材料的制备方法。

背景技术

以热塑性树脂为基体的复合材料已经得到了非常广泛的应用，在制备高性能的工程塑料方面，纤维增强是一种非常普遍的改性方法，所用的主要是玻璃纤维、碳纤维、涤纶纤维、芳纶纤维等无机或有机的宏观纤维，这些纤维填充到树脂基体中能起到明显的增强效果，但会使复合材料的加工粘度急剧增大，同时也增加了对加工机械的磨耗。1975年Capiati等在基于不同熔点的高密度聚乙烯(HDPE)丝和高密度聚乙烯粉复合材料的研究中第一次提出了“单一聚合物复合材料”的概念。从那以后，将取向纤维和与之具有相同材料的基体进行结合的各种技术在文献中得以报道。其中绝大多数的研究都是基于聚烯烃和聚酯材料的。1987年，Kiss和Weiss等在研究中先后提出“原位成纤增强复合材料”(In SituComposite)的概念，指复合体系中的增强相不是在加工前就成型的，而是加工过程中本体产生的，即加工过程中，分散相在连续相中受到剪切、拉伸作用而发生取向、变形，在原来的位置形成微纤以增强基体材料。

近年来，对高分子原位成纤的研究越来越受到工业界和科技界的重视。70年代末，美国空军材料实验室(Air Force Materials Laboratory)的研究者首次提出了以刚性分子在分子水平上与柔性分子符合而形成“分子复合村料”的构想。80年代初，日本学者Takyanggi等人以聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)与尼龙6(PA6)通过共混和嵌段共聚的方法获得了PPTA以30mm尺寸微纤分散于PA6基体的分子复合材料，提出了聚合物分子复合材料的概念，即在柔性聚合物基体中加入少理的刚性聚合物增强剂，并以近乎单个分子的形式分散于基体中，这样最大限度地提高柔性基体的物理力学性能。基于弥补单一基体本身性能不足的需要，Breles R.E.S等开始对双基体原位混杂材料进行研究。同时，为了进一步提高材料的力学性能，有研究学者提出了原位混杂增强技术，有两个增强相通过混杂效应提高材料的性能。

综上所述，聚合物共混可以综合各聚合物组分的性能，取长补短，消除各单一聚合物组分性上的弱点，获得综合性能较为理想的聚合物材料，从而拓宽复合材料的应用范围。PA6是工程塑料中开发最早的品种，具有弹性好、力学强度高、韧性好、耐磨和自润滑性好、易于成型加工等优良的综合性能，而被广泛应用于汽车制造业、电子工业、航空工业等领域，由于其易吸水而导致其力学性能下降限制了它更为广泛的应用，而PP力学性能好、耐油及耐化学品优良、易加工、几乎不吸水、耐热性较好、产量大、价格低，与PA6有很好的互补性。但PA6与PP的极性相差很大，直接共混制备的复合材料力学性能很差。

发明内容

本发明针对纤维填充到尼龙基体中会使复合材料的加工粘度急剧增大的问题，提供一种新型原位微纤增强MC尼龙复合材料的制备方法。

本发明采用异氰酸酯(TMI)作为增容剂来解决PP/PA6不相容问题，该增容剂的运用，实现了共混体系中原位聚合、原位成纤同步完成，缩短了工艺流程，提高了增容剂的接枝率、PP/PA6体系的共聚程度。首次在国内采用“A、B罐”、“一步法”多釜串联连续生产工艺制备原位微纤增强复合材料，实现工艺参数在线自动控制，提高尼龙复合材料的生产效率，降低原材料的损耗。

本发明所用的主要原材料主要有聚丙烯(PP)、己内酰胺(CL)及异氰酸酯(TMI)，辅料有氢氧化钠(NaOH)、甲苯-2，4-二异氰酸酯(TDI)。

增容剂使用异氰酸酯(TMI)接枝聚丙烯生成3-异丙烯基-α，α‘-二甲基苄基-异氰酸酯(PP-g-TMI)。