CN101864168A - 一种耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。该耐磨自润滑尼龙复合材料的原料重量份配比如下：尼龙100份；碳纤维10-30份；聚乙烯5-15份；相容剂2-4份；辐照敏化剂0.5-3份；抗氧化剂0.1-0.3份；聚四氟乙烯5-15份。通过碳纤维、聚乙烯的辐射预处理、尼龙/聚四氟乙烯/碳纤维复合材料的制备及尼龙/聚四氟乙烯/碳纤维复合材料的辐射交联改性等步骤制得。本发明制备的耐磨自润滑尼龙复合材料不仅具有优异的摩擦学性能、自润滑性能和物理机械性能，而且具有良好的尺寸稳定性和耐热性能，可广泛应用在自润滑轴承、轴套、机械凸轮、齿轮、抽油杆接箍和无油润滑材料等领域。

Description

一种耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法。

背景技术

由于经济、生态环境以及技术等方面的原因，自润滑材料技术是目前润滑技术的发展趋势，机械强度高和摩擦性能好的自润滑复合材料的开发成为摩擦学领域的重要热点。聚合物基自润滑复合材料以其重量轻、成型性好等优点也受到此领域的研发人员的关注。

聚酰胺，即尼龙，是产量和用量最大的工程塑料，具有优良的力学性能、耐磨性、耐热性和电绝缘性，是最早被用作自润滑材料的塑料之一。因为尼龙在干摩擦条件下具有较高的摩擦系数，且吸水率较高，在一定程度上影响了其制品的尺寸稳定性，所以使得尼龙自润滑材料的摩擦学性能不高，力学强度也难以满足某些特殊技术领域的要求。为了适应更广泛的工业用途和更苛刻的使用条件，科研工作者尝试引入各种添加材料来改善尼龙的耐摩擦磨损性能的方法已有很多报道，一般采用较多的方法是，在尼龙树脂中添加聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等自身摩擦系数较低的高分子材料；添加如硅油、矿物油、有机脂等润滑油；或添加碳纤维、芳纶纤维、二硫化钼(MoS₂)、石墨等有机/无机纤维或粉体状润滑材料等等。以上方法，虽然可以在一定程度上改善尼龙材料的摩擦磨损性能，但往往存在着材料加工性能差、物理机械性能和性价比不高等一系列缺点。

发明内容

本发明目的是提供一种易于加工、相容性好、摩擦系数低、拉伸强度、表面硬度等综合性能优异的耐磨自润滑尼龙复合材料；另一目的在于提供其制备方法。

为实现本发明目的，采用如下技术方案：

该耐磨自润滑尼龙复合材料，原料由如下重量份组成：

尼龙100份；碳纤维10-30份；聚乙烯5-15份；相容剂2-4份；辐照敏化剂0.5-3份；抗氧化剂0.1-0.3份；聚四氟乙烯5-15份。所述的相容剂为聚烯烃接枝马来酸酐，优选相容剂CMG9805、CMG9802；抗氧化剂为抗氧剂1010(四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯)或抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)或二者的混合物，优选二者的混合物；辐照敏化剂为三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)，优选三烯丙基异氰尿酸酯。

其通过以下各步骤制得：

(1)按照上述重量份配比将干燥处理后的尼龙粒料、辐射预处理后的聚乙烯、聚四氟乙烯、相容剂、抗氧化剂和辐照敏化剂在高速搅拌机中搅拌混合均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合物料经喂料器送入双螺杆挤出机中，并在挤出过程中，在双螺杆挤出机的侧向加料口加入辐射预处理后的碳纤维；

(3)将步骤(2)得到的物质经过拉条、冷却、切拉、干燥处理；

(4)将步骤(3)得到的粒料经注塑成型得到所述尼龙/聚四氟乙烯/碳纤维复合材料；

(5)将步骤(4)得到的尼龙/聚四氟乙烯/碳纤维复合材料放在⁶⁰Coγ射线或电子束下常温常压进行辐射交联改性，辐射的剂量为90-120kGy，然后再进行加热后处理。

步骤(1)中尼龙的干燥条件优选：在90-100℃下真空干燥10-12h；聚乙烯的辐射预处理是采用⁶⁰Coγ-射线或电子加速器辐照30-50kGy。

步骤(2)中碳纤维的辐射预处理是采用⁶⁰Coγ-射线或电子加速器辐照20-40kGy。

本发明相对于现有技术，有以下优点：

采用本发明制备的尼龙/聚四氟乙烯/碳纤维复合材料不仅具有优异的摩擦学性能、自润滑性能和物理机械性能，而且具有良好的尺寸稳定性和耐热性能，其弯曲强度可达164-170MPa；弯曲模量为6.9-8.2GPa；拉伸强度为120.1-130.8MPa；摩擦系数平均值为0.17；冲击强度为8.5-10.7kJ/m²。可广泛应用在自润滑轴承、轴套、机械凸轮、齿轮、抽油杆接箍和无油润滑材料等领域。合成方法简单可行，具有工业化应用前景。

附图说明

图是本发明工艺路线图。

具体实施方式

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

1)按照重量配比称取原料；

2)将准备好的5份高密度聚乙烯和10份的碳纤维分别用⁶⁰Coγ-射线或电子加速器10kGy/h剂量率分别辐照4h和3h；

3)将100份经干燥处理的尼龙6粒料和步骤(2)得到的高密度聚乙烯，再加入8份的聚四氟乙烯(PTFE)超细粉，0.2份的抗氧化剂：抗氧剂1010和抗氧剂168各占0.1份，3份的相容剂CMG9805，2份的辐照敏化剂：三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)，在高速混合机中搅拌混合均匀；

4)将步骤(3)得到的物质经喂料器送入双螺杆挤出机中，并在双螺杆挤出机的侧向加料口加入步骤(2)得到的碳纤维，所述双螺杆挤出机各段温度从加料口到机头温度分别是200℃、220℃、230℃、230℃、230℃、210℃，其转速为180r.p.m；

5)将步骤(4)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理后，在注塑机上注射成型得到标准样条；

6)将上步得到的试样用⁶⁰Coγ-射线或电子加速器10kGy/h处照射90kGy剂量，然后进行热处理得到的尼龙6复合材料，经塑料试样性能测试的国家标准测得其主要性能，见表1。

实施例2

1)按照重量配比称取原料；

2)将准备好的10份高密度聚乙烯和20份的碳纤维分别用⁶⁰Coγ-射线或电子加速器10kGy/h剂量率辐照3h和4h；

3)将100份经干燥处理的尼龙6粒料和步骤(2)得到的高密度聚乙烯，再加入10份的聚四氟乙烯(PTFE)超细粉，0.2份的抗氧化剂1010，2份的相容剂CMG9805，1份的辐照敏化剂：三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)，在高速混合机中搅拌混合均匀；

4)将步骤(3)得到的物质经喂料器送入双螺杆挤出机中，并在双螺杆挤出机的侧向加料口加入步骤(2)得到的碳纤维，所述双螺杆挤出机各段温度从加料口到机头温度分别是200℃、220℃、230℃、230℃、230℃、210℃，其转速为180r.p.m；

5)将步骤(4)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理后，在注塑机上注射成型得到标准样条；

6)将上步得到的试样用⁶⁰Coγ-射线或电子加速器10kGy/h处吸收120kGy剂量，然后进行热处理得到的尼龙6复合材料，经塑料试样性能测试的国家标准测得其主要性能，见表1。

对比例1：

1)按照重量配比称取原料；

2)将准备好的10份高密度聚乙烯和20份的碳纤维用⁶⁰Coγ-射线或电子加速器10kGy/h剂量率辐照5h和3h；

3)将100份经干燥处理的尼龙6和步骤(2)得到的HDPE，再加入8份的聚四氟乙烯(PTFE)超细粉，0.2份的抗氧化剂：抗氧剂1010和抗氧剂168各占0.1份，3份的相容剂CMG9805，在高速混合机中搅拌混合均匀；

4)将步骤(3)得到的物质经喂料器送入双螺杆挤出机中，并在双螺杆挤出机的侧向加料口加入步骤(2)得到的碳纤维，所述双螺杆挤出机各段温度从加料口到机头温度分别是200℃、220℃、230℃、230℃、230℃、210℃，其转速为180r.p.m；

5)将步骤(4)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理后，在注塑机上注射成型得到标准样条，得到的尼龙6复合材料，经塑料试样性能测试的国家标准测得其主要性能，见表1。

对比例2：

1)按照重量配比称取原料；

2)将100份经干燥处理的尼龙6与10份高密度聚乙烯(没经过辐照处理)混合，再加入8份的聚四氟乙烯(PTFE)超细粉，0.2份的抗氧化剂：抗氧剂1010和抗氧剂168各占0.1份，3份的相容剂CMG9805，在高速混合机中搅拌混合均匀；

3)将步骤(3)得到的物质经喂料器送入双螺杆挤出机中，并在双螺杆挤出机的侧向加料口加入20份的碳纤维(没经过辐照处理)，所述双螺杆挤出机各段温度从加料口到机头温度分别是200℃、220℃、230℃、230℃、230℃、210℃，其转速为180r.p.m；

4)将步骤(4)得到的物质经过拉条、冷却、切粒、干燥处理后，在注塑机上注射成型得到标准样条，得到的尼龙6复合材料，经塑料试样性能测试国家标准测得其主要性能，见表1。

表1 产品主要性能指标的测试结果

由此可以看出，采用本发明方法制得的尼龙/聚四氟乙烯/碳纤维复合材料综合性能优于对比例，并且具有较好的性价比。

Claims (4)

1.一种耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于，原料由下述重量份组成：尼龙100份，碳纤维10-30份，聚乙烯5-15份，相容剂2-4份，辐照敏化剂0.5-3份，抗氧化剂0.1-0.3份，聚四氟乙烯5-15份；并通过碳纤维、聚乙烯的辐射预处理、复合材料的制备及复合材料的辐射交联改性步骤制得；所述的相容剂为聚烯烃接枝马来酸酐；辐照敏化剂为三烯丙基异氰尿酸酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；抗氧化剂为抗氧剂1010或抗氧剂168或二者的混合物。

2.如权利要求1所述的耐磨自润滑尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，通过以下步骤制得：

(1)按照权利要求1所述的重量份，将干燥处理后的尼龙粒料、辐射预处理后的聚乙烯、聚四氟乙烯、抗氧化剂、相容剂和辐照敏化剂在高速搅拌机中搅拌混合均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合物料经喂料器送入双螺杆挤出机中，并在挤出过程中在双螺杆挤出机的侧向加料口加入辐射预处理后的碳纤维；

(3)将步骤(2)得到的物质经过拉条、冷却、切拉、干燥处理；

(4)将步骤(3)得到的粒料经注塑成型得到所述尼龙/聚四氟乙烯/碳纤维复合材料；

(5)将步骤(4)得到的尼龙/聚四氟乙烯/碳纤维复合材料放在⁶⁰Coγ射线或电子束下常温常压进行辐射交联改性，辐射的剂量为90-120kGy，然后再进行加热后处理。

3.根据权利要求2所述的耐磨自润滑尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述的碳纤维的辐射预处理是采用⁶⁰Coγ-射线或电子加速器辐照20-40kGy。

4.根据权利要求2所述的耐磨自润滑尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯的辐射预处理是采用⁶⁰Coγ-射线或电子加速器辐照30-50kGy。

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