CN103788637A - 一种复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合材料及其制备方法，所述复合材料由以下重量份的各组分组成：PA625～35份，PA6620～30份，PP10～20份，抗静电剂母料7～15份，阻燃剂4～8份，相容剂3～5份，增韧剂2～4份，填料3～8份，玻璃纤维10～20份，改性剂0.05～0.2份，润滑剂0.5～0.8份，抗氧剂0.2～0.4份；使用本发明提供的复合材料制备托辊轴承座不仅抗弯强度、冲击强度、导热性能、抗氧化性能、耐低温性能、耐高温性能优良；而且阻燃等级达到V-0级，表面电阻小于3.8×108，达到了国家煤安标准；是制备矿用非金属托辊的首选配件，市场前景广阔。

Description

一种复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料，特别是指一种用于矿用托辊轴承座的复合材料及其制备方法。
背景技术
为了追求更大开采效率，皮带机已经成为井下煤炭运输的主要设备，作为矿用皮带机核心组成的矿用托辊自然成为了矿山设备的核心部件。煤矿井下易燃的粉尘和气体较多，而且通风不良，因此，是安全事故的多发地。为了杜绝和减少安全事故的发生，国家要求煤矿井下皮带机用托辊必须阻燃抗静电性能。目前，煤矿井下带式输送机托辊主要为钢制托辊，然而钢制托辊的缺陷较为明显，通常表现为耐磨性差，易生锈不耐腐蚀，噪音大，磨损后易刮伤皮带等。因此寻求一种替代钢制托辊的矿用非金属托辊非常重要。轴承座作为非金属托辊的主要部件，要制备复合煤安要求的矿用托辊，必须选择具备阻燃抗静电性能的材料来制备轴承座。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种性能出色、制备简单的用于矿用托辊轴承座的复合材料及其制备方法。
基于上述目的本发明提供的一种复合材料，由以下重量份的各组分组成：PA6树脂25～35份，PA66树脂20～30份，PP树脂10～20份，抗静电剂母料7～15份，阻燃剂4～8份，相容剂3～5份，增韧剂2～4份，填料3～8份，玻璃纤维10～20份，改性剂0.05～0.2份，润滑剂0.5～0.8份，抗氧剂0.2～0.4份。
优选的，所述PA6树脂为相对粘度为2.0～2.5，所述PA66树脂为相对粘度为2.5～3.2。
优选的，所述抗静电剂母料为超导电炭黑母料，炭黑含量为50%。
优选的，所述阻燃剂为包覆红磷粉末，粒径为500～800目。
优选的，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)，接枝率为15～30%。
优选的，所述增韧剂为POE接枝马来酸酐(POE-g-MAH)，接枝率为15～25%。
优选的，所述填料为1200目滑石粉、800目滑石粉、200目滑石粉和200目碳酸钙复配，复配比例为1：1：1：1。
优选的，所述玻璃纤维为直径5～15微米的表面改性纤维砂。
可选的，所述改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(YH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(YH560)、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(YH570)中的一种。
优选的，所述润滑剂为工业级白油；抗氧剂为酚类抗氧剂1010和磷酸酯类抗氧剂168，按照重量比为1:1复配而成。
本发明还提供了一种如上述的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
通过带喷雾器的高速混合机，搅拌填料使其均匀混合，并将用无水乙醇稀释到重量的100倍后的改性剂均匀喷洒在填料的表面；将表面浸润了改性剂的填料在温度为120℃的烘箱内反应2小时，制得改性填料；
将PA6树脂、PA66树脂、PP树脂、抗静电剂母料、相容剂、增韧剂、润滑剂，依次倒入犁式搅拌桶内搅拌20分钟，让润滑剂均匀地分散在粒料的表面；将阻燃剂和所述改性填料加入所述犁式搅拌桶内，搅拌40分钟，制得均匀的原材料混合物；
通过双螺杆造粒机，在加工温度220～270℃下，对原材料混合物和玻璃纤维进行熔融、均化后，经拉丝、切粒后制得复合材料粒料。
本发明还提供了一种矿用托辊轴承座的制造方法，包括以下步骤：
将如上述制备方法制得的复合材料粒料在90～120℃的烘箱中干燥4～8小时；
通过注塑机将干燥后的复合材料粒料在220～270℃的成型温度下加工成托辊轴承座。
从上面所述可以看出，本发明提供的一种复合材料及其制备方法，使用本发明提供的复合材料制备托辊轴承座不仅抗弯强度、冲击强度、导热性能、抗氧化性能、耐低温性能、耐高温性能优良；而且阻燃等级达到V-0级，表面电阻小于3.8×108，达到了国家煤安标准；是制备矿用非金属托辊的首选配件，市场前景广阔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明实施例提供了一种复合材料，由以下重量份的各组分组成：PA6树脂25～35份，PA66树脂20～30份，PP树脂10～20份，抗静电剂母料7～15份，阻燃剂4～8份，相容剂3～5份，增韧剂2～4份，填料3～8份，玻璃纤维10～20份，改性剂0.05～0.2份，润滑剂0.5～0.8份，抗氧剂0.2～0.4份。
本发明实施例还提供了一种如上述的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过带喷雾器的高速混合机，搅拌填料使其均匀混合，并将用无水乙醇稀释到重量的100倍后的改性剂均匀喷洒在填料的表面；将表面浸润了改性剂的填料在温度为120℃的烘箱内反应2小时，制得改性填料；
将PA6树脂、PA66树脂、PP树脂、抗静电剂母料、相容剂、增韧剂、润滑剂，依次倒入犁式搅拌桶内搅拌20分钟，让润滑剂均匀地分散在粒料的表面；将阻燃剂和所述改性填料加入所述犁式搅拌桶内，搅拌40分钟，制得均匀的原材料混合物；
通过双螺杆造粒机，在加工温度220～270℃下，对原材料混合物和玻璃纤维进行熔融、均化后，经拉丝、切粒后制得复合材料粒料。
本发明实施例还提供了一种矿用托辊轴承座的制造方法，包括以下步骤：
将如上述方法制得的复合材料粒料在90～120℃的烘箱中干燥4～8小时；
通过注塑机将干燥后的复合材料粒料在220～270℃的成型温度下加工成托辊轴承座。
实施例一
复合材料按质量份计成分如下：
相对粘度为2.3的低粘度的PA6：25份
相对粘度为3的中粘度的PA66：25份
PP：10份
超导电炭黑母料：10份
包覆红磷粉末：5份
聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)：3份
POE接枝马来酸酐(POE-g-MAH)：3份
1200目滑石粉：1份
800目滑石粉：1份
200目滑石粉：1份
200目碳酸钙：1份
直径5～15微米的表面改性纤维砂：15份
γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(YH560)：0.1份
白油：0.5份
抗氧剂1010：0.1份
抗氧剂168：0.1份
其中，填料为1200目滑石粉、800目滑石粉、200目滑石粉和200目碳酸钙复配，复配比例为1：1：1：1。抗氧剂为酚类抗氧剂1010和磷酸酯类抗氧剂168，按照重量比为1:1复配而成。
按照以下制备方法制备上述的复合材料：
（1）填料改性处理
①按实施例一所述的比重和填料的复配比例称取YH560和1200目滑石粉、800目滑石粉、200目滑石粉、200目碳酸钙填料；
②用无水乙醇将YH560稀释到重量的100倍；
③将4种填料置于带喷雾器的高速混合机的桶体内，稀释后的YH560置于喷雾器的瓶腔内；
④分别启动搅拌开关和喷雾器开关，将4种填料混合均匀，并让YH560均匀地喷洒在填料的表面；
⑤将表面浸润了YH560的填料在温度为120℃的烘箱内反应2小时，制得改性填料，待用。
（2）复合材料造粒
①按实施例一所述的比重称取PA6树脂、PA66树脂、PP树脂、超导电炭黑母料、PP-g-MAH、POE-g-MAH、白油，并依次倒入犁式搅拌桶内搅拌20分钟，让白油均匀地分散在粒料的表面。
②按实施例一所述的比重称取包覆红磷粉末，并将称好的包覆红磷粉末和改性好的填料加入所述犁式搅拌桶内，继续搅拌40分钟，制得均匀的原材料混合物。
③将原材料混合物加入双螺杆造粒机料斗，径5～15微米的表面改性纤维砂从双螺杆挤出机纤维加入口加入，挤出机的加工温度设置为220～270℃，混合物和玻璃纤维经熔融，均化后，从挤出机模头挤出，然后经拉丝，切粒后制得复合材料粒料。
进一步的，使用实施例一制得的复合材料粒料制造矿用托辊轴承座，包括步骤：
将实施例一制得的复合材料粒料在90～120℃的烘箱中干燥4～8小时；
通过注塑机将干燥后的复合材料粒料在220～270℃的成型温度下加工成托辊轴承座。
实施例二
复合材料按质量份计成分如下：
相对粘度为2.3的低粘度的PA6：30份
相对粘度为3的中粘度的PA66：20份
PP：15份
超导电炭黑母料：12份
包覆红磷粉末：5份
聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)：3份
POE接枝马来酸酐(POE-g-MAH)：3份
1200目滑石粉：1.5份
800目滑石粉：1.5份
200目滑石粉：1.5份
200目碳酸钙：1.5份
直径5～15微米的表面改性纤维砂：15份
γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(YH570)：0.1份
白油：0.5份
抗氧剂1010：0.1份
抗氧剂168：0.1份
其中，填料为1200目滑石粉、800目滑石粉、200目滑石粉和200目碳酸钙复配，复配比例为1：1：1：1。抗氧剂为酚类抗氧剂1010和磷酸酯类抗氧剂168，按照重量比为1:1复配而成。
按照以下制备方法制备上述的复合材料：
（1）填料改性处理
①按实施例二所述的比重和填料的复配比例称取YH570和1200目滑石粉、800目滑石粉、200目滑石粉、200目碳酸钙填料；
②用无水乙醇将YH570稀释到重量的100倍；
③将4种填料置于带喷雾器的高速混合机的桶体内，稀释后的YH570置于喷雾器的瓶腔内；
④分别启动搅拌开关和喷雾器开关，将4种填料混合均匀，并让YH570均匀地喷洒在填料的表面；
⑤将表面浸润了YH570的填料在温度为120℃的烘箱内反应2小时，制得改性填料，待用。
（2）复合材料造粒
①按实施例二所述的比重称取PA6树脂、PA66树脂、PP树脂、超导电炭黑母料、PP-g-MAH、POE-g-MAH、白油，并依次倒入犁式搅拌桶内搅拌20分钟，让白油均匀地分散在粒料的表面。
②按权利要求1所述的比重称取包覆红磷粉末，并将称好的包覆红磷粉末和改性好的填料加入所述犁式搅拌桶内，继续搅拌40分钟，制得均匀的原材料混合物。
③将原材料混合物加入双螺杆造粒机料斗，径5～15微米的表面改性纤维砂从双螺杆挤出机纤维加入口加入，挤出机的加工温度设置为220～270℃，混合物和玻璃纤维经熔融，均化后，从挤出机模头挤出，然后经拉丝，切粒后制得复合材料粒料。
进一步的，使用实施例二制得的复合材料粒料制造矿用托辊轴承座，包括步骤：
将实施例二制得的复合材料粒料在90～120℃的烘箱中干燥4～8小时；
通过注塑机将干燥后的复合材料粒料在220～270℃的成型温度下加工成托辊轴承座。
通过本发明实施例的方法制备的复合材料制造矿用托辊轴承座，其性能与目前常用的用于制作矿用托辊轴承座的标准复合材料相比，对比结果如下：
表1本发明实施例的复合材料与常用标准复合材料性能对比
Figure BDA0000470242630000071
从上表可以看出，本发明实施例提供的一种复合材料及其制备方法，用本发明的复合材料制备托辊轴承座不仅抗弯强度、冲击强度、导热性能、抗氧化性能、耐低温性能、耐高温性能优良；而且阻燃等级达到V-0级，表面电阻小于3.8×108，达到了国家煤安标准；是制备矿用非金属托辊的首选配件，市场前景广阔。
在本发明的一些实施例中，所述PA6树脂为相对粘度为2.0～2.5，所述PA66树脂为相对粘度为2.5～3.2。
所述抗静电剂母料优选为超导电炭黑母料，炭黑含量为50%。
所述阻燃剂优选为包覆红磷粉末，粒径为500～800目。
所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)，接枝率为15～30%。
所述增韧剂为POE接枝马来酸酐(POE-g-MAH)，接枝率为15～25%。
所述玻璃纤维为直径5～15微米的表面改性纤维砂。
所述改性剂还可以为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(YH550)。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种复合材料，其特征在于，由以下重量份的各组分组成：PA6树脂25～35份，PA66树脂20～30份，PP树脂10～20份，抗静电剂母料7～15份，阻燃剂4～8份，相容剂3～5份，增韧剂2～4份，填料3～8份，玻璃纤维10～20份，改性剂0.05～0.2份，润滑剂0.5～0.8份，抗氧剂0.2～0.4份。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述PA6树脂为相对粘度为2.0～2.5，所述PA66树脂为相对粘度为2.5～3.2。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述抗静电剂母料为超导电炭黑母料，炭黑含量为50%。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为包覆红磷粉末，粒径为500～800目。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)，接枝率为15～30%。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述增韧剂为POE接枝马来酸酐(POE-g-MAH)，接枝率为15～25%。
7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述填料为1200目滑石粉、800目滑石粉、200目滑石粉和200目碳酸钙复配，复配比例为1：1：1：1。
8.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为直径5～15微米的表面改性纤维砂。
9.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(YH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(YH560)、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(YH570)中的一种。
10.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述润滑剂为工业级白油；抗氧剂为酚类抗氧剂1010和磷酸酯类抗氧剂168，按照重量比为1:1复配而成。
11.一种如权利要求1至10任意一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过带喷雾器的高速混合机，搅拌填料使其均匀混合，并将用无水乙醇稀释到重量的100倍后的改性剂均匀喷洒在填料的表面；将表面浸润了改性剂的填料在温度为120℃的烘箱内反应2小时，制得改性填料；
将PA6树脂、PA66树脂、PP树脂、抗静电剂母料、相容剂、增韧剂、润滑剂，依次倒入犁式搅拌桶内搅拌20分钟，让润滑剂均匀地分散在粒料的表面；将阻燃剂和所述改性填料加入所述犁式搅拌桶内，搅拌40分钟，制得均匀的原材料混合物；
通过双螺杆造粒机，在加工温度220～270℃下，对原材料混合物和玻璃纤维进行熔融、均化后，经拉丝、切粒后制得复合材料粒料。
12.一种矿用托辊轴承座的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将如权利要求11制得的复合材料粒料在90～120℃的烘箱中干燥4～8小时；
通过注塑机将干燥后的复合材料粒料在220～270℃的成型温度下加工成托辊轴承座。
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