[发明专利]耐磨碳纤维增强尼龙66树脂组合物及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐磨碳纤维增强尼龙66树脂组合物及其合成方法。

背景技术

近年来随着碳纤维产量增加价格降低，碳纤维增强热塑性树脂复合材料的应用越来越广，如美国专利US6,231,788揭示了一种由PC-ABS树脂复合物和碳纤维组成的具有电磁屏蔽性的碳纤维复合材料，可用于防尘设备和笔记本电脑外壳；中国专利CN101139462揭示了一种由聚酰胺树脂、碳纤维、红磷阻燃剂、增韧剂等组成的阻燃碳纤维复合材料；中国专利CN1165523揭示了一种由研磨碳纤维、聚烯烃树脂（PP）（或聚酰胺树脂或聚醚醚酮树脂）和聚四氟乙烯（PTFE）粉末组成的耐磨性优异的碳纤维复合材料，可用作在半导体的某些加工操作过程中的支持夹具。

耐磨碳纤维复合材料主要的应用是取代金属材料做齿轮、轴承、滑轮、机械泵转子等机器零部件，这要求耐磨碳纤维复合材料有很好的力学强度和刚性（模量），因此做耐磨碳纤维复合材料最好选用力学性能更好的工程塑料如聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）、聚甲醛（POM）、聚酰胺（尼龙，PA）等；其次，加入碳纤维虽可大幅提高复合材料的拉伸强度、弯曲强度和模量等力学性能，但也增加了材料的摩擦系数和磨损，因此在制备耐磨碳纤维复合材料时还需加入摩擦系数较小的耐磨助剂，常用的耐磨助剂有聚四氟乙烯（PTFE）树脂、二硫化钼、石墨、硅油等。碳纤维的表面处理和复合材料制备工艺条件也对复合材料的性能有较大的影响，现在较多的方法采用研磨碳纤维来制备耐磨碳纤维复合材料，由于研磨碳纤维结构破坏严重、表面处理也不好，因此增强效果并不令人满意，得到的复合材料力学强度和模量偏低。如中国专利CN1165523中实施例3采用聚丙烯（PP）66份（重量份，后同）加入34份研磨碳纤维时复合材料的拉伸强度只有8305 psi（57.0 MPa），桡曲强度为12755 psi（87.5MPa），桡曲模量为1.59×10⁶psi（10907MPa），实施例7采用工程塑料聚邻苯二甲酰胺树脂（PPA）61份加入研磨碳纤维29份，PTFE 10份时得到的耐磨碳纤维复合材料，拉伸强度只有16963psi（116MPa），桡曲强度为26277 psi（180.3MPa），桡曲模量为2.16×10⁶psi（14818MPa），这些性能对做齿轮、轴承等机器零部件应用是较低的。美国专利US20100120972揭示了一种用耐高温上浆剂处理碳纤维后可得到力学性能良好的耐磨碳纤维半芳香族聚酰胺复合材料，但这种上浆剂处理方法过程繁琐，不易控制，因此不容易推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是以往技术制备的耐磨碳纤维复合材料力学性能较低的问题，提供一种新的耐磨碳纤维增强尼龙66树脂组合物。该树脂组合物具有力学性能高、耐磨性好的优点。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的树脂组合物的合成方法。

为了解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种耐磨碳纤维增强尼龙66树脂组合物，以重量份数计包括以下组分：

　　A．45～70份尼龙66树脂；

　　B．5～25份聚四氟乙烯树脂；

　　C．10～40份连续碳纤维；

D．0.01～5份选自抗氧剂、相容剂中的至少一种助剂。

上述技术方案中，尼龙66树脂的特征粘度大于2.5，可作工程塑料使用，以重量份数计其用量为50～65份。聚四氟乙烯（PTFE）树脂的粒径为1～20微米，以重量份数计其用量为5～20份。以重量份数计连续碳纤维的用量为15～40份。以重量份数计助剂的用量为0.1～2份。

为了解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种耐磨碳纤维增强尼龙66树脂组合物的合成方法，包括以下步骤：

　　ⅰ) 尼龙66树脂在 80～100℃真空干燥8～12小时；

　　ⅱ）尼龙66树脂、聚四氟乙烯树脂和助剂按所需重量比例加入双螺杆挤出机中熔融混合，双螺杆挤出机料筒温度为250～300℃；

ⅲ）连续碳纤维从双螺杆挤出机中部开口引入树脂体系中，碳纤维在双螺杆挤出机中被剪切破碎，和树脂一起挤出，然后切粒得到所述耐磨碳纤维增强尼龙66树脂组合物。

下面更具体地介绍各组分的制法、技术要求和组成范围。