玄武岩维纤维织物增强尼龙6预浸复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供玄武岩维纤维织物增强尼龙6预浸复合材料的制备方法，包括：1)将己内酰胺熔体分成相等重量的两部分，分别储存于A和B两个液体加料装置中；将己内酰胺阴离子聚合的催化剂加入液体加料装置A中并混合均匀，将己内酰胺阴离子聚合的助催化剂加入液体加料装置B中并混合均匀，将液体加料装置A和液体加料装置B中的混合物加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机均匀混合并挤出混合熔体至浸渍槽中；2)牵引玄武岩维纤维织物进入电晕充电装置充电后进入浸渍槽；3)加热经步骤2)处理的所述玄武岩维纤维织物，引发己内酰胺阴离子聚合反应，辊压，冷却。本发明专利技术可实现己内酰胺熔体对玄武岩维纤维织物的充分浸渍，制备出高性能玄武岩维纤维织物增强尼龙6复合材料。

Preparation of Basalt Vitamin Fiber Fabric Reinforced Nylon 6 Pre-impregnated Composites

The invention provides a preparation method of basalt fibre fabric reinforced nylon 6 preprepreg composite material, which includes: 1) dividing caprolactam melt into two parts of equal weight and storing them in two liquid feeding devices A and B respectively; adding the catalyst of caprolactam anionic polymerization into liquid feeding device A and mixing evenly, and adding the promoter of caprolactam anionic polymerization into liquid. The mixture of liquid feeding device A and liquid feeding device B is added to the twin screw extruder, and the mixed melt is evenly mixed and extruded into the impregnating tank by the twin screw extruder; 2) the basalt dimension fiber fabric is drawn into the impregnating tank after charging by the corona charging device; 3) the basalt dimension fiber fabric treated by step 2 is heated to initiate itself. Anionic Polymerization of Lactam, Rolling, Cooling. The invention can realize full impregnation of caprolactam melt on basalt dimension fiber fabric, and prepare high performance basalt dimension fiber fabric reinforced nylon 6 composite material.

【技术实现步骤摘要】
玄武岩维纤维织物增强尼龙6预浸复合材料的制备方法
本专利技术涉及复合材料，特别是一种玄武岩维纤维织物增强尼龙6预浸复合材料的制备方法。
技术介绍
纤维织物增强热塑性复合材料比热固性树脂基复合材料具有更好的结构性能、抗冲击性和耐腐蚀性，尤其是在高温、高湿度下仍能保持良好的力学性能，因此，近年来越来越受到各国的重视。然而，热塑性树脂熔融黏度高，熔体流动困难，树脂不易充分浸渍织物、浸渍工艺复杂，限制了复合材料性能及应用范围。申请号为201210085175.8、201210315906.3、201310019610和201611253189.0的中国专利申请分别公开了制备热塑性树脂基复合材料预浸带的技术，所制备的预浸带可以在高温、高压条件下成型，最终获得热塑性复合材料制品，从而解决树脂与纤维织物直接复合时的浸渍问题。然而，热塑性树脂熔融黏度高，熔体流动困难带来的织物浸渍不充分，依然是纤维织物增强热塑性复合材料预浸带制备过程中需要克服的关键问题。己内酰胺是尼龙6的单体，己内酰胺阴离子开环聚合具有如下特点：(1)己内酰胺单体的熔体粘度很低(约1mPa.S)；(2)阴离子聚合速度快，约几分钟之内单体转化率可以超过95％；(3)聚合温度低于其产物尼龙6的结晶温度，固化速度快。因此，基于己内酰胺阴离子聚合反应，通过己内酰胺熔体与纤维织物的原位浸渍、原位聚合反应制备织物增强尼龙6复合材料，可以达到纤维浸渍效果好，复合效率高的目的。公开号为CN1386778A的专利文献公开了一种将纤维束通过装有内酰胺熔融单体及离子聚合催化剂的反应釜，首先使内酰胺单体原位聚合的同时又实现对纤维束单丝级浸渍，然后再使用挤出机挤出熔融树脂并包覆反应釜浸渍的纤维束，最终获得连续纤维增强的热塑性树脂基复合材料。公开号为CN1640936A的专利文献公开了首先使连续长纤维经过装有反应性尼龙单体的浸渍槽，然后引发单体聚合，从而获得一种连续长纤维增强尼龙的方法。然而，纤维编织物不同于上述专利中的纤维束，其纤维单丝与单丝之间更加致密，即时使用单体浸渍，也无法保证能够实现单丝级浸渍。为了使内酰胺单体能够充分浸渍纤维织物，公开号为CN101152747A、CN103042702A、CN104910374A和CN107033589A的专利文献公开了在压力或真空辅助下，通过树脂传递模塑工艺分别制备了纤维织物增强尼龙复合材料，然而，己内酰胺阴离子聚合的单体转化率无法达到100％，己内酰胺与纤维织物原位浸渍、原位聚合、原位复合后，所制备的复合材料中残留的低分子量单体无法去除，影响最终复合材料的性能。电晕充电是利用一个均匀电场引起空气局部击穿的电晕放电产生离子束轰击样品，并使电荷沉积于样品中。电晕充电的电极一般是针电极充电，或者针端位于同一水平面内阵列分布的多针电极充电。通常在电极和针状电极间加数千伏电压，使之发生电晕放电，此电晕场对气隙粒子激发产生电荷，电荷沉积于样品的表面或者近表面，从而使样品带上一定的表面电荷和体电荷。因电晕充电设备简单、操作方便，充电效率高以及电荷分布均匀等特点，在生产加工中被广泛使用。电晕充电的原理如图2所示。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种制备高性能玄武岩维纤维织物增强尼龙6复合材料的方法。技术方案：本专利技术提供一种玄武岩维纤维织物增强尼龙6预浸复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将除水后的己内酰胺熔体分成相等重量的两部分，分别储存于A和B两个液体加料装置中；将己内酰胺阴离子聚合的催化剂加入液体加料装置A中并混合均匀，将己内酰胺阴离子聚合的助催化剂加入液体加料装置B中并混合均匀，将液体加料装置A和液体加料装置B中的混合物以相同的流速加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机均匀混合并挤出混合熔体至浸渍槽中；2)牵引玄武岩维纤维织物进入电晕充电装置，使玄武岩维纤维织物带上正电荷；继续牵引玄武岩维纤维织物进入浸渍槽，浸渍在混合熔体中；3)加热经步骤2)处理的玄武岩维纤维织物，引发吸附在玄武岩维纤维织物上的己内酰胺阴离子聚合反应，再经过辊压、冷却，即得玄武岩维纤维织物增强尼龙6预浸复合材料。步骤1)中，获得除水后的己内酰胺熔体的方法优选为：将己内酰胺加热至80～100℃，减压蒸馏除去水分；液体加料装置A和液体加料装置B的温度设定为80～100℃；双螺杆挤出机的长径比为44，主机转速500r/min～800r/min，挤出温度为80～100℃；浸渍槽的温度为80～100℃；催化剂为己内酰胺钠，助催化剂为甲苯-2，4-二异氰酸酯；催化剂的加入量为己内酰胺熔体的0.004～1wt％，助催化剂的加入量为己内酰胺熔体的0.004～1wt％；液体加料装置A和液体加料装置B可以为本领域已知的液体加料装置，优选为申请号为201610364635.9的专利中公开的反应挤出液体加料罐装置。步骤2)中，对玄武岩维纤维织物的牵引速度8～12m/min；在进入电晕充电装置前，还包括将玄武岩维纤维织物预热至80℃～100℃的步骤；电晕充电装置的电压为15kV～100kV，玄武岩维纤维织物所在的平面与电晕充电装置的针电极的距离为1～2cm，玄武岩维纤维织物上的每个点在电晕充电装置中充电的时间为0.5～2min。步骤3)中，加热经步骤2)处理的玄武岩维纤维织物，引发吸附在玄武岩维纤维织物上的混合熔体中己内酰胺阴离子聚合反应的方法为：牵引玄武岩维纤维织物进入温度为140～180℃的烘箱，使玄武岩纤维织物上的每个点在烘箱中的加热时间为1～5min，引发己内酰胺阴离子聚合反应；辊压是通过压延辊实现的，压延辊的温度的240℃～260℃，压力2～5MPa，压延辊的表面与接地线接触，消除残留的静电；冷却定型是通过冷却辊实施的，冷却辊的温度20℃～50℃，压力1～2MPa。有益效果：本专利技术首先使用电晕充电装置使玄武岩维纤维织物的纤维单丝表面带有正电荷，当含有己内酰胺阴离子(催化剂己内酰胺钠)的己内酰胺熔体浸渍带正电荷的玄武岩维纤维织物时，由于正负电荷强烈的相互吸引作用，己内酰胺阴离子非常容易渗透到玄武岩维纤维织物的内部，与己内酰胺阴离子完全相互融合的己内酰胺也同时渗透进入玄武岩维纤维织物内部，最终实现己内酰胺对纤维织物单丝级浸渍。与需要通过压力或真空辅助才能实现单丝级浸渍的现有技术相比，本专利技术不使用密闭模具，复合材料制备过程中，经过原位浸渍、原位聚合后的复合物在压延机高温高压作用下，其内部残留的己内酰胺单体容易生升华去除，最终制备的复合材料单体残留量低，复合材料致密，力学性能更加优异。附图说明图1是玄武岩维纤维织物增强尼龙6单向预浸带的制备系统示意图；图2是电晕充电的原理示意图。具体实施方式如图1所示，玄武岩纤维织物增强尼龙6单向预浸带的制备系统包括纱架1、烘箱2、电晕充电装置3、导向辊4、双螺杆挤出机5、浸渍槽6、浸渍辊7、挤液辊8、导向辊9、烘箱10、压延辊11、冷却辊12和收卷辊13；其中，纱架1、烘箱2、电晕充电装置3、导向辊4、浸渍槽6、挤液辊8、导向辊9、烘箱10、压延辊11、冷却辊12和收卷辊13依次相邻设置，双螺杆挤出机5设置在浸渍槽6的上方，浸渍辊7设置在浸渍槽6中。其中，导向辊4和导向辊9用于改变纱线的运行方向，导引方向，浸渍辊7用于向玄武岩纤维布涂覆浸渍液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玄武岩维纤维织物增强尼龙6预浸复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：1)将除水后的己内酰胺熔体分成相等重量的两部分，分别储存于A和B两个液体加料装置中；将己内酰胺阴离子聚合的催化剂加入液体加料装置A中并混合均匀，将己内酰胺阴离子聚合的助催化剂加入液体加料装置B中并混合均匀，将液体加料装置A和液体加料装置B中的混合物以相同的流速加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机均匀混合并挤出混合熔体至浸渍槽中；2)牵引玄武岩维纤维织物进入电晕充电装置，使所述玄武岩维纤维织物带上正电荷；继续牵引所述玄武岩维纤维织物进入所述浸渍槽，浸渍在所述混合熔体中；3)加热经步骤2)处理的所述玄武岩维纤维织物，引发吸附在所述玄武岩维纤维织物上的己内酰胺阴离子聚合反应，再经过辊压、冷却，即得所述玄武岩维纤维织物增强尼龙6预浸复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种玄武岩维纤维织物增强尼龙6预浸复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：1)将除水后的己内酰胺熔体分成相等重量的两部分，分别储存于A和B两个液体加料装置中；将己内酰胺阴离子聚合的催化剂加入液体加料装置A中并混合均匀，将己内酰胺阴离子聚合的助催化剂加入液体加料装置B中并混合均匀，将液体加料装置A和液体加料装置B中的混合物以相同的流速加入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机均匀混合并挤出混合熔体至浸渍槽中；2)牵引玄武岩维纤维织物进入电晕充电装置，使所述玄武岩维纤维织物带上正电荷；继续牵引所述玄武岩维纤维织物进入所述浸渍槽，浸渍在所述混合熔体中；3)加热经步骤2)处理的所述玄武岩维纤维织物，引发吸附在所述玄武岩维纤维织物上的己内酰胺阴离子聚合反应，再经过辊压、冷却，即得所述玄武岩维纤维织物增强尼龙6预浸复合材料。2.根据权利要求1所述的玄武岩维纤维织物增强尼龙6预浸复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述己内酰胺熔体的温度为80～100℃，所述液体加料装置A和液体加料装置B的温度为80～100℃。3.根据权利要求1所述的玄武岩维纤维织物增强尼龙6预浸复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述双螺杆挤出机的主机转速为500r/min～800r/min，挤出温度为80～100℃；所述浸渍槽的温度为80～100℃。4.根据权利要求1所述的玄武岩维纤维织物增强尼龙6预浸复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述催化剂为己内酰胺钠，所述助催化剂为甲苯-2，4-二异氰酸酯；所述催化剂的加入量为所述己内酰胺熔体的0.004～1wt％，所述助催化剂的加入量为所述己...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓栋，闫东广，张远，裴成度，杜娇，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32