CN101121787B - 一种改性铸型尼龙 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种综合性能好的改性铸型尼龙，同时提供了一种简单易行的制备该改性铸型尼龙的方法。本发明由己内酰胺、十二内酰胺、纳米稀土、氢氧化钠、甲苯异氰酸酯或聚异氰酸酯制成；其方法是将己内酰胺、十二内酰胺加热后，加入纳米稀土，搅拌均匀；抽真空脱水；加入催化剂搅匀后注入模具中，进行聚合反应后，凝固成固体坯料。本发明制备的铸型尼龙，其密度、拉伸强度、韧性以及耐磨性高，且吸水率低、磨耗系数小。

Description

一种改性铸型尼龙

技术领域

本发明涉及工程塑料，具体地说是一种改性的铸型尼龙。

背景技术

铸型尼龙(Mc尼龙)是一种应用广泛的工程塑料。它通常是在常压下将熔融的己内酰胺单体减压脱水，并用强碱做催化剂，进一步脱水后，再与助催化剂甲苯异氰酸酯或聚异氰酸酯混合均匀后，直接注入预加热至一定温度的模具中进行聚合而成。铸型尼龙与一般的尼龙产品相比较，其在强度、刚度、耐磨性等诸多方面均具有显著的优势。因而，铸型尼龙被广泛用于制造各种机械零件。特别是近年来出现的铸型尼龙回转成型大型中空器件和连续聚合生产高分子质量尼龙6粒料技术，使其应用范围进一步扩大。但是，现有技术生产制备的铸型尼龙吸水率高，产品常常会因空气湿度的改变而发生变性。另外，产品的脆性高，通常在遇到温度剧烈变化或遇外力作用时易产生“脆裂”。再则，其还存在耐磨性差，磨损率高，尺寸稳定性和耐热性不高等不足之处。由此也限制了其更广泛的应用。为此，近年来人们一直在致力于铸型尼龙的改性研究。如为进一步提高铸型尼龙的综合性能，李国绿等利用碳纤维(CF)来增强铸型尼龙的性能(详见《工程塑料应用.2001，29(2)：9》)。该方法虽然在一定程度上增加了所制备的铸型尼龙的拉伸强度和弯曲强度等性能，但其也增加了其的工艺难度。如该方法在制备铸型尼龙时，需先将CF采用液相氧化法处理，即将CF浸泡在60％的硝酸溶液中，1小时后取出，再用NaOH溶液和水充分洗涤至Ph值不显酸性为止。CN1323848A公开了一种稀土改性铸型尼龙的制备方法。该方法是将一种预先配制好的环烷酸稀土改性剂加入到铸型尼龙的基质材料中来完成铸型尼龙的改性。该方法所制备的改性铸型尼龙，其综合性能仍不够理想，且其工艺过程复杂。如其在配制环烷酸稀土改性剂时，需将氯化钕稀释为水溶液，再将其与环烷酸混合后，经碱溶液中和制成环烷酸钕，再经氧化分解后与汽油或柴油混合，方可制成环烷酸稀土改性剂。

发明内容

本发明的目的就是要提供综合性能好的改性铸型尼龙。同时提供一种简单易行的制备该改性铸型尼龙的方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明产品是由以下重量份比的原料制成：

己内酰胺8～10份，十二内酰胺0.05～1份，纳米稀土0.05～2份，氢氧化钠0.05～1.5份，甲苯异氰酸酯或聚异氰酸酯0.5～2份。

本发明人在研制初期，试图利用纳米稀土平均粒径小，表面原子多，比表面积大和表面能高的特性来提高铸型尼龙的综合性能。但实际上，单独采用纳米稀土，其在基质中的分散性和浸润性均较差，故难以与己内酰胺形成良好的融合。本发明经过反复探索研究，选择在纳米稀土与己内酰胺中添加适量的十二内酰胺，由此解决了纳米稀土不经过表面处理难以与己内酰胺形成良好融合的问题。而己内酰胺、纳米稀土、十二内酰胺在常规催化剂、助催化剂的作用下，还产生了良好的协同作用。由此制备的铸型尼龙，其密度、拉伸强度、韧性以及耐磨性都得到了显著的提高，同时还大大降低了其的吸水率和磨耗系数。

本发明所选用的纳米稀土可以选用稀土金属单质(如钕、铈、钇、铕、钐)，也可选用稀土盐(如硝酸稀土盐：硝酸铈、硝酸钇、硝酸钕、硝酸钐、硝酸钆、硝酸铕；醋酸稀土盐：醋酸铈、醋酸铕、醋酸钕；氯化稀土盐：氯化铈、氯化钐)；稀土氧化物(如氧化钐或氧化铕)；也可以选用稀土富集物，如氟碳铈矿粉、氟碳铈钙矿粉、氟碳钡铈矿粉、硅铍钇矿粉、黑稀金矿磷钇矿粉、氟碳钙钇矿粉、钇易解石粉、褐钇铌矿粉、黑稀金矿粉等。

其中以稀土金属单质或稀土富集物为优选。其中选用稀土金属单质性能更好；选用稀土富集物既可增强铸型尼龙的性能又可有效降低其制造成本。

本发明原料优选的重量份比是：

己内酰胺8份，十二内酰胺0.8～1份，纳米稀土0.5～1份，氢氧化钠1～1.5份，甲苯异氰酸酯或聚异氰酸酯1.5～2份。以此制备的铸型尼龙其各项性能效果更好。

本发明的制备方法包括以下步骤：

a、称取以下重量份比的原料，己内酰胺8～10份，十二内酰胺0.05～1份，纳米稀土0.05～2份，氢氧化钠0.05～1.5份，甲苯异氰酸酯或聚异氰酸酯0.5～2份；

b、将己内酰胺、十二内酰胺加热至90～100℃，加入纳米稀土，搅拌均匀；在110～120℃条件下抽真空脱水；

c、加入氢氧化钠，并通入氮气保护；

d、加入甲苯异氰酸酯或聚异氰酸酯，搅拌均匀，并在120～140℃保温；

e、注入预加热至160～170℃的模具中，进行聚合反应后，凝固成固体坯料。

由于本发明独特的材料配伍，使得己内酰胺90～100℃即可发生反应。而反应温度的有效降低，既可有大大减少生产过程中熔融单体所产生的气泡，由此大大提高产品的质量。同时也可大大降低生产能耗。

在采用本发明方法时，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

本发明方法工艺简单，不需另行特制稀土助剂即可制造出性能良好的铸型尼龙。

本发明所提供的改性铸型尼龙的有益效果通过以下数据测试得到了验证(详见表1)。

表1：

指标	单位	本发明	普通铸型尼龙
				密度	kg/m<sup>2</sup>	1.3～1.35	1.1
硬度	邵D	90～95	80
				拉伸强度	Mpa	120～130	80
冲击强度	Mpa	6.5～7.0	6
				弯曲强度	Mpa	135～155	100

指标	单位	本发明	普通铸型尼龙
				热变形温度	℃	160～180	120
吸水率	％	＜0.02	＜0.5
				磨耗	mm<sup>2</sup>	＜0.06	0.08

注：上述普通铸型尼龙采用的原料除不含有十二内酰胺以及纳米稀土外，其它组分及用量与本发明相同。

以上数据是依据马之庚主编，机械工业出版社2004版《工程塑料手册》所述方法进行测试的。

本发明产品可通过形状各异的模具以及各种常规的机械加工手段制造出各种机械配件。其尤其适用于冶金轧钢业用的烧结混合机内衬板、球团造球机、球盘、轧钢机、万向节滑板等耐磨配件。

具体实施方式

以下实施例仅用于进一步说明本发明，但不以任何形式限定本发明。

实施例1

a、称取己内酰胺8kg，十二内酰胺0.5kg，50纳米铕金属粉0.5kg，氢氧化钠1kg，甲苯异氰酸酯1.5kg；

b、将己内酰胺、十二内酰胺放置反应釜内，加热至100℃，熔融，加入纳米铕金属粉，开动搅拌器搅拌10分钟，使其均匀；在120℃抽真空脱水10分钟。

c、加入催化剂氢氧化钠，并通入氮气保护；

d、加入甲苯异氰酸酯，搅拌均匀，并保持温度在120℃；

e、注入预加热至160℃的模具中，进行聚合反应10分钟后，将模具冷却10分钟左右，使其内容物凝固成固体坯料，脱模即可。

实施例2

a、称取己内酰胺8kg，十二内酰胺1kg，粒径为100纳米的氟碳铈矿粉1kg，氢氧化钠1.5kg，甲苯异氰酸酯2kg；

b、将己内酰胺、十二内酰胺放置反应釜内，加热至90℃，熔融，加入纳米稀土，开动搅拌器搅拌15分钟，使其均匀；110℃抽真空脱水12分钟

c、加入催化剂氢氧化钠，并通入氮气保护；

d、加入甲苯异氰酸酯，搅拌均匀，并保持温度在140℃；

e、注入预加热至170℃的模具中，进行聚合反应10分钟后，将模具冷却15分钟左右，使其内容物凝固成固体坯料，脱模即可。

实施例3

a、称取己内酰胺8kg，十二内酰胺0.5kg，20纳米氧化铕0.5kg，氢氧化钠1kg，聚异氰酸酯1.5kg；

b、将己内酰胺、十二内酰胺放置反应釜内，加热至90℃，熔融，加入20纳米氧化铕，开动搅拌器搅拌10分钟，使其均匀；在130℃抽真空脱水15分钟；

c、加入催化剂氢氧化钠，并通入氮气保护；

d、加入聚异氰酸酯，搅拌均匀，并保持温度在120～140℃；

e、注入预加热至160～170℃的模具中，进行聚合反应15分钟后，将模具冷却15分钟左右，使其内容物凝固成固体坯料，脱模即可。

实施例4～8制备方法同上，只是组分和用量有所不同，但具有本发明所述效果。

Claims (4)

1.一种改性铸型尼龙，其特征在于它由以下重量份比的原料制成：

己内酰胺8～10份，十二内酰胺0.05～1份，纳米稀土0.05～2份，氢氧化钠0.05～1.5份，甲苯异氰酸酯0.5～2份。

2.根据权利要求1所述的改性铸型尼龙，其特征在于所说纳米稀土是稀土金属单质或稀土富集物。

3.根据权利要求1或2所述的改性铸型尼龙，其特征在于所说的原料重量份比为：己内酰胺8份，十二内酰胺0.8～1份，纳米稀土0.5～1份，氢氧化钠1～1.5份，甲苯异氰酸酯1.5～2份。

4.一种改性铸型尼龙的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：

a、称取以下重量份比的原料，己内酰胺 8～10份，十二内酰胺0.05～1份，纳米稀土0.05～2份，氢氧化钠0.05～1.5份，甲苯异氰酸酯0.5～2份；

b、将己内酰胺、十二内酰胺加热至90～100℃，加入纳米稀土，搅拌均匀；在110～120℃条件下抽真空脱水；

c、加入氢氧化钠，并通入氮气保护；

d、加入甲苯异氰酸酯，搅拌均匀，并在120～140℃保温；

e、注入预加热至160～170℃的模具中，进行聚合反应后，凝固成固体坯料。