CN102757641A - 一种高韧耐磨尼龙及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于耐磨材料中的新材料领域，具体涉及一种高韧超耐磨尼龙及其制备方法，一种高韧耐磨尼龙，是由如下的重量百分比的原料制备而成：60-80%的聚已内酰胺，0.1-5%的加工改性剂，0.1-18%的耐磨剂，0.1%-16%的增韧剂，0.1-3%的相容剂，本发明克服了以往制备耐磨材料技术和性能上的弱点，制备出了易挤出或注塑成型、易于加工并具有高韧超耐磨性的尼龙复合新材料，该材料可制备汽车油槽、汽缸盖、散热器、水泵叶轮等韧性和耐磨性要求高的工业制品领域，其特点具有冲击韧性大、耐磨性优良、摩擦噪音小，有着广阔的应用及工业化前景。

Description

一种高韧耐磨尼龙及其制备工艺
技术领域
本发明属于耐磨材料中的新材料领域，具体涉及一种高韧超耐磨尼龙及其制备方法。
背景技术
耐磨材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料领域，耐磨材料约占85%，随着信息社会的到来，特种耐磨材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，超韧耐磨尼龙是耐磨尼龙中的一种，通常的耐磨尼龙大都损失了韧性，是以牺牲韧性、提高强度为代价的，因此有一定的局限性，近年来，随着节能环保理念深入人心，对原材料的节约愈来愈被人们所重视，另外，随着人力成本的提高，及对自动化的要求也相应提高了，一台很好的自动化设备，需要有人不断地更换耗材，费时费力，也是一件非常麻烦的事儿，尤其是磨耗大的耗材，像马路清扫机的环卫刷，自动化磁砖抛光线的抛光刷，自动化钢铁制品抛光线的抛光刷等。频繁更换抛光刷，造成生产停线的麻烦，在人力成本增加和耗材不断涨价的今天变得尢为引起人们的关注。本项目主要针对需要提高耐磨性的同时，而又不失去其韧性的使用场合，最好是两者并重的场合，更好的发挥本项目材料的优势。本项目所开发的新材料长期依赖德国、美国杜邦、日本东洋和旭化成等公司，面对跨国公司的激烈竞争，我国必须建设我们自己的耐磨新材料生产与加工产业，提高国内企业在市场中的地位。纵观本材料的发展前景，具有工艺简单、建设周期短、投资少、增值快，不但在减少人力，材料成本提高效率方面有着积极意义，而且还在打破国外技术壁垒和节能环保方面有着重要的社会意义。
发明内容
   本发明的目的在于客服现有技术中的不足而提供一种高韧性，耐磨性，便于挤出和注塑成型的尼龙，本发明的目的还在于提供一种高韧耐磨尼龙的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种高韧耐磨尼龙，是由如下的重量百分比的原料制备而成：60-80%的聚已内酰胺，0.1-5%的加工改性剂，0.1-18%的耐磨剂，0.1%-16%的增韧剂，0.1-3%的相容剂。
所述的加工改性剂为丙烯酸酯类聚合物粉料，该有机材料的粉料堆密度为0.38-0.58 g／cm3。聚丙烯酸酯类聚合物具有核/壳结构，核为橡胶相，起增韧作用，而壳在橡胶相与塑料基体间起连接作用。
所述的耐磨剂为碳化硅，石墨、玻璃微珠、二硫化钼中的一种。
所述的增韧剂为马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的共聚物，由三元乙丙弹性体经反应挤出接枝马来酸酐制得，而分子非极性主链引入强极性侧基，与极性树脂具有良好的相容性，能有效改善极性尼龙的抗冲击性能。
所述的相容剂为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物。马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物的分子主链为饱和结构的非极性碳链，耐老化稳定性好，侧链含有具有反应活性的酸酐基团，可用来改善有机材料与无机材料之间的表面粘接性能。
一种高韧耐磨尼龙的制备工艺，制备工艺如下：先通过300-7500转/分钟转速的搅拌机械将物料搅拌均匀，然后通过双螺杆挤出机挤出，螺杆加料区、输送区、塑化区、口膜温度分别为220 ℃、225 ℃、230 ℃、235 ℃，螺杆转速为50-600转/分钟，螺杆温度为190-280 ℃，物料在挤出机中停留的时间为1-15分钟，然后在冷却槽中自然冷却、切粒，最后在80-110 ℃的干燥箱中干燥6-12小时，通过注塑机生产出尼龙。
本发明所述的加工改性剂，是一类可以与尼龙6（即聚已内酰胺，以下相同）的端基进行反应从而使尼龙的分子量增大体强度增高，可以使尼龙6更易于挤出或注塑。
本发明所述的相容剂是一类可以提高冲击韧性与尼龙6端基相容的物质，要得到预期的效果，必须是共混组分在宏观上相容，而微观上相分离。若共混的两组分相容性太好，则共混物的性能可能不会得到很大的改善；但两者的相容性太差，其界面结合力低，材料的力学性能也难以提高。于运花等用三元乙丙胶（EPDM）来改善尼龙6的冲击韧性，由于尼龙6与EPDM在极性方面的差异很大，二者相容性差，结合强度低，材料的力学性能难以提高，采用三元乙丙胶接枝马来酸醉（MAH）的共聚物（EPDM- G-MAH）作为增韧增容材料，改善尼龙6与EPDM的相容性。发现随着EPDM- G-MAH含量的增加，尼龙6/ EPDM- G-MAH二元共混体系的耐冲击性能明显提高，当EPDM- G-MAH含量为20%（质量）时、lzod缺口冲击强度为纯尼龙6的7倍，但拉伸强度、模量等随之下降；对于尼龙6/EPDM/ EPDM- G-MAH三元共混体系，其力学性能介于尼龙6/EPDM和尼龙6/ EPDM- G-MAH两种二元共混体系之间。采用POE增韧尼龙6是近年来尼龙6高韧化学研究的一个新方向，POE是以茂金属催化剂使乙烯和辛烯共聚获得的廉价颗粒状热塑性弹性体，其特点是相对分子质量分布窄，密度低，共聚单体组成容易控制，各项性能均衡，颗粒状易于加工。李小梅等研究发现EAA的加入能使尼龙6/POE体系分散相粒子细化，POE粒子以相对较小的粒径均匀的分散在连续相基体的尼龙6中明显提高了冲击韧性，于中振等人研究表明尼龙6/POE-G-MAH较POE分散相尺寸细化，相容性显著提高。
本发明方法简单，采用双螺杆挤出机，将尼龙、增韧耐磨组分剂、加工改性剂及相容剂进行反应共混，而得到自身具有高韧超耐磨的尼龙为连续相基体的高韧超耐磨尼龙新材料的新方法，使材料的力学性能、热性能等综合性能保持了尼龙原有的性能，同时材料的韧性、耐磨性得到明显提高，由于采用的是复合新材料来制备高韧超耐磨工业制品，因此制备工艺简单，废料易于回收，降低成本。
本发明克服了以往制备耐磨材料技术和性能上的弱点，制备出了易挤出或注塑成型、易于加工并具有高韧超耐磨性的尼龙复合新材料，该材料可制备汽车油槽、汽缸盖、散热器、水泵叶轮等韧性和耐磨性要求高的工业制品领域，其特点具有冲击韧性大、耐磨性优良、摩擦噪音小，有着广阔的应用及工业化前景。
该材料可以注塑成型，而且其机械强度、拉伸强度、冲击强度等性能与原尼龙6性能提高了2倍。
目前，全世界的环保意识及节能减排要求都处于快速发展阶段，各种新能源，新材料都在不断地被发现或发明出来，并以极快的速度投入社会建设中，耐磨材料作为占据全球新材料领域85%地位的新材料，必将对社会的发展和建设作出重大的积极的贡献，超韧耐磨尼龙作为耐磨材料中应用极为广泛的一部份，而我们研发生产的高韧超耐磨尼龙新材料通过添加耐磨成份，使其弯曲强度大于或等于220Mpa,缺口冲击强度大于或等于19KJ/m2，其综合力学性能已达到或超过美国杜邦公司的ST-BOI,SJ-012，在国际同类产品中居于领先水平。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的描述，但是不局限于下面的实施例。
实施例1：
将60kg的聚已内酰胺、5kg的加工改性剂、18kg的碳化硅、16kg的马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的共聚物，3kg的马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，通过300-7500转/分钟转速的搅拌机械将物料混合搅拌均匀，然后通过双螺杆挤出机挤出，螺杆加料区、输送区、塑化区、口膜温度分别为220 ℃、225 ℃、230 ℃、235 ℃，螺杆转速为50-600转/分钟，螺杆温度为190-280 ℃，物料在挤出机中停留的时间为1-15分钟，以保证塑化混合充分且不至于长时间停留导致热分解，然后在冷却槽中自然冷却、切粒，最后在80-110 ℃的干燥箱中干燥6-12小时，通过注塑机生产出尼龙。
实施例2：将80kg的聚已内酰胺、0.1kg的加工改性剂、0.1kg的石墨、0.1kg的马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的共聚物，0.1kg的马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，通过300-7500转/分钟转速的搅拌机械将物料混合搅拌均匀，然后通过双螺杆挤出机挤出，螺杆加料区、输送区、塑化区、口膜温度分别为220 ℃、225 ℃、230 ℃、235 ℃，螺杆转速为50-600转/分钟，螺杆温度为190-280 ℃，物料在挤出机中停留的时间为1-15分钟，以保证塑化混合充分且不至于长时间停留导致热分解，然后在冷却槽中自然冷却、切粒，最后在80-110 ℃的干燥箱中干燥6-12小时，通过注塑机生产出尼龙。
实施例3：将65kg的聚已内酰胺、0.9kg的加工改性剂、0.9kg的玻璃微珠、0.9kg的马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的共聚物，0.9kg的马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，通过300-7500转/分钟转速的搅拌机械将物料混合搅拌均匀，然后通过双螺杆挤出机挤出，螺杆加料区、输送区、塑化区、口膜温度分别为220 ℃、225 ℃、230 ℃、235 ℃，螺杆转速为50-600转/分钟，螺杆温度为190-280 ℃，物料在挤出机中停留的时间为1-15分钟，以保证塑化混合充分且不至于长时间停留导致热分解，然后在冷却槽中自然冷却、切粒，最后在80-110 ℃的干燥箱中干燥6-12小时，通过注塑机生产出尼龙。
实施例4：将66kg的聚已内酰胺、2kg的加工改性剂、5kg的二硫化钼、2kg的马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的共聚物，2kg的马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，通过300-7500转/分钟转速的搅拌机械将物料混合搅拌均匀，然后通过双螺杆挤出机挤出，螺杆加料区、输送区、塑化区、口膜温度分别为220 ℃、225 ℃、230 ℃、235 ℃，螺杆转速为50-600转/分钟，螺杆温度为190-280 ℃，物料在挤出机中停留的时间为1-15分钟，以保证塑化混合充分且不至于长时间停留导致热分解，然后在冷却槽中自然冷却、切粒，最后在80-110 ℃的干燥箱中干燥6-12小时，通过注塑机生产出尼龙。
实施例5：将70kg的聚已内酰胺、3kg的加工改性剂、12kg的碳化硅、11kg的马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的共聚物，2.2kg的马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，通过300-7500转/分钟转速的搅拌机械将物料混合搅拌均匀，然后通过双螺杆挤出机挤出，螺杆加料区、输送区、塑化区、口膜温度分别为220 ℃、225 ℃、230 ℃、235 ℃，螺杆转速为50-600转/分钟，螺杆温度为190-280 ℃，物料在挤出机中停留的时间为1-15分钟，以保证塑化混合充分且不至于长时间停留导致热分解，然后在冷却槽中自然冷却、切粒，最后在80-110 ℃的干燥箱中干燥6-12小时，通过注塑机生产出尼龙。
实施例6：将73kg的聚已内酰胺、4kg的加工改性剂、15kg的碳化硅、14kg的马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的共聚物，3kg的马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，通过300-7500转/分钟转速的搅拌机械将物料混合搅拌均匀，然后通过双螺杆挤出机挤出，螺杆加料区、输送区、塑化区、口膜温度分别为220 ℃、225 ℃、230 ℃、235 ℃，螺杆转速为50-600转/分钟，螺杆温度为190-280 ℃，物料在挤出机中停留的时间为1-15分钟，以保证塑化混合充分且不至于长时间停留导致热分解，然后在冷却槽中自然冷却、切粒，最后在80-110 ℃的干燥箱中干燥6-12小时，通过注塑机生产出尼龙。
实施例7：将75kg的聚已内酰胺、5kg的加工改性剂、18kg的二硫化钼、16kg的马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的共聚物，3kg的马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，通过300-7500转/分钟转速的搅拌机械将物料混合搅拌均匀，然后通过双螺杆挤出机挤出，螺杆加料区、输送区、塑化区、口膜温度分别为220 ℃、225 ℃、230 ℃、235 ℃，螺杆转速为50-600转/分钟，螺杆温度为190-280 ℃，物料在挤出机中停留的时间为1-15分钟，以保证塑化混合充分且不至于长时间停留导致热分解，然后在冷却槽中自然冷却、切粒，最后在80-110 ℃的干燥箱中干燥6-12小时，通过注塑机生产出尼龙。

Claims (6)

1.一种高韧耐磨尼龙，其特征在于：是由如下的重量百分比的原料制备而成：60-80%的聚已内酰胺、0.1-5%的加工改性剂、0.1-18%的耐磨剂、0.1%-16%的增韧剂、0.1-3%的相容剂。
2.根据权利要求1所述的一种高韧耐磨尼龙，其特征在于：所述的加工改性剂为丙烯酸酯类聚合物粉料，该有机材料的粉料堆密度为0.38-0.58 g／cm3，聚丙烯酸酯类聚合物具有核/壳结构，核为橡胶相，起增韧作用，而壳在橡胶相与塑料基体间起连接作用。
3.根据权利要求1所述的一种高韧耐磨尼龙，其特征在于：所述的耐磨剂为碳化硅，石墨、二硫化钼中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高韧耐磨尼龙，其特征在于：所述的增韧剂为马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的共聚物，由三元乙丙弹性体经反应挤出接枝马来酸酐制得，而分子非极性主链引入强极性侧基，与极性树脂具有良好的相容性，能有效改善极性尼龙的抗冲击性能。
5.根据权利要求1所述的一种高韧耐磨尼龙，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物的分子主链为饱和结构的非极性碳链，耐老化稳定性好，侧链含有具有反应活性的酸酐基团，可用来改善有机材料与无机材料之间的表面粘接性能。
6.一种如权利要求1所述的高韧耐磨尼龙的制备工艺，其特征在于：制备工艺如下：先通过300-7500转/分钟转速的搅拌机械将物料搅拌均匀，然后通过双螺杆挤出机挤出，螺杆加料区、输送区、塑化区、口膜温度分别为220 ℃、225 ℃、230 ℃、235 ℃，螺杆转速为50-600转/分钟，螺杆温度为190-280 ℃，物料在挤出机中停留的时间为1-15分钟，然后在冷却槽中自然冷却、切粒，最后在80-110 ℃的干燥箱中干燥6-12小时，通过注塑机生产出尼龙。
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