CN101338029A

CN101338029A - 一种耐磨铸型尼龙复合材料及其制备工艺

Info

Publication number: CN101338029A
Application number: CNA2008100219511A
Authority: CN
Inventors: 王世博; 葛世荣; 张德坤
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2009-01-07

Abstract

一种耐磨铸型尼龙复合材料及其制备工艺，适用于要求提高机械强度和冲击韧性、耐三体磨损和腐蚀性能良好的工件材料。采用由可浇铸成型的内酰胺单体、催化剂、助催化剂、聚乙二醇、硅灰石、氧化锌晶须组成的材料，采用单体浇铸制备工艺，即在熔融的可浇铸成型的工程塑料单体中加入催化剂和表面处理的硅灰石或氧化锌晶须填料，混合均匀，然后加入助催化剂，在常压下将混合均匀的熔融体注入加热模具腔内，快速聚合，脱模后得到复合材料。该复合材料摩擦系数较低，冲击韧性高，耐磨损和耐腐蚀性能良好；复合材料制备工艺简单，成本低，具有广泛的实用性。

Description

一种耐磨铸型尼龙复合材料及其制备工艺

技术领域

本发明涉及聚合物复合材料及制备工艺，尤其是一种耐磨铸型尼龙复合材料及制备工艺。

背景技术

铸型尼龙(MC尼龙)是诞生于上世纪六十年代的一种工程塑料，它以己内酰胺为主要原料，在一定的工艺技术条件下，加入助催化剂，发生缩聚反应，从而制作MC尼龙制件。MC尼龙重量轻、强度高、耐磨、自油滑性好，在矿山冶金、石油化工、轻工纺织、铁路交通等领域得到了广泛的应用。但是，纯MC尼龙往往很难满足一些特殊技术要求，在负荷较大时，其尺寸稳定性、耐磨性欠佳。磨损程度增大，容易造成机械偏差，而在一些高冲击性的条件下，纯料MC尼龙的应用也受到了很大限制，其缺口冲击强度本身较差，基于此，MC尼龙一经问世对其进行改性的要求也便提了出来。

MC尼龙的改性不外乎两种方法，即物理改性方法和化学改性方法，物理改性方法并不改变MC尼龙的分子结构，只是改变其形态相结构。而化学改性方法是以改变MC尼龙的分子结构出发，从而达到改性目的。由于化学改性工艺复杂，在工业化生产中很少应用。物理改性是按不同组份比例加入玻纤、云母、高岭土、石墨或二硫化钼等填料可明显改善MC尼龙机械强度、增加其尺寸稳定性。但是填料与尼龙基体的界面结合强度严重影响改性MC尼龙的机械性能。因此研究制备界面结合良好的MC尼龙复合材料，不但可以满足高新技术发展对材料的需求，而且在工程应用中具有良好的发展前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械强度高、摩擦系数低、耐三体磨损和耐腐蚀性性能良好的铸型尼龙复合材料及其制备工艺。

本发明的耐磨铸型尼龙复合材料：由可浇铸成型的内酰胺单体、催化剂、助催化剂(MDI)、聚乙二醇、硅灰石、氧化锌晶须组成，其中催化剂所占的质量百分比为内酰胺单体的0.015％～0.15％，助催化剂所占的质量百分比为内酰胺单体的0.05％～0.5％，硅灰石所占的质量百分比为内酰胺单体的2％～10％；氧化锌晶须所占的质量百分比为内酰胺单体的5％～15％。

所述的内酰胺单体为己内酰胺单体和十二内酰胺单体，其中十二内酰胺单体与己内酰胺单体的摩尔比为0∶10～1∶9；所述的催化剂为氢氧化钠；聚乙二醇的分子量为4000-6000；硅灰石的粒度为80～200目；氧化锌晶须的针状体长度为10～300μm，针状体直径为0.1～10μm。

一种耐磨铸型尼龙复合材料的制备工艺：

a.首先对硅灰石、氧化锌晶须进行处理；

b.将一定量的内酰胺单体放入三口圆底烧瓶中加热，待其熔融后，抽真空一段时间，将其中的水蒸汽抽出；

c.加入氢氧化钠催化剂和处理过的硅灰石填料或氧化锌晶须，或硅灰石填料和氧化锌晶须，继续抽真空；

d.加入助催化剂，迅速使其混合均匀并立即浇铸到已加热的模具中，空冷脱模后放入温水中水浴一段时间即得到所制备的复合材料。

所述硅灰石填料处理如下：

(1)称取一定质量的聚乙二醇用无水乙醇溶解，将硅灰石浸泡在该溶液中，放入恒温水浴箱中加热并保持一段时间，同时进行搅拌；

(2)将硅灰石混合物放入干燥箱内加温，待无水乙醇蒸发后，用热水抽洗多遍；

(3)再将硅灰石放入干燥箱内加温烘干；

(4)将处理所得硅灰石置于三口圆底烧瓶中，加入一定量的助催化剂，加热至一定温度并保持一段时间，加入一定量的己内酰胺，继续反应一段时间，用甲苯反应物抽洗多次，得到处理完毕的硅灰石；

所述一定质量聚乙二醇为硅灰石质量的6～10％，放入恒温水浴箱中加热的温度约为80℃，保持一段时间约为45min；所述硅灰石放入干燥箱内的温度为80～120℃，使用热水抽洗多遍的温度约为80℃；所述加入的助催化剂与聚乙二醇的摩尔比为2∶1，加热温度约为100℃，保持时间约4h；加入的己内酰胺与聚乙二醇的摩尔比为2∶1，继续反应时间约4h。

所述的内酰胺单体放入三口圆底烧瓶中加热的温度为140～170℃，抽真空的时间为10～20min；所述加热模具的温度为170～200℃，空冷脱模后放入温水中的温度为100℃，水浴时间约为5h。

有益效果：本发明采用助催化剂(MDI)和己内酰胺对填料表面处理，然后采用单体浇铸法，即在熔融的可浇铸成型的工程塑料单体中加入催化剂和表面处理的硅灰石或氧化锌晶须填料，混合均匀，然后加入助催化剂，在常压下将混合均匀的熔融体注入加热模具腔内，快速聚合，脱模后即得复合材料。适用于要求提高机械强度和冲击韧性、耐三体磨损和腐蚀性能良好的工件材料。该复合材料摩擦系数较低，冲击韧性高，耐磨损和耐腐蚀性能良好；复合材料制备工艺简单，成本低，具有广泛的实用性。

具体实施方式

本发明的耐磨铸型尼龙复合材料由可浇铸成型的内酰胺单体、催化剂、助催化剂(MDI)、聚乙二醇、硅灰石、氧化锌晶须组成，其中催化剂所占的质量百分比为内酰胺单体的0.015％～0.15％，内酰胺单体为己内酰胺单体和十二内酰胺单体，其中十二内酰胺单体与己内酰胺单体的摩尔比为0∶10～1∶9；助催化剂采用氢氧化钠，它所占的质量百分比为内酰胺单体的0.05％～0.5％，硅灰石所占的质量百分比为内酰胺单体的2％～10％；氧化锌晶须的针状体长度为10～300μm，针状体直径为0.1～10μm，它所占的质量百分比为内酰胺单体的5％～15％；聚乙二醇的分子量为4000-6000；硅灰石的粒度为80～200目。其制备工艺实例如下：

实施例一、将50g硅灰石和3g聚乙二醇放置到烧杯中，加入150mL无水乙醇，放入恒温水浴箱中加热至80℃保持45min，同时采用电动搅拌机搅拌；然后将混合物放入80～120℃干燥箱内，待无水乙醇蒸发后再将填料使用1000mL的800℃温水抽洗3遍；再将填料放入100～120℃干燥箱内烘干，将处理所得填料置于装有分馏柱、温度计的三口圆底烧瓶中，加入1gMDI，使用电加热套加热至100℃保持4h，加入0.5g己内酰胺，继续反应4h，反应物用甲苯抽洗3次，得处理完毕的硅灰石。将150g己内酰胺置于装有分馏柱、温度计的三口圆底烧瓶中，加热至140～170℃，抽真空10～20min，加入2.3g氢氧化钠和15g处理所得硅灰石，继续抽真空10～20min，然后加入0.6gMDI，迅速使其混合均匀并立即浇铸到已加热至170～200℃的模具中，空冷脱模后放入100℃的水中水浴5h，即得所制备的复合材料。

实施例二、硅灰石预处理与实施例一相同部略。将145g己内酰胺和12g十二内酰胺置于装有分馏柱、温度计的三口圆底烧瓶中，加热至140～170℃，抽真空10～20min，加入0.5g氢氧化钠和15g处理所得硅灰石，继续抽真空10～20min，然后加入0.8gMDI，迅速使其混合均匀并立即浇铸到已加热至170～200℃的模具中，空冷脱模后放入100℃的水中水浴5h，即得所制备的复合材料。

实施例三、将1gKH-550硅烷偶联剂滴入烧杯中，使用无水乙醇稀释至300ml，把50g氧化锌晶须浸入溶液中，超声振荡30min，然后放入80℃干燥箱内，待烘干后过200目筛，得处理过的氧化锌晶须。将145g己内酰胺和12g十二内酰胺置于装有分馏柱、温度计的三口圆底烧瓶中，加热至140～170℃，抽真空10～20min，加入0.5g氢氧化钠和15g处理所得氧化锌晶须，继续抽真空10～20min，然后加入0.8gMDI，迅速使其混合均匀并立即浇铸到已加热至170～200℃的模具中，空冷脱模后放入100℃的水中水浴5h，即得所制备的复合材料。

实施例四、硅灰石和氧化锌晶须预处理分别与实施例一和实施例3相同，略。将145g己内酰胺和12g十二内酰胺置于装有分馏柱、温度计的三口圆底烧瓶中，加热至140～170℃，抽真空10～20min，加入0.5g氢氧化钠和10g处理所得硅灰石和5g氧化锌晶须，继续抽真空10～20min，然后加入0.8gMDI，迅速使其混合均匀并立即浇铸到已加热至170～200℃的模具中，空冷脱模后放入100℃的水中水浴5h，即得所制备的复合材料。

Claims

1.一种耐磨铸型尼龙复合材料，其特征在于：它由可浇铸成型的内酰胺单体、催化剂、助催化剂(MDI)、聚乙二醇、硅灰石、氧化锌晶须组成，其中催化剂所占的质量百分比为内酰胺单体的0.015％～0.15％，助催化剂所占的质量百分比为内酰胺单体的0.05％～0.5％，硅灰石所占的质量百分比为内酰胺单体的2％～10％；氧化锌晶须所占的质量百分比为内酰胺单体的5％～15％。

2.根据权利要求1所述的耐磨铸型尼龙复合材料，其特征在于：所述的内酰胺单体为己内酰胺单体和十二内酰胺单体，其中十二内酰胺单体与己内酰胺单体的摩尔比为0∶10～1∶9。

3.根据权利要求1所述的耐磨铸型尼龙复合材料，其特征在于：所述的催化剂为氢氧化钠；聚乙二醇的分子量为4000-6000；硅灰石的粒度为80～200目；氧化锌晶须的针状体长度为10～300μm，针状体直径为0.1～10μm。

4.一种耐磨铸型尼龙复合材料的制备工艺，其特征在于：

a.首先对硅灰石、氧化锌晶须进行处理；

5.根据权利要求4所述的耐磨铸型尼龙复合材料的制备工艺，其特征在于：所述硅灰石填料处理如下：

(3)再将硅灰石放入干燥箱内加温烘干；

(4)将处理所得硅灰石置于三口圆底烧瓶中，加入一定量的助催化剂，加热至一定温度并保持一段时间，加入一定量的己内酰胺，继续反应一段时间，用甲苯反应物抽洗多次，得到处理完毕的硅灰石。

6.根据权利要求5所述的耐磨铸型尼龙复合材料的制备工艺，其特征在于：所述一定质量聚乙二醇为硅灰石质量的6～10％，放入恒温水浴箱中加热的温度约为80℃，保持一段时间约为45min。

7.根据权利要求5所述的的耐磨铸型尼龙复合材料的制备工艺，其特征在于：所述硅灰石放入干燥箱内的温度为80～120℃，使用热水抽洗多遍的温度约为80℃。

8.根据权利要求5所述的耐磨铸型尼龙复合材料的制备工艺，其特征在于：所述加入的助催化剂与聚乙二醇的摩尔比为2∶1，加热温度约为100℃，保持时间约4h；加入的己内酰胺与聚乙二醇的摩尔比为2∶1，继续反应时间约4h。

9.根据权利要求4所述的耐磨铸型尼龙复合材料的制备工艺，其特征在于：所述的内酰胺单体放入三口圆底烧瓶中加热的温度为140～170℃，抽真空的时间为10～20min。

10.根据权利要求4所述的耐磨铸型尼龙复合材料的制备工艺，其特征在于：所述加热模具的温度为170～200℃，空冷脱模后放入温水中的温度为100℃，水浴时间约为5h。