CN101781597B - 用于耐磨材料的活性润滑剂及高强耐磨尼龙材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于耐磨材料的活性润滑剂及高强耐磨尼龙材料。用于耐磨材料的活性润滑剂包括下列物质：二硫化钼、石墨和活性处理剂；将上述物质按配方加入高速混合机混合即得固态活性润滑剂。高强耐磨尼龙材料包括下列物质：尼龙100份，固态活性润滑剂6～20份，增韧剂3～6份，添加剂1～10份；将上述物质放入高速混合机中高速混合，然后投入挤出机，制得高强耐磨尼龙材料。该活性润滑剂用于尼龙树脂中，能够明显提高尼龙基体材料的减摩耐磨性、相对粘度及综合力学性能，且延长了材料的使用寿命；同时兼具对固体润滑剂表面活化改性及对尼龙树脂的扩链作用，提高了尼龙的物理力学性能。该制备方法简便，效果优良，易于工业化。

Description

用于耐磨材料的活性润滑剂及高强耐磨尼龙材料

技术领域

本发明属于固体润滑剂及尼龙材料，具体涉及用于耐磨材料的活性润滑剂及高强耐磨尼龙材料。

背景技术

尼龙(聚酰胺)分子结构规整，具有高结晶性及良好的综合力学性能，其突出的特点是耐磨性、自润滑性能良好，是机械零部件制造常用的工程塑料之一，广泛应用于汽车、机械、包装、电子、电器等领域。但其吸水性较大，尺寸稳定性差、干摩擦时摩擦系数较高，因此不能用作高速摩擦副材料，从而限制了其应用范围。针对这些缺点，通常采用加入高性能纤维和固体润滑剂的方式提高其机械强度和耐磨性能，以满足更高要求的产品用途。扩链技术是目前国际上提出的提高尼龙相对分子质量的另一种改性方法，主要是选择一些双或多官能团小分子物质，通过与尼龙分子链端可反应的官能团相互反应以提高其相对分子质量，提高尼龙的相对粘度，使其具有优异的物理机械性能。

常用的固体润滑剂包括石墨、二硫化钼、二硫化钨、聚四氟乙烯等，石墨和二硫化钼是一种增强型润滑添加剂，它们的加入可以提高材料的表面硬度、降低其摩擦系数。它们都是一种层状物质，在摩擦时极易从层间劈裂，这些劈裂面表面能极低，表面是亲水性的，因此必须对其表面改性，以提高它们与聚合物之间的界面相容性，并防止发生团聚而影响分散性。国内外也有一些专利涉及固体润滑剂的表面有机化改性，如中国专利申请CN101423726A中采用偶联剂表面改性二硫化钼等固体润滑剂；美国专利申请US4202780A中通过在二硫化钼表面改性以提高固体润滑剂的润滑性能，涉及的改性材料包括聚苯乙烯、聚硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物，丁基锂、四氯化碳、苯乙烯等化合物，这些材料中的官能团通过与二硫化钼表面发生反应而改性。这些专利中并未涉及双或多官能团的小分子化合物活化的固体润滑剂。

在对尼龙扩链技术的应用中，主要是通过提高尼龙的熔体强度制备吹塑级尼龙。如中国专利CN1240198C、CN1138832C中所主张，以上专利均未涉及高强耐磨尼龙材料。

发明内容

为了解决固体润滑剂在使用过程中团聚、与聚合物相容性差等问题，以及进一步提高尼龙的物理机械性能，本发明提供一种用于耐磨材料的活性润滑剂及高强耐磨尼龙材料，及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案如下：

用于耐磨材料的活性润滑剂包括下列重量份的物质：

粒径为3.5μm～100μm的二硫化钼    30～100份，

粒径为1μm～10μm的石墨           0～100份，

活性处理剂                        10～15份，

所述活性处理剂为双官能团环氧化合物，所述双官能团环氧化合物为乙二醇二缩水甘油醚或丁二醇二缩水甘油醚或1，6-己二醇二缩水甘油醚；

将上述物质按配方加入高速混合机混合，所得混合产物经真空干燥即得固态活性润滑剂。

用于耐磨材料的活性润滑剂的另一种制备方法是：将配方中的物质溶于500份的甲苯和1-丁醇的混合溶剂中，并加入球磨机，球磨时间24小时，得球磨物；将球磨物固液分离，真空干燥即得固态活性润滑剂，甲苯和1-丁醇混合溶剂的配比为1∶1。

一种高强耐磨尼龙材料包括下列重量份的物质：

尼龙              100份，

固态活性润滑剂    6～20份，

增韧剂            3～6份，

添加剂            1～10份；

所述尼龙为尼龙6或尼龙66或尼龙1010，

所述增韧剂为聚乙烯接枝马来酸酐或马来酸酐接枝POE，

添加剂为无机填料、抗氧剂、偶联剂、颜料中的二种以上；所述无机填料为沸石晶须、滑石粉、云母，所述抗氧剂为抗氧剂1010，所述偶联剂为KH-550；

将上述物质放入高速混合机中高速混合10分钟，然后投入挤出机，各段挤出温度分别为180-240℃、230-248℃、235-250℃、240-253℃、245-256℃，制得高强耐磨尼龙材料。

二硫化钼，蓝灰色固态粉末，是一种固态润滑剂，具有层状结构。该物质摩擦系数低、硬度低，适用的温度、载荷及速度变化范围广，具有优良的润滑性、附着性、抗压性、抗腐蚀性和超低温及热稳定性等。相比其它固态润滑剂，二硫化钼具有如下独特性能：摩擦系数极低，与金属的亲和力强，对许多化学品具有惰性，并在真空下具有极好的润滑性能。

石墨质软具有润滑性。石墨的层与层之间是以分子间力结合起来的，因此石墨容易沿着与层平行的方向滑动、裂开。石墨的强度、硬度很低，塑性也很差，但可以起到很好的减磨作用，是一种较好的固体润滑剂，价格相对二硫化钼低廉。石墨耐磨材料能在高速、高温、高压的条件下使用。

双官能团环氧树脂是具有两个以上官能团的化合物，其中一个官能团可以与石墨和二硫化钼表面发生接枝反应，从而在固态润滑剂表面引入化学键，最终形成表面活化的固态活性润滑剂。本发明双官能团环氧树脂是乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、1，6己二醇二缩水甘油醚，它们的分子结构上具有两个环氧基团，在溶液中或机械力(如球磨、强力搅拌)的作用下，石墨或二硫化钼的片层之间易于发生劈离，在片层的表面形成自由离子或自由基，因此，活泼的环氧基与石墨或二硫化钼表面发生化学反应或物理作用，“接枝”在固态润滑剂表面，形成表面带有官能团的固态活性润滑剂。

本发明用于耐磨材料的活性润滑剂，有效地改善了润滑剂表面的极性状态，兼具表面可反应性。一方面，润滑剂表面由亲水性变为疏水性，极大地提高了与尼龙基体的相容性，实现了固体润滑剂在聚合物基体中的良好分散。另一方面，润滑剂表面的可反应官能团在尼龙的熔融加工过程中能够与尼龙的分子链端的官能团反应，从而将两条或多条聚合物分子链连接起来，达到提高聚合物分子量的目的。该活性润滑剂用于尼龙树脂中，能够明显提高尼龙基体材料的减摩耐磨性、相对粘度及综合力学性能，且延长了材料的使用寿命。

与现有的尼龙改性技术相比，本发明具有如下特点及优点：(1)活性固体润滑剂有效地实现了固体润滑剂在尼龙中的良好分散，提高了尼龙的减摩耐磨性能；同时，对尼龙树脂又起到有效的扩链作用，提高其相对粘度，提高了尼龙的物理机械性能。(2)采用球磨技术进行润滑剂的表面活化处理，在进行表面活化改性的同时又降低了润滑剂的粒径，操作工艺简单。本发明极大地提高了固体润滑剂在聚合物中的相容性及分散性，润滑剂粒径的降低也更加有效地发挥了材料的减摩耐磨效果。活性处理剂兼具对固体润滑剂表面活化改性及对尼龙树脂的扩链作用，提高了尼龙的物理力学性能。该制备方法简便，效果优良，易于工业化。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步地描述。

实施例1

称量100g二硫化钼(粒径100μm)，10g丁二醇二缩水甘油醚溶于500g甲苯和1-丁醇的混合溶剂中，甲苯和1-丁醇混合溶剂的配比为1∶1；将上述各物质投入球磨机中，球磨时间24h，得球磨产物，将球磨产物固液分离，真空干燥即得到表面活化的固态活性润滑剂，固态活性润滑剂呈黑灰色粉状。

将尼龙6(PA6)在105℃下干燥6h，将100份干燥的尼龙6(PA6)、6份上述制得的固态活性润滑剂、3份聚乙烯接枝马来酸酐、8份沸石晶须、2份偶联剂KH-550在高速混合机中共混10min，然后投入挤出机挤出、造粒。其中，挤出机的各段温度依次为：180℃、230℃、240℃、240℃、245℃。制得颗粒状高强耐磨尼龙材料。

所得高强耐磨尼龙材料粒子于90℃干燥，放置12h，注塑成标准样条，测试其力学性能为：拉伸强度为85～90MPa，简支梁缺口冲击强度17～21KJ/m²，弯曲强度120～130MPa。测试其在干摩擦条件下的动摩擦系数(对钢)为0.20～0.25。

实施例2

将100g石墨(粒径10μm)和50g二硫化钼(粒径45μm)，15g丁二醇二缩水甘油醚加入高速混合机中，混合机转速1200r/min，混合30min，得混合产物，混合产物经真空干燥即得到复配的表面活化的固态活性润滑剂，固态活性润滑剂呈黑灰色粉状。

PA66在105℃下干燥6h后待用，将100份干燥后的PA66、10份固态活性润滑剂、5份聚乙烯接枝马来酸酐、3份滑石粉、1份偶联剂KH-550在高速混合机共混10min，然后投入挤出机挤出、造粒。其中，挤出机的各段温度分别为：一区温度240℃、二区温度248℃、三区温度250℃、四区温度253℃、五区温度256℃、机头温度255℃。

所得高强耐磨尼龙材料粒子于90℃干燥后，放置12h后注塑成标准样条，测试其力学性能为：拉伸强度为95～100MPa，简支梁缺口冲击强度17～20KJ/m²，弯曲强度110～120MPa。测试其在干摩擦条件下的动摩擦系数(对钢)为0.18～0.23。

实施例3

称量60g二硫化钼(粒径3.5μm)，15g 1，6-己二醇二缩水甘油醚，加入高速混合机中，混合机转速1200r/min，混合30min，得混合产物，混合产物经真空干燥即得到表面活化的固态活性润滑剂。

尼龙66(PA66)在105℃下干燥6h后待用，将100份干燥后的尼龙66(PA66)、20份固态活性润滑剂、6份马来酸酐接枝POE、0.5份抗氧剂1010和0.5份颜料在高速混合机共混10min，然后投入挤出机挤出、造粒。其中，挤出机的各段温度分别为：一区温度240℃、二区温度248℃、三区温度250℃、四区温度253℃、五区温度256℃、机头温度255℃。

所得高强耐磨尼龙材料粒子于90℃干燥后，放置12h后注塑成标准样条，测试其力学性能为：拉伸强度为115～130MPa，简支梁缺口冲击强度14～18KJ/m²，弯曲强度130～140MPa。测试其在干摩擦条件下的动摩擦系数(对钢)为0.16～0.21。

实施例4

将80g石墨(1μm)和30g二硫化钼(45μm)，15g的乙二醇二缩水甘油醚加入高速混合机中，混合机转速1200r/min，混合30min，得混合产物，混合产物经真空干燥即得到复配的表面活化的固态活性润滑剂。

尼龙1010(PA1010)在105℃下干燥6h后待用，将100份干燥后的尼龙1010(PA1010)、10份上述的固态活性润滑剂、5份聚乙烯接枝马来酸酐、8份云母、2份偶联剂KH-550在高速混合机共混10min，然后投入挤出机挤出、造粒。其中，挤出机的各段温度分别为：220℃、230℃、235℃、240℃、245℃、机头温度230℃。

所得高强耐磨尼龙材料粒子于90℃干燥后，放置12h后注塑成标准样条，测试其力学性能为：拉伸强度为85～90MPa，简支梁缺口冲击强度16～18KJ/m²，弯曲强度110～120MPa。测试其在干摩擦条件下的动摩擦系数(对钢)为0.19～0.24。

Claims (3)

1.用于耐磨材料的活性润滑剂，其特征在于包括下列重量份的物质：

粒径为3.5μm～100μm的二硫化钼     30～100份，

粒径为1μm～10μm的石墨            0～100份，

活性处理剂                         10～15份，

所述活性处理剂为双官能团环氧化合物，所述双官能团环氧化合物为乙二醇二缩水甘油醚或丁二醇二缩水甘油醚或1，6-己二醇二缩水甘油醚；

将上述物质按配方加入高速混合机混合，所得混合产物经真空干燥即得固态活性润滑剂。

2.根据权利要求1所述的用于耐磨材料的活性润滑剂，其特征在于用于耐磨材料的活性润滑剂制备方法是：将配方中的物质溶于500份的甲苯和1-丁醇的混合溶剂中，并加入球磨机，球磨时间24小时，得球磨物；将球磨物固液分离，真空干燥即得固态活性润滑剂，甲苯和1-丁醇混合溶剂的配比为1∶1。

3.一种高强耐磨尼龙材料，其特征在于包括下列重量份的物质：

尼龙                            100份，

固态活性润滑剂                  6～20份，

增韧剂                          3～6份，

添加剂                          1～10份；

所述尼龙为尼龙6或尼龙66或尼龙1010，

所述增韧剂为聚乙烯接枝马来酸酐或马来酸酐接枝POE，

添加剂为无机填料、抗氧剂、偶联剂、颜料中的二种以上；所述无机填料为沸石晶须、滑石粉、云母，所述抗氧剂为抗氧剂1010，所述偶联剂为KH-550；

将上述物质放入高速混合机中高速混合10分钟，然后投入挤出机，各段挤出温度分别为180-240℃、230-248℃、235-250℃、240-253℃、245-256℃，制得高强耐磨尼龙材料；

所述固态活性润滑剂为权利要求1所述的固态活性润滑剂。