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

一种低吸水耐磨复合尼龙及其制备方法和应用
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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