CN102757639A - 一种高强高耐磨尼龙及其制备方法 - Google Patents

一种高强高耐磨尼龙及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于尼龙材料科学技术领域，公开了一种高强高耐磨尼龙及其制备方法。该尼龙包括以下组分及重量份数：43.9～59.5份尼龙树脂，0.1～5份预处理的纳米金刚石粉，40～50份玻纤，0.2～0.5份抗氧剂和0.2～0.6份润滑剂。本发明还公开了高强高耐磨尼龙的制备方法：将43.9～59.5份的尼龙树脂、0.1～5份预处理的纳米金刚石粉、0.2～0.5份的抗氧剂、0.2～0.6份润滑剂加入高混机中混合均匀，从加料口进入双螺杆挤出机，在专用玻璃纤维进料口添加玻纤，调节玻纤股数和挤出工艺，使玻纤含量维持在40～50份；出料，过水槽冷却，干燥，切粒得到尼龙。本发明的高强高耐磨尼龙具有高强度、高模量，耐磨性优异，收缩率小，吸水率低，耐热性高等特点。

Description

一种高强高耐磨尼龙及其制备方法
技术领域
本发明属于尼龙材料科学技术领域，具体涉及一种高强高耐磨尼龙及其制备方法。
背景技术
尼龙学名聚酰胺，自20世纪30年代由美国杜邦公司中央研究所开发并实现工业化以来，已有60多年历史。由于尼龙具有优良的力学性能和较好的电性能，又具有耐磨、耐油、耐溶剂、自润性、自熄性、耐腐蚀性以及良好的加工性能等优点，应用广泛。
尼龙作为工程塑料，其缺点是一方面吸水性比较大，从而导致制品尺寸变化较大和力学性能降低幅度较大，另一方面由于分子链与酰胺极性基团引起范德华力和氢键力使其分子间的作用力很大而且复杂，比一般聚合物材料有高的多的表面能，与一些物质接触时有较大的黏附力，摩擦系数较大，在一些应用场合摩擦性能不符合要求。
为了提高材料性能，克服尼龙材料的缺点，人们采用了嵌段、接枝、共混等方法对尼龙进行化学和物理改性。物理改性主要是加入各种填料以增强各种性能，填料包括纤维、无机颗粒、有机颗粒等。尼龙的增强、增加耐磨性方面的改性主要是通过填充玻璃玻纤、碳纤维、二硫化钼、碳化硅、炭黑、聚四氟乙烯等填充物来实现。从目前的技术来看，填充玻纤的尼龙复合材料，耐磨性较差；填充二硫化钼等无机粒子的尼龙复合材料强度较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强高耐磨尼龙，该尼龙材料的强度和耐磨性都可得到大幅提升。
本发明的另一个目的是提供一种上述高强高耐磨尼龙的制备方法。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种高强高耐磨尼龙，该尼龙包括以下组分及重量份数：
尼龙树脂                43.9～59.5份，
纳米金刚石粉            0.1～5份，
玻纤                    40～50份，
抗氧剂                  0.2～0.5份，
润滑剂                  0.2～0.6份。
所述的尼龙树脂选自尼龙6、尼龙66、尼龙1010、尼龙11、尼龙12或其相互的合金。
所述的纳米金刚石粉经过预处理，处理步骤如下：高压釜中，加入1-2kg的纳米金刚石粉和5-10L的浓硝酸，150-180℃，搅拌5-8小时，过滤，用去离子水洗涤至中性；把去除微量杂质后的纳米金刚石粉和5-10L的浓度为10％的氢氧化钠溶液加入高压釜中，100-150℃，搅拌5-8小时，过滤，用去离子水洗涤至中性，干燥；将预处理过的金刚石粉加入5-10L的浓度为0.5％的硅烷偶联剂KH550乙醇溶液中，浸润30-60分钟，过滤，烘干，将处理好的金刚石粉密封保存。
所述的纳米金刚石粉纯度≥95％，平均粒径3.2nm，比表面积246.02m2/g。
所述的玻纤为无碱玻纤，单丝直径为10-15μm。
所述的抗氧剂选自抗氧剂1098、抗氧剂168、抗氧剂ST-181(受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯的混合物)或抗氧剂PEPQ[四-(2，4-二叔丁基苯基)-4，4′-联苯基双亚磷酸酯]中的一种或几种的混合物。
所述的润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸酰胺、油酸酰胺、润滑剂EBS(乙撑双硬酯酰胺)、润滑剂BRUGGOLEN P12(共聚物和褐煤酸衍生物的优化混合物)或润滑剂TS-30(硅酮类润滑剂)。
本发明还提供了一种上述高强高耐磨尼龙的制备方法，该方法包括以下步骤：
将43.9～59.5份的尼龙树脂、0.1～5份预处理的纳米金刚石粉、0.2～0.5份的抗氧剂、0.2～0.6份润滑剂加入高混机中混合均匀，从加料口进入双螺杆挤出机，在专用玻璃纤维进料口添加玻纤，调节玻纤股数和挤出工艺，使玻纤含量维持在40～50份；出料，过水槽冷却，干燥，切粒得到尼龙。
所述的双螺杆挤出机各区温度如下：一区温度150-230℃，二区温度180-265℃，三区温度190-275℃，四区温度200-280℃，五区温度200-280℃，六区温度200-280℃，机头温度200-280℃；真空开启，转速为250-350转/分钟。
本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明制备的高强高耐磨尼龙，具有强度高、模量高，耐磨性优异，收缩率小，吸水率低，耐热性高等特点。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
下述实施例中用到的纳米金刚石粉纯度≥95％，平均粒径3.2nm，比表面积246.02m2/g；
玻纤为无碱玻纤，单丝直径为10-15μm。
粒料性能测试的注塑工艺：将粒料放入真空烘箱中80-100℃干燥6小时，然后将干燥的粒料用注塑机打出力学性能测试样条。区间注射温度为200-280℃，模温为60-80℃。
拉伸性能的测试：GB1040/T-1992，塑料拉伸性能试验方法，1992.拉伸速度5mm/min。
弯曲性能的测试：GB/T 9341-2000，塑料的弯曲性能测试。试验速度5mm/min。
冲击性能的测试：悬臂梁缺口冲击强度按照GB/T1843-1996，塑料悬臂梁冲击试验方法，1996。
耐磨性能的测试：采用摩擦磨损试验机，对偶件为40mm*10mm的45号钢环，整体要求淬火后HRC为40-45，外圆表面粗糙度为0.4m，试样尺寸为16mm*15mm*7mm。试验条件是在室温干摩擦条件下，转速为0.42m/s，对磨时间2h，负荷为196N。用电子天平称量磨损后的质量。
实施例1
(1)纳米金刚石粉的预处理：高压釜中，加入1kg的纳米金刚石粉和5L的浓硝酸，150℃，搅拌8小时，过滤，用去离子水洗涤至中性；把去除微量杂质后的纳米金刚石粉和5L的氢氧化钠溶液(浓度10％)加入高压釜中，100℃，搅拌8小时，过滤，用去离子水洗涤至中性，干燥；将预处理过的金刚石粉加入5L的硅烷偶联剂KH550乙醇溶液(浓度0.5％)中，浸润60分钟，过滤，烘干。将处理好的金刚石粉密封保存。
(2)把57份的尼龙1010，1份预处理的纳米金刚石粉，0.4份的抗氧剂ST-181，0.6份润滑剂TS-30加入高混机中混合均匀，从加料口进入双螺杆挤出机；在专用玻璃纤维进料口添加玻纤，调节玻纤股数和挤出工艺，控制玻纤份数为41±1份。具体各区温度如下：一区温度170℃，二区温度205℃，三区温度215℃，四区温度225℃，五区温度225℃，六区温度230℃，机头温度230℃；真空开启，转速为350转/分钟。
(3)出料，拉条，过水槽冷却，干燥，切粒。将粒料放入真空烘箱中90℃干燥6小时。然后将干燥的粒料用注塑机打出力学性能测试样条。区间注射温度为220-240℃，模温为70℃。具体性能测试结果见表1。
实施例2
(1)纳米金刚石粉的预处理：高压釜中，加入1.5kg的纳米金刚石粉和6L的浓硝酸，160℃，搅拌7小时，过滤，用去离子水洗涤至中性；把去除微量杂质后的纳米金刚石粉和8L的氢氧化钠溶液(浓度10％)加入高压釜中，120℃，搅拌7小时，过滤，用去离子水洗涤至中性，干燥；将预处理过的金刚石粉加入8L的硅烷偶联剂KH550乙醇溶液(浓度0.5％)中，浸润40分钟，过滤，烘干。将处理好的金刚石粉密封保存。
(2)把52.2份的尼龙11，3份预处理的的纳米金刚石粉，0.2份的抗氧剂1098，0.2份的抗氧剂PEPQ，0.4份润滑剂硬脂酸酰胺加入高混机中混合均匀，从加料口进入双螺杆挤出机；在专用玻璃纤维进料口添加玻纤，调节玻纤股数和挤出工艺，控制玻纤份数为45±1份。具体各区温度如下：一区温度150℃，二区温度195℃，三区温度205℃，四区温度210℃，五区温度210℃，六区温度210℃，机头温度215℃；真空开启，转速为280转/分钟。
(3)出料，拉条，过水槽冷却，干燥，切粒。将粒料放入真空烘箱中80℃干燥6小时。然后将干燥的粒料用注塑机打出力学性能测试样条。区间注射温度为210-230℃，模温为60℃。具体性能测试结果见表1。
实施例3
(1)纳米金刚石粉的预处理：高压釜中，加入2kg的纳米金刚石粉和10L的浓硝酸，180℃，搅拌5小时，过滤，用去离子水洗涤至中性；把去除微量杂质后的纳米金刚石粉和8L的氢氧化钠溶液(浓度10％)加入高压釜中，150℃，搅拌5小时，过滤，用去离子水洗涤至中性，干燥；将预处理过的金刚石粉加入8L的硅烷偶联剂KH550乙醇溶液(浓度0.5％)中，浸润30分钟，过滤，烘干。将处理好的金刚石粉密封保存。
(2)把47.1份的尼龙6，2份预处理的纳米金刚石粉，0.2份的抗氧剂1098，0.2份的抗氧剂168，0.5份润滑剂BRUGGOLEN P12加入高混机中混合均匀，从加料口进入双螺杆挤出机；在专用玻璃纤维进料口添加玻纤，调节玻纤股数和挤出工艺，控制玻纤份数为49±1份。具体各区温度如下：一区温度190℃，二区温度225℃，三区温度235℃，四区温度245℃，五区温度245℃，六区温度245℃，机头温度245℃；真空开启，转速为300转/分钟。
(3)将粒料放入真空烘箱中90℃干燥6小时。然后将干燥的粒料用注塑机打出力学性能测试样条。区间注射温度为240-260℃，模温为70℃。具体性能测试结果见表1。
实施例4
(1)纳米金刚石粉的预处理：高压釜中，加入1.2kg的纳米金刚石粉和6L的浓硝酸，150℃，搅拌5小时，过滤，用去离子水洗涤至中性；把去除微量杂质后的纳米金刚石粉和6L的氢氧化钠溶液(浓度10％)加入高压釜中，150℃，搅拌5小时，过滤，用去离子水洗涤至中性，干燥；将预处理过的金刚石粉加入6L的硅烷偶联剂KH550乙醇溶液(浓度0.5％)中，浸润30分钟，过滤，烘干。将处理好的金刚石粉密封保存。
(2)把49份的尼龙12，5份预处理的纳米金刚石粉，0.2份的抗氧剂1098，0.2份的抗氧剂168，0.6份润滑剂硬脂酸加入高混机中混合均匀，从加料口进入双螺杆挤出机；在专用玻璃纤维进料口添加玻纤，调节玻纤股数和挤出工艺，控制玻纤份数为45±1份。具体各区温度如下：一区温度150℃，二区温度185℃，三区温度195℃，四区温度205℃，五区温度205℃，六区温度205℃，机头温度210℃；真空开启，转速为250转/分钟。
(3)出料，拉条，过水槽冷却，干燥，切粒。将粒料放入真空烘箱中80℃干燥6小时。然后将干燥的粒料用注塑机打出力学性能测试样条。区间注射温度为200-220℃，模温为60℃。具体性能测试结果见表1。
实施例5
(1)纳米金刚石粉的预处理：高压釜中，加入1.5kg的纳米金刚石粉和8L的浓硝酸，180℃，搅拌5小时，过滤，用去离子水洗涤至中性；把去除微量杂质后的纳米金刚石粉和8L的氢氧化钠溶液(浓度10％)加入高压釜中，100℃，搅拌8小时，过滤，用去离子水洗涤至中性，干燥；将预处理过的金刚石粉加入8L的硅烷偶联剂KH550乙醇溶液(浓度0.5％)中，浸润30分钟，过滤，烘干。将处理好的金刚石粉密封保存。
(2)把57.8份的尼龙66，0.1份预处理的纳米金刚石粉，0.3份的抗氧剂1098，0.2份的抗氧剂168，0.6份润滑剂EBS加入高混机中混合均匀，从加料口进入双螺杆挤出机；在专用玻璃纤维进料口添加玻纤，调节玻纤股数和挤出工艺，控制玻纤份数为41±1份。具体各区温度如下：一区温度225℃，二区温度270℃，三区温度275℃，四区温度285℃，五区温度285℃，六区温度285℃，机头温度290℃；真空开启，转速为250转/分钟。
(3)出料，拉条，过水槽冷却，干燥，切粒。将粒料放入真空烘箱中100℃干燥6小时。然后将干燥的粒料用注塑机打出力学性能测试样条。区间注射温度为260-280℃，模温为80℃。具体性能测试结果见表1。
表1
Figure BDA0000057844360000051
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高强高耐磨尼龙，其特征在于：该尼龙包括以下组分及重量份数，
尼龙树脂                43.9～59.5份，
纳米金刚石粉            0.1～5份，
玻纤                    40～50份，
抗氧剂                  0.2～0.5份，
润滑剂                  0.2～0.6份。
2.根据权利要求1所述的高强高耐磨尼龙，其特征在于：所述的尼龙树脂选自尼龙6、尼龙66、尼龙1010、尼龙11、尼龙12或其相互的合金。
3.根据权利要求1所述的高强高耐磨尼龙，其特征在于：所述的纳米金刚石粉经过预处理，处理步骤如下：高压釜中，加入1-2kg的纳米金刚石粉和5-10L的浓硝酸，150-180℃，搅拌5-8小时，过滤，用去离子水洗涤至中性；把去除微量杂质后的纳米金刚石粉和5-10L的浓度为10％的氢氧化钠溶液加入高压釜中，100-150℃，搅拌5-8小时，过滤，用去离子水洗涤至中性，干燥；将预处理过的金刚石粉加入5-10L的浓度为0.5％的硅烷偶联剂KH550乙醇溶液中，浸润30-60分钟，过滤，烘干，将处理好的金刚石粉密封保存。
4.根据权利要求3所述的高强高耐磨尼龙，其特征在于：所述的纳米金刚石粉纯度≥95％，平均粒径3.2nm，比表面积246.02m2/g。
5.根据权利要求1所述的高强高耐磨尼龙，其特征在于：所述的玻纤为无碱玻纤，单丝直径为10-15μm。
6.根据权利要求1所述的高强高耐磨尼龙，其特征在于：所述的抗氧剂选自抗氧剂1098、抗氧剂168、抗氧剂ST-181或抗氧剂PEPQ中的一种或几种的混合物。
7.根据权利要求1所述的高强高耐磨尼龙，其特征在于：所述的润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸酰胺、油酸酰胺、润滑剂EBS、润滑剂BRUGGOLEN P12或润滑剂TS-30。
8.权利要求1至7任一所述的高强高耐磨尼龙的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
将43.9～59.5份的尼龙树脂、0.1～5份预处理的纳米金刚石粉、0.2～0.5份的抗氧剂、0.2～0.6份润滑剂加入高混机中混合均匀，从加料口进入双螺杆挤出机，在专用玻璃纤维进料口添加玻纤，调节玻纤股数和挤出工艺，使玻纤含量维持在40～50份；出料，过水槽冷却，干燥，切粒得到尼龙。
9.根据权利要求8所述的高强高耐磨尼龙，其特征在于：所述的双螺杆挤出机各区温度如下：一区温度150-230℃，二区温度180-265℃，三区温度190-275℃，四区温度200-280℃，五区温度200-280℃，六区温度200-280℃，机头温度200-280℃；真空开启，转速为250-350转/分钟。
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