一种基于HTPA的高强度复合材料及其生产工艺的制作方法

本发明涉及复合材料领域，具体为一种基于htpa的高强度复合材料及其生产工艺。

背景技术：

1、聚酰胺(pa)又称尼龙，是五大工程塑料之一，是一类主链含有酰胺基团的聚合物，综合性能优越，密度较小、耐磨、吸震，被广泛应用于汽车、电子电器等工业生产的各个领域，塑料产业的发展，也对其工程塑料产品的性能要求更加高，尤其在耐高温方面，传统塑料已经无法满足要求，高温尼龙(htpa)是一类特种工程塑料，具有耐热性和力学性能，耐高温尼龙熔点一般在290-320℃，耐高温尼龙具有化学药品性良好、尺寸稳定性好、精密成型性、机械性良好等诸多优点，广泛应用于汽车行业、电子电器行业、机械制造业、航空航天等，但是高温尼龙的加工温度普遍在290℃以上，聚酰胺在高温下会发生老化是不可避免的，加工过程中的热氧老化降解对耐高温尼龙的力学性能、韧性和外观等方面造成较大的破坏，因此，对于耐高温尼龙的抗氧化性能也备受企业的关注。

2、一般采用在尼龙合成中加入耐热抗氧化剂获得更均匀稳定的尼龙材料，可以减少工序，使成本更低，例如公开号为cn108047493b的专利公开了一种用于尼龙的抗氧化剂组合物，通过主抗氧化剂受阻酚类抗氧化剂和或胺类抗氧化剂与辅抗氧化剂亚磷酸酯类抗氧化剂的结合应用，不同类型的抗氧化剂的协同发挥抗氧化的作用，在尼龙的生产加工存储应用中保护尼龙使之不易氧化，同时也提高了尼龙的生产效率，但是该专利没有解决尼龙在电器、汽车、航空等相关领域使用时，其阻燃性能不足的问题，存在火灾安全隐患，容易造成生命财产的巨大损失，为此，本发明提出了一种基于htpa的高强度复合材料及其生产工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于htpa的高强度复合材料及其生产工艺，解决了以下几点技术问题：

2、(1)解决了耐高温尼龙抗氧化性能较差的问题；

3、(2)解决了耐高温尼龙阻燃性较差的问题。

4、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

5、一种基于htpa的高强度复合材料，包括以下重量份的原料:80-120份耐高温尼龙、25-50份功能性玻璃纤维、2-5份硅氮磷阻燃剂、1-5份润滑剂、5-10份增韧剂。

6、进一步地，所述耐高温尼龙为pa46、pa9t、pa12t中的一种或多种混合。

7、进一步地，所述功能性玻璃纤维的制备方法为：

8、步骤a、将玻璃纤维加入至无水四氢呋喃中，超声分散20-30min，形成均匀分散液，于冰浴环境中，将酰卤化合物和三乙胺加入分散液中，加毕，移出冰浴，室温反应3-6h后，出料，得到改性玻璃纤维；

9、步骤b、在甲苯溶液中加入改性玻璃纤维，超声分散均匀，再加入抗氧化剂和氢氧化钾水溶液，氮气保护下，升温至80-90℃，反应4-8h,洗涤，干燥后，得到功能性玻璃纤维。

10、通过采用上述技术方案，玻璃纤维表面含有羟基与酰卤化合物结构中的酰卤基团发生反应，得到改性玻璃纤维，再通过抗氧化剂结构中的活性羟基与改性玻璃纤维表面的卤素取代基发生反应，得到表面接枝有受阻酚结构的功能性玻璃纤维。

11、进一步地，步骤a中，所述玻璃纤维为短切玻璃纤维，纤维直径为9-13μm，长度为3-6㎜。

12、进一步地，步骤a中，所述酰卤化合物为4-氯丁酰氯或3-氯丙酰氯。

13、进一步地，步骤b中，所述抗氧化剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苄醇。

14、进一步地，所述硅氮磷阻燃剂的制备方法为：

15、将端羧基硅油、1,3,5-三缩水甘油异氰脲酸酯和二乙基磷乙酸在二甲基亚砜溶液溶液中混合均匀，加入催化剂，在100-130℃下反应8-10h，将反应物分离，干燥，得到硅氮磷阻燃剂。

16、通过采用上述技术方案，端羧基硅油结构中的羧基和二乙基磷乙酸结构中的羧基，可以在催化剂的作用下，与1,3,5-三缩水甘油异氰脲酸酯中的环氧基团发生开环反应，制得硅氮磷阻燃剂。

17、进一步地，所述催化剂为四丁基溴化铵、四甲基氯化铵、四丁基氯化铵或者四丁基硫酸氢铵中的任一种。

18、进一步地，所述润滑剂为硅酮或聚酯蜡；所述增韧剂为乙烯-丙烯酸丁酯或乙烯-丙烯酸甲酯。

19、一种基于htpa的高强度复材料的生产工艺，包括以下步骤：

20、步骤一、将耐高温尼龙预先在100-120℃温度下烘3-4h；

21、步骤二、将干燥后的耐高温尼龙与功能性玻璃纤维、阻燃剂、润滑剂、增韧剂放入混合机中，转速为200-400r/min，搅拌5-15min，得到预混料；

22、步骤三、将预混料投入双螺杆挤出机熔融挤出，设置双螺杆转速为400-500r/min，双螺杆挤出机的加工温度为275-325℃，经冷却、切粒、干燥，得到基于htpa的高强度复合材料。

23、本发明的有益效果：

24、(1)本发明通过对玻璃纤维进行有机改性，得到表面接枝有受阻酚结构的功能性玻璃纤维，可有效解决抗氧化剂小分子挥发的问题，将其加入到耐高温尼龙中，使得尼龙的抗氧化性性能得到提升，有效减缓了耐高温尼龙的老化过程，延长了使用寿命，同时也能改进玻璃纤维的分散性问题，使其分散均匀，改性后的玻璃纤维与耐高温尼龙的亲和力增强，使复合材料的结合更紧密、牢固，强度更高，力学性能更优越。

25、(2)本发明制备的硅氮磷阻燃剂结构中含有硅氮磷三元协效阻燃元素，硅在耐高温尼龙表面可形成含硅的保护层，在增加成炭量的同时可隔氧隔热，含磷物质具有强脱水性，可有效增加耐高温尼龙的成炭量，提高燃烧后残炭的致密性和热稳定性，氮元素发挥了气相阻燃作用，燃烧时生成氮气、氨气、水蒸气等不可燃气体，稀释可燃气体的同时也使得碳层发生膨胀，达到阻燃效果，硅氮磷阻燃剂在凝聚相与气相阻燃作用下相互叠加，具有优异的阻燃性能，因此，能够达到添加少量阻燃剂，即可大幅度提升尼龙的阻燃性能，另外，硅氮磷阻燃剂的制备过程中会产生取代羟基，能够与尼龙基体形成氢键，使彼此之间的分子链相互缠结，进而能够避免阻燃剂的迁移，达到长效阻燃效果。

26、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种基于htpa的高强度复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料:80-120份耐高温尼龙、25-50份功能性玻璃纤维、2-5份硅氮磷阻燃剂、1-5份润滑剂、5-10份增韧剂。

2.根据权利要求1所述的一种基于htpa的高强度复合材料，其特征在于，所述耐高温尼龙为pa46、pa9t、pa12t中的一种或多种混合。

3.根据权利要求1所述的一种基于htpa的高强度复合材料，其特征在于，所述功能性玻璃纤维的制备方法为：

4.根据权利要求3所述的一种基于htpa的高强度复合材料，其特征在于，步骤a中，所述玻璃纤维为短切玻璃纤维，纤维直径为9-13μm，长度为3-6㎜。

5.根据权利要求3所述的一种基于htpa的高强度复合材料，其特征在于，步骤a中，所述酰卤化合物为4-氯丁酰氯或3-氯丙酰氯。

6.根据权利要求3所述的一种基于htpa的高强度复合材料，其特征在于，步骤b中，所述抗氧化剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苄醇。

7.根据权利要求1所述的一种基于htpa的高强度复合材料，其特征在于，所述硅氮磷阻燃剂的制备方法为：

8.根据权利要求7所述的一种基于htpa的高强度复合材料，其特征在于，所述催化剂为四丁基溴化铵、四甲基氯化铵、四丁基氯化铵或者四丁基硫酸氢铵中的任一种。

9.根据权利要求1所述的一种基于htpa的高强度复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硅酮或聚酯蜡；所述增韧剂为乙烯-丙烯酸丁酯或乙烯-丙烯酸甲酯。

10.一种如权利要求1所述的基于htpa的高强度复材料的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明涉及复合材料领域，公开了一种基于HTPA的高强度复合材料及其生产工艺，复合材料包括以下原料：耐高温尼龙、功能性玻璃纤维、硅氮磷阻燃剂、润滑剂、增韧剂；耐高温尼龙为基体材料，功能性玻璃纤维表面接枝有受阻酚结构，能改善玻璃纤维在耐高温尼龙中的分散问题，提高复合材料的强度和力学性能，增强抗氧化性能，减缓老化过程，延长使用寿命，硅氮磷阻燃剂在凝聚相和气相阻燃作用下发挥阻燃协同效应，改善了复合材料的阻燃性能，通过本发明生产的基于HTPA的高强度复合材料满足多种领域的使用要求，应用前景广阔。技术研发人员：段鹏,郑典君受保护的技术使用者：东莞和兴新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18