一种高耐热聚酰胺复合材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及耐热聚酰胺材料技术领域，更具体地，涉及一种高耐热聚酰胺复合材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.聚酰胺做工程材料应用广泛，但是随着人们生产生活环境的提升，对于材料的耐热等级要求也逐渐提升，尤其是在家电行业，随着用电功率的提升，发热量逐渐提高，对材料的耐热要求就逐渐提高，现有技术一般在聚酰胺中添加玻璃纤维、抗氧化助剂及耐热稳定剂等来提升聚酰胺的耐热等级。
3.二氧化硅气凝胶一般是以水玻璃为原料，盐酸作为催化剂，结合超临界工艺制备得到的一种多孔结构的气凝胶。中国专利cn111730926a采用二氧化硅(二氧化钛、二氧化锆)气凝胶涂敷在隔热板上下表面，采用热压成型得到隔热板材，但是工艺复杂，隔热效果也较差。中国专利cn107099117a公开了一种纤维增强气凝胶-聚合物复合材料及其制备方法，以不饱和聚酯以及热塑性聚丙烯、聚酰胺为基体，以纤维增强的氧化硅气凝胶为强化材料，将基体材料浸渗到纤维增强气凝布(板)上，通过热压等方式制得聚合物与气凝胶三维网络交织的复合材料，以提高复合材料的力学性能，但是这种制备方法工艺复杂，采用热压方式为主，不适合制备结构复杂的产品，同时材料在耐热方面没有明显的改善。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有聚酰胺材料耐热性能较差的缺陷和不足，提供一种高耐热聚酰胺复合材料，以聚酰胺树脂为基体，通过添加一定配比的二氧化硅气凝胶和玻璃纤维制得聚酰胺复合材料，耐热性能良好，高温拉伸强度高。
5.本发明的又一目的是提供一种高耐热聚酰胺复合材料的制备方法。
6.本发明的另一目的是提供一种高耐热聚酰胺复合材料的应用。
7.本发明上述目的通过以下技术方案实现：
8.一种高耐热聚酰胺复合材料，包括如下按照重量份计算的组分：
[0009][0010][0011]
其中二氧化硅气凝胶的杨氏模量为2.2*104n/m
2-5.9*104n/m2。
[0012]
本发明采用聚酰胺树脂作为基体，针对聚酰胺树脂的特性，在配方中加入适量比例的分散剂、二氧化硅气凝胶和玻璃纤维，一方面，二氧化硅气凝胶表面含有-ch3，遇到分散剂后在分散过程中会水解；另一方面，二氧化硅气凝胶表面还有羟基，二氧化硅气凝胶可以通过羟基与聚酰胺树脂相连接，羟基脱水后形成si-o-si的稳定结构，通过各组分的相互
配合，得到具有三维稳定结构的高耐热聚酰胺复合材料。为了兼顾复合材料的机械性能，本发明选用了特定杨氏模量的二氧化硅气凝胶，该二氧化硅气凝胶密度小，孔隙率大，能向三维方向延伸，在复合材料受到外力时，会随着复合材料发生相应的形变而吸收能量，大的空隙率可以有效的隔绝热量的传输，同时加工过程中形成的三维稳定结构赋予了材料良好的热稳定性，因此很大程度上提升了复合材料的耐热性能。
[0013]
优选地，包括如下按照重量份计算的组分：
[0014][0015]
优选地，所述二氧化硅气凝胶的杨氏模量为3*104n/m
2-5*104n/m2。
[0016]
二氧化硅气凝胶的杨氏模量采用单轴压缩实验进行测试，标准采用gb8813-88-2010，在万能试验机上进行，压缩速率为2mm/min，样品尺寸为
[0017]
优选地，所述二氧化硅气凝胶的密度为40-50kg/m3。这里的二氧化硅气凝胶的密度是指堆积密度，采用gb/t 23771-2012标准进行测试。
[0018]
优选地，所述二氧化硅气凝胶中的si原子与-ch3比例为1:1-1:5。
[0019]
优选地，所述分散剂为甲酸、浓硫酸或乙二醇中的一种或几种。
[0020]
优选地，所述浓硫酸的质量分数为90％-95％。
[0021]
优选地，所述聚酰胺树脂为聚酰胺6和/或聚酰胺66。
[0022]
优选地，投入双螺杆挤出机中进行熔融混合，双螺杆挤出机的螺杆长径比为40-48:1，螺筒温度为250-270℃，螺杆转速为200-550rpm。
[0023]
本发明保护上述高耐热聚酰胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0024]
将聚酰胺树脂溶解于分散剂中，然后加入二氧化硅气凝胶，混合均匀后，和玻璃纤维进行熔融混合，挤出造粒，得到高耐热聚酰胺复合材料。
[0025]
优选地，投入双螺杆挤出机中进行熔融混合，双螺杆挤出机的螺杆长径比为40-48:1，螺筒温度为250-270℃，螺杆转速为200-550rpm。
[0026]
优选地，所述溶解的温度为50-80℃，时间为3-4h。
[0027]
本发明还保护上述高耐热聚酰胺复合材料在作为或制备电子电气、家电或工程材料产品中的应用。
[0028]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0029]
本发明采用一定配比的聚酰胺树脂、二氧化硅气凝胶、分散剂和玻璃纤维制得高耐热聚酰胺复合材料，由于聚酰胺、二氧化硅气凝胶和玻璃纤维之间形成了稳定的三维网络结构，可以有效的提升材料热稳定性，在很大程度上提升了聚酰胺复合材料的耐热性能和高温拉伸强度，且本发明的制备方法操作简便，所制得的高耐热聚酰胺复合材料可以广泛应用于电子电气、家电或工程材料等领域。
具体实施方式
[0030]
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何
形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
[0031]
以下各实施例和对比例使用的原料：
[0032]
pa66：pa66 50fwfs，工业级，ascend公司。
[0033]
pa6：2800a，工业级，海洋化纤公司。
[0034]
分散剂：甲酸，工业甲酸，济南梦乔化工有限公司。
[0035]
玻璃纤维：e7cs10-03-568h，巨石集团有限公司。
[0036]
二氧化硅气凝胶a：杨氏模量2.2*104n/m2，密度为38kg/m3，si原子与-ch3比例为1:1，牌号knf-w008，厂商科昂纳米。
[0037]
二氧化硅气凝胶b：杨氏模量3.5*104n/m2，密度为45kg/m3，si原子与-ch3比例为1:1，knf-w015，科昂纳米。
[0038]
二氧化硅气凝胶c：杨氏模量5.9*104n/m2，密度为48kg/m3，si原子与-ch3比例为1:1，knf-w020，科昂纳米。
[0039]
二氧化硅气凝胶d：杨氏模量5*104n/m2，密度为47kg/m3，si原子与-ch3比例为1:1，knf-w018，科昂纳米。
[0040]
二氧化硅气凝胶e：杨氏模量3*104n/m2，密度为42kg/m3，si原子与-ch3比例为1:1，knf-w012，科昂纳米。
[0041]
二氧化硅气凝胶f：杨氏模量6.5*104n/m2，密度为57kg/m3，si原子与-ch3比例为1:8，hl-600，汇富科技。
[0042]
二氧化硅气凝胶g：杨氏模量1.0*104n/m2，密度为34kg/m3，si原子与-ch3比例为1:6，hl-100，汇富科技。
[0043]
实施例1-14及对比例1-5
[0044]
一种高耐热聚酰胺复合材料，包括如下表1所示组分：
[0045]
表1各实施例和对比例的组分及其重量份(单位：份)
[0046][0047][0048]
上述聚酰胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0049]
首先将甲酸和纯净水加入混合搅拌容器中，搅拌速度控制在150r/min，时间在20秒，温度为25℃，配置成ph值为5.0的甲酸溶液；将聚酰胺树脂加入甲酸溶液分散，温度加热到75℃，时间为3h，便于聚酰胺的溶解制成聚酰胺的甲酸溶液，再将二氧化硅气凝胶加入该溶液中，充分搅拌，搅拌速度为300r/min，时间为50s，使得组分充分分散均匀，晾干，粉碎备用；将上述组分与玻璃纤维按照一定比例投入双螺杆挤出机中进行熔融混合，玻璃纤维侧喂料，并挤出造粒，得到阻燃聚酰胺增强材料；其中双螺杆挤出机的螺杆长径比为48:1，螺筒温度为260℃，螺杆转速为350rpm。
[0050]
性能测试
[0051]
1、测试方法
[0052]
(1)高温拉伸强度：将上述各实施例和对比例所制得的聚酰胺材料先按iso 527-2009标准尺寸注塑成测试用的样条，然后在3％的氯化钠水溶液中，在80℃水煮1h，取出擦干表面水即刻进行高温拉伸性能；各例试样的性能测试数据见表2所示。
[0053]
(2)5％的失重温度：将上述各实施例和对比例所制得的聚酰胺材料采用tga设备，在氮气气氛中，20℃/min的升温速率至750度，取失重5％下对应的温度。
[0054]
2、测试结果
[0055]
表2各实施例和对比例的性能测试结果
[0056][0057]
性能指标对比例1对比例2对比例3对比例4对比例5高温拉伸强度/mpa568349805260483042015％的失重温度/℃385390392389324
[0058]
由上表2可知，本发明的各个实施例中的高温拉伸强度高，以及耐热性好，但是对比例1由于二氧化硅气凝胶添加量较少，材料的高温拉伸与耐热性能相对较差，主要是二氧化硅气凝胶添加量不足时，在材料中无法发挥应有的作用。对比例2由于二氧化硅气凝胶添加量较多，对比例2中材料的高温拉伸强度小以及耐热性较差，这主要是因为二氧化硅气凝胶添加的含量过多，无法很好地与材料中的聚酰胺树脂界面稳定结合，反而是二氧化硅本来的刚性叠加效应放大，致使材料的强度降低，耐热性也同样下降。对比例3由于二氧化硅气凝胶的杨氏模量较大，刚性太强导致材料在受力时发生脆性断裂而导致高温拉伸强度降低，在高温下，起不到缓冲形变和隔热等作用，材料耐热性也变差。对比例4由于二氧化硅气凝胶的杨氏模量较小，在受到外力作用时，无法形成稳定的三维结构，从而影响材料的拉伸性能，在高温时，二氧化硅气凝胶模量太低容易发生变形，导致材料中的孔隙率变小，隔热性变差，最终导致材料耐热性变差。对比例5没有添加二氧化硅气凝胶，材料本身的力学性能就会偏低，在高温受力时，由于材料中缺乏二氧化硅气凝胶，无法形成稳定的结构，从而热稳定性下降，在高温下的拉伸强度降低。
[0059]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。