CN104710785A - 一种低吸水耐磨复合尼龙及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
一种低吸水耐磨复合尼龙及其制备方法和应用,所述复合尼龙由以下组分及重量份组成:长碳链尼龙100~120份、增强材料20~35份、耐磨剂1.0~5.0份、润滑剂0.2~1.0份、憎水剂2~10份、抗氧剂0.3~1.0份。所述制备方法是,将长碳链尼龙、增强材料、耐磨剂、润滑剂、憎水剂和抗氧剂混合,连续加入双螺杆挤出机熔融、共混挤出、冷却、切粒、干燥,即得低吸水耐磨复合尼龙。按照本发明方法所制得的复合尼龙低吸水性、耐磨性、自润滑性优异,可广泛应用于多种机械齿轮,具有自润滑性好、噪音低、啮合好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种尼龙及其制备方法和应用,具体涉及一种低吸水耐磨复合尼龙及其制备方法和应用。
背景技术
高分子材料用作机械传动齿轮具有自润滑性、耐腐蚀、噪音低等特点,受到机械行业的广泛重视,如聚甲醛、普通尼龙、聚甲氟乙烯、浇注尼龙已广泛应用于机械传动部件。
但上述材料在应用于机械传动部件时,均呈现不同程度的缺陷,具体如下:
(1)聚甲醛耐磨性优异,但机械强度较低,不适合扭矩较高的场合而限制其应用;
(2)普通尼龙具有较高的机械强度,但由于其吸水性大,使用过程中因季度湿度变化,其制品尺寸发生变化,带来齿轮配合精度变差,传动噪音增大,两齿轮间相互摩擦增加,运行不稳定,甚至发生咬齿现象,导致机械故障的发生,因此,对于一些要求精密的齿轮,普通尼龙难以满足要求;
(3)聚四氟乙烯具有优良的耐磨性,但成型工艺复杂,必须先制成毛坯,经烧结成板材或棒材,再经机械加工成齿轮,且价格昂贵,难以推广;
(4)浇注尼龙由于分子量大,具有优良的耐磨性、自润性,但由于生产工艺控制不好,导致废品率高,产品性能稳定性差,同时,浇注尼龙与普通尼龙一样,存在吸水性大的缺点,故使用环境变化导致吸水性变化,制品尺寸稳定性差,只适合一些大型齿轮或齿合精度要求不高的场合。
CN103214843A公开了一种长纤维增强长碳链尼龙及其制备方法,其采用长玻纤增强长碳链尼龙与普通尼龙的复合物,有效提高了材料的强度和模量,得到了低吸水率、尺寸稳定、耐低温性能优异的复合材料,但材料耐磨性能达不到要求,且材料需经两次加工,成本高;CN103602064A公开的技术方案采用无碱玻纤作为增强剂,马来酸酐接技物为增韧剂,二硫化钼、石墨、钛酸钾晶须、聚四氟乙烯或其复配物作耐磨剂,经双螺杆熔融挤出,制备了增强增韧耐磨尼龙66/尼龙612复合材料,用来替代不锈钢材料制备插秧机的拨叉,使用范围窄,且未对其复合材料的耐磨性及吸水性能进行评价。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种低吸水性、耐磨、自润滑性优异的低吸水耐磨复合尼龙。
本发明进一步所要解决的技术问题是,提供一种制备方法简单,方便,成本低廉的低吸水耐磨复合尼龙的制备方法。
本发明更进一步所要解决的技术问题是,提供一种用于各种机械传动齿轮,尤其是汽车转向涡轮,纺织机械齿轮、医疗器械传动齿轮的低吸水耐磨复合尼龙的应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:一种低吸水耐磨复合尼龙,由以下组分及重量份组成:
长碳链尼龙100~120份;
增强材料20~35份(优选25~30份);
耐磨剂1.0~5.0份(优选2.0~4.0份);
润滑剂0.2~1.0份(优选0.4~0.8份);
憎水剂2~10份(优选4~8份);
抗氧剂0.3~1.0份(优选0.4~0.8份);
其中,所述长碳链尼龙为单体碳原子数≥10的尼龙。
进一步,所述长碳链尼龙为尼龙11、尼龙12、尼龙1010、尼龙1313、尼龙1212、尼龙612或尼龙613中的一种或几种。
进一步,所述增强材料为玻璃纤维和/或碳纤维,所述纤维直径为6~18μm。加入增强材料可提高材料的强度。
进一步,所述耐磨剂为聚四氟乙烯和/或二硫化钼。加入耐磨剂可有效提高材料的耐磨性能。
进一步,所述润滑剂为硅酮、油酸酰胺、芥酸酰胺或乙撑双硬酯酰胺中的一种或几种。加入润滑剂可提高材料的加工性能。
进一步,所述憎水剂为聚烯烃和/或聚烯烃共聚物,优选聚乙烯和聚烯烃弹性体,加入憎水剂可有效降低复合尼龙的吸水率。
进一步,所述抗氧剂为亚磷酸酯类如抗氧剂168,受阻酚类抗氧剂如抗氧剂1010、抗氧剂1076或受阻胺类抗氧剂如抗氧剂1098、Seed,加入抗氧剂可防止复合尼龙的热氧老化。
本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下:一种低吸水耐磨复合尼龙的制备方法:将100~120份长碳链尼龙、20~35份增强材料、1.0~5.0份耐磨剂、0.2~1.0份润滑剂、2~10份憎水剂和0.3~1.0份抗氧剂混合,连续加入双螺杆挤出机熔融,共混挤出,冷却,切粒,干燥,即得低吸水耐磨复合尼龙。
进一步,所述熔融和共混挤出的温度为210~230℃,挤出的螺杆转速为470~490rpm。温度控制在210~230℃是因为若温度过高,原料容易降解,若温度太低则不能熔融。
本发明更进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下:一种低吸水耐磨复合尼龙的应用:采用注射成型工艺,将所述低吸水耐磨复合尼龙应用于制备齿轮;所述注射成型工艺为:在注射温度为210~240℃,注射压力为40~80MPa条件下,以70~80 mm/s的注射速度将熔融的低吸水耐磨复合尼龙注射入模具中,保压10~30s,冷却,脱模,在110~130℃下干燥3~5h,即成。
本发明的优异效果如下:
(1)采用长碳链尼龙作基材,添加多种憎水组分,降低材料的吸水性,从而提高制品的尺寸稳定性;添加的耐磨剂与润滑剂,能有效降低材料的摩擦系数,提高材料的耐磨性;添加的增强材料和抗氧材料,能提高材料的机械强度和耐老化性能,所制得的复合尼龙材料低吸水性、耐磨、自润滑性优异;
(2)将按照本发明方法制得的复合材料用于制造齿轮,其尺寸稳定性十分优异,是理想的齿轮材料,除适用于汽车转向涡轮、正时齿轮外,也适用于医疗器械、纺织机械齿轮,具有自润滑性、噪音低、啮合好、耐低温、寿命长、安全可靠性高等特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例所使用的原料、简称如下,如无特殊说明,均通过常规商业途径获得:
长碳链尼龙:尼龙11:PA11,尼龙12:PA12,尼龙1010:PA1010,尼龙1313:PA1313,尼龙1212:PA1212,尼龙612:PA612;
增强材料:玻璃纤维(纤维直径为13μm),碳纤维(纤维直径为9μm);
耐磨剂:聚四氟乙烯:PTFE,二硫化钼:MoS2;
润滑剂:乙撑双硬脂酰胺:EBS,硅酮;
憎水剂:聚乙烯:PE,聚烯烃弹性体:POE;
抗氧剂:抗氧剂1098,抗氧剂1010。
实施例1~13
低吸水耐磨复合尼龙:
具体原料及配比如表1所示:
表1 实施例1~13组分重量份配比表
低吸水耐磨复合尼龙的制备方法:
将长碳链尼龙,增强材料,耐磨剂,润滑剂,憎水剂和抗氧剂混合(具体材料及添加量如表1中实施例1~13所示),连续加入双螺杆挤出机,在220℃下熔融,共混挤出,挤出的螺杆转速为480rpm,然后冷却至室温,切粒,干燥,即得低吸水耐磨复合尼龙。
低吸水耐磨复合尼龙的应用:
采用注射成型工艺,将实施例1~13低吸水耐磨复合尼龙制备成齿轮;所述注射成型工艺为:在注射温度为220℃,注射压力为60MPa条件下,以75 mm/s的注射速度将熔融的低吸水耐磨复合尼龙注射入模具中,保压20s,冷却,脱模,在120℃下干燥4h,即成。
齿轮的检测标准与方法:
拉伸强度:《塑料拉伸性能的测定》GB/T1040.1-2006;
弯曲强度:《塑料弯曲性能试验方法》,GB/T9341-2000;
缺口冲击强度:《冲击试验方法》,GB/T1043-1993;
摩擦系数:《塑料薄膜和薄片摩擦系数测定方法》,GB/T10006-1988;
吸水率:《塑料密度和相对密度试验方法》,GB/T 1033-1986;
检测常温下不同湿度Rh(20~100%)的尺寸变化率、高低温(-40~100℃)下的尺寸变化率。
齿轮性能检测结果如表2所示:
表2 实施例1~13低吸水耐磨复合尼龙所制备的齿轮的性能检测结果
由表2可知,摩擦系数为0.15~0.24说明产品耐磨、自润滑性优异,吸水率小于0.3%说明其吸水率低,尺寸变化率小于0.15%说明尺寸稳定性好,适用于制造汽车转向涡轮、正时齿轮、医疗器械、纺织机械齿轮,是理想的齿轮材料,具有自润滑性、噪音低、啮合好、耐低温、寿命长、安全可靠性高等特点。
Claims (10)
1.一种低吸水耐磨复合尼龙,其特征在于:由以下组分及重量份组成:
长碳链尼龙100~120份;
增强材料20~35份;
耐磨剂1.0~5.0份;
润滑剂0.2~1.0份;
憎水剂2~10份;
抗氧剂0.3~1.0份;
其中,所述长碳链尼龙为单体碳原子数≥10的尼龙。
2.根据权利要求1所述低吸水耐磨复合尼龙,其特征在于:所述长碳链尼龙为尼龙11、尼龙12、尼龙1010、尼龙1313、尼龙1212、尼龙612或尼龙613中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述低吸水耐磨复合尼龙,其特征在于:所述增强材料为玻璃纤维和/或碳纤维。
4.根据权利要求1或2所述低吸水耐磨复合尼龙,其特征在于:所述耐磨剂为聚四氟乙烯和/或二硫化钼。
5.根据权利要求1或2所述低吸水耐磨复合尼龙,其特征在于:所述润滑剂为硅酮、油酸酰胺、芥酸酰胺或乙撑双硬酯酰胺中的一种或几种。
6.根据权利要求1或2所述低吸水耐磨复合尼龙,其特征在于:所述憎水剂为聚烯烃和/或聚烯烃共聚物。
7.根据权利要求1或2所述低吸水耐磨复合尼龙,其特征在于:所述抗氧剂为亚磷酸酯类、受阻酚类抗氧剂或受阻胺类抗氧剂中的一种或几种。
8.如权利要求1~7之一所述低吸水耐磨复合尼龙的制备方法,其特征在于:将100~120份长碳链尼龙、20~35份增强材料、1.0~5.0份耐磨剂、0.2~1.0份润滑剂、2~10份憎水剂和0.3~1.0份抗氧剂混合,连续加入双螺杆挤出机熔融,共混挤出,冷却,切粒,干燥,即得低吸水耐磨复合尼龙。
9.根据权利要求8所述低吸水耐磨复合尼龙的制备方法,其特征在于:所述熔融和共混挤出的温度为210~230℃,挤出的螺杆转速为470~490rpm。
10.如权利要求1~7之一所述低吸水耐磨复合尼龙的应用,其特征在于:采用注射成型工艺,将所述低吸水耐磨复合尼龙应用于制备齿轮;所述注射成型工艺为:在注射温度为210~240℃,注射压力为40~80MPa条件下,以70~80 mm/s的注射速度将熔融的低吸水耐磨复合尼龙注射入模具中,保压10~30s,冷却,脱模,在110~130℃下干燥3~5h,即成。
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