CN104788950A - 一种耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

一种耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法和应用，所述尼龙复合材料由以下组分组成：尼龙树脂，增强纤维，憎水材料，耐磨剂，润滑剂，抗紫外光吸收剂，抗氧剂和相容剂。所述制备方法是将尼龙树脂，憎水材料，耐磨剂，润滑剂，抗紫外光吸收剂，抗氧剂和相容剂混合，加入料斗，连续计量喂入双螺杆挤出机，将增强纤维从侧喂计量螺杆喂入双螺杆挤出机，与主料会合进入混炼区共混，经冷却、切粒、干燥，即成。按照本发明方法所制得的尼龙复合材料具有高强度、低吸湿性，耐磨、耐湿、耐候、自润滑性优异等特点，尺寸稳定性好，使用寿命长，可广泛应用于润滑轴承、轴套、机械齿轮、矿山托辊等领域。

Description

一种耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法和应用，具体涉及一种具有高强度、低吸湿性，耐湿、耐候、自润滑性优异的耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
轴承是机械的重要传动部件，包括两种类型：一类是滚动轴承，一类是滑动轴承。滚动轴承用于重载调整传动，滑动轴承用于低速轻载传动。传统意义上讲，轴承是用耐磨金属合金材料制造的，金属合金材料具有高强度，承载负荷大等特点，但是由于其制造的部件体积大，易腐蚀、易磨损，需要定期添加润滑油，定期维护。
近年来，人们尝试使用高分子材料作滑动轴承，如聚甲醛（POM）、聚酯（PET）、橡胶或尼龙等。其中，聚甲醛由于具有优良的自润滑性与耐磨性，已广泛用于轻工、食品、医疗器械润滑轴承，但因POM机械强度较低，耐热性耐候性较差，只能用于负荷不大的场合，不适合室外或使用温度较高的场合；PET机械强度较POM高，尺寸稳定性较好，但低温韧性差，耐老化性较低，也不适合高扭矩场合；近年来出现的水润滑轴承采用耐磨橡胶作基材，与芳纶、尼龙纤维复合，具有很高的强度，广泛用于船舶传动轴承，但橡胶基轴承耐温性差，不适合无油润滑轴承；尼龙具有优良的机械性能、耐温耐寒性、耐磨耐候性，广泛用于机械部件，但由于尼龙吸湿性大，尺寸稳定性差，因此，一般尼龙不适合用于制造对配合尺寸精度要求高的部件。
随着机械轻量化、小型化、精密化发展，对润滑轴承的需求越来越大，同时，对轴承材料性能要求越来越高，不但要求耐磨、耐候、耐温，还要求具有较高的承载能力。采用耐磨、耐温、耐候、自润滑复合高分子材料制造润滑轴承，提高轴承的使用寿命，减少轴承维护费用越来越受到关注。
CN101864168B公开的技术方案，通过碳纤维、聚乙烯的辐射预处理、尼龙/聚四氟乙烯/碳纤维复合材料的制备及尼龙/聚四氟乙烯/碳纤维复合材料的辐射交联改性等步骤制得了性能优异的耐磨自润滑性能和物理机械性能，但其工序复杂、生产工艺带宽窄、生产周期长、生产成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有高强度、低吸湿性，耐湿、耐候、自润滑性能优异的耐磨自润滑尼龙复合材料。
本发明进一步所要解决的技术问题是，提供一种简单，方便，成本低廉的耐磨自润滑尼龙复合材料的制备方法。
本发明更进一步所要解决的技术问题是，提供一种耐磨自润滑尼龙复合材料的应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种耐磨自润滑尼龙复合材料，由以下组分按重量份组成：
尼龙树脂：100～140份（优选110～130份）；
增强纤维：20～40份（优选25～35份）；
憎水材料：2～5份（优选3～4份）；
耐磨剂：2～6份（优选3～4份）；
润滑剂：0.5～5份（优选1～3份）；
抗紫外光吸收剂：0.2～1份（优选0.3～0.4份）；
抗氧剂：0.2～1份（优选0.3～0.6份）；
相容剂：1～5份（优选2～3份）。
进一步，所述尼龙树脂为尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙1010、尼龙610、尼龙612或尼龙46中的一种或几种。
进一步，所述增强纤维为碳纤维、芳纶纤维或超高分子量聚乙烯纤维中的一种或几种，所述纤维直径为8～20μm。所述纤维即具有很好的增强作用，又具有优异的耐摩擦性能，尤其是碳纤维和芳纶纤维还具有耐高温性能，与尼龙树脂共混能大幅提高其机械强度、耐磨性与耐热性，使其制品具有耐热、耐磨及高承载能力。
进一步，所述憎水材料为聚烯烃和/或聚酯类；所述聚烯烃包括聚乙烯，高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE），聚丙烯（PP）等，所述聚酯类包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酯丁二醇酯（PBT）等。在尼龙树脂中引入具有憎水性的聚烯烃或聚酯，可降低尼龙树脂的吸湿性，从而提高其制品的尺寸稳定性，以适应于轴承对尺寸精度的要求。
进一步，所述耐磨剂为聚四氟乙烯（PTFE）和/或二硫化钼（MoS2）。加入耐磨剂可有效提高材料的耐磨性能。
进一步，所述润滑剂为乙撑双硬酯酰胺和/或硅酮。增加润滑剂后可增强材料表面的润滑性，降低其摩擦系数，使得所制备的尼龙复合材料具有优异的自润滑性。
进一步，所述抗紫外光吸收剂为水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类或受阻胺类中的一种或几种。其中，所述受阻胺类抗紫外光吸收剂包括4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶（744）、六甲基磷酰三胺（HPT）等，所述苯酮类抗紫外光吸收剂包括2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮（UV-531）、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮（UV-9）等。
进一步，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或胺类抗氧剂；所述受阻酚类抗氧剂包括四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（1010）等，所述胺类抗氧剂包括N,N’-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺（1098）、二（2,2,4,6-四甲基-3-哌啶胺基）-间苯二甲酰胺（SEED）等。加入抗氧剂可防止复合尼龙的热氧老化。
进一步，所述相容剂为环氧类化合物与丙烯酸类化合物的共聚物；所述环氧类化合物与丙烯酸类共聚物包括乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物（如牌号PTW或AX8900）等。相容剂可增强尼龙树脂与憎水材料聚烯烃或聚酯间的相容性，提高共混材料的力学性能。
本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：一种耐磨自润滑尼龙复合材料的制备方法：将100～140份尼龙树脂、 2～5份憎水材料、2～6份耐磨剂、0.5～5份润滑剂、0.2～1份抗紫外光吸收剂、0.2～1份抗氧剂和1～5份相容剂混合，加入料斗，连续计量喂入双螺杆挤出机，将20～40份增强纤维从侧喂计量螺杆喂入双螺杆挤出机，与主料会合进入混炼区，在230～250℃，主机转速250～400rpm下共混，经冷却，切粒，干燥，即成。
本发明更进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：采用注射成型工艺，将所述耐磨自润滑尼龙复合材料应用于制备润滑轴承。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明材料各原料的配比合理，本发明耐磨自润滑尼龙复合材料拉伸强度高达170MPa，弯曲强度高达230MPa，说明力学性能优异；摩擦系数低，小于0.25，说明自润滑性能好；磨耗小，小于0.23mg/24h；吸水率小于2.3%，说明具有低吸湿性，材料尺寸稳定性好；老化性能优异，拉伸强度保持率可达89%，弯曲强度保持率可达87%，无缺口冲击强度保持率可达88%，具有耐磨、耐老化、自润滑等特点，适用于制造润滑轴承、轴套、机械齿轮、矿山托辊等领域；
（2）本发明应用注射成型工艺用耐磨自润滑尼龙复合材料制备润滑轴承，改变了传统金属制品浇注成型的方式，生产周期短、操作简单、成本低，适合于大规模生产，经客户使用评估，使用寿命较现有轴承制品延长2倍。
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：
尼龙树脂：尼龙46：PA6；尼龙66：PA66；尼龙11：PA11；尼龙12：PA12；尼龙1010：PA1010；尼龙612：PA612；尼龙46：PA46；
增强纤维：碳纤维（纤维直径为8μm）；芳纶纤维（纤维直径为13μm）；超高分子量聚乙烯（直径为20μm）；
憎水材料：低密度聚乙烯：LDPE；聚对苯二甲酸乙二醇酯：PET；聚对苯二甲酯丁二醇酯：PBT；
耐磨剂：聚四氟乙烯：PTFE；MoS2；
润滑剂：乙撑双硬酯酰胺：EBS；硅酮；
抗紫外光吸收剂：2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮：UV351；
抗氧剂：168、1098；
相容剂：乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物：PTW。
实施例1～15
耐磨自润滑尼龙复合材料：
具体原料及配比如表1所示：
表1 实施例1～15组分重量份配比表
耐磨自润滑尼龙复合材料的制备方法：
将尼龙树脂，憎水材料，耐磨剂，润滑剂，抗紫外光吸收剂，抗氧剂和相容剂混合（具体材料及添加量如表1中实施例1～15所示），加入料斗，连续计量喂入双螺杆挤出机，将增强纤维（具体材料及添加量如表1中实施例1～15所示）从侧喂计量螺杆喂入双螺杆挤出机，与主料会合进入混炼区，在240℃，主机转速380rpm下共混，经冷却、切粒、干燥，即成。
耐磨自润滑尼龙复合材料的检测标准与方法：
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。
耐磨自润滑尼龙复合材料的性能检测结果如表2所示：
表2 实施例1～15耐磨自润滑尼龙复合材料的性能检测结果
由表2可知，实施例1～15所制备的耐磨自润滑尼龙复合材料拉伸强度高达170MPa，弯曲强度高达230MPa，说明力学性能优异；摩擦系数低，均小于0.25，说明自润滑性能好；磨耗小，均小于0.23mg/24h；吸水率均小于2.3%，说明具有低吸湿性，材料尺寸稳定性好；老化性能优异，拉伸强度保持率可达89%，弯曲强度保持率可达87%，无缺口冲击强度保持率可达88%，具有耐磨、耐老化、自润滑等特点，适用于制造润滑轴承。
耐磨自润滑尼龙复合材料的应用：
采用注射成型工艺，将实施例1～15耐磨自润滑尼龙复合材料制备成润滑轴承。
经客户使用评估，使用寿命较现有轴承制品延长2倍。

Claims (10)

1.一种耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：由以下组分及重量份组成：
尼龙树脂：100～140份；
增强纤维：20～40份；
憎水材料：2～5份；
耐磨剂：2～6份；
润滑剂：0.5～5份；
抗紫外光吸收剂：0.2～1份；
抗氧剂：0.2～1份；
相容剂：1～5份。
2.根据权利要求1所述耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：所述尼龙树脂为尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙1010、尼龙610、尼龙612或尼龙46中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：所述增强纤维为碳纤维、芳纶纤维或超高分子量聚乙烯纤维中的一种或几种。
4.根据权利要求1～3之一所述耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：所述憎水材料为聚烯烃和/或聚酯类。
5.根据权利要求1～4之一所述耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：所述耐磨剂为聚四氟乙烯和/或二硫化钼。
6.根据权利要求1～5之一所述耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：所述润滑剂为乙撑双硬酯酰胺和/或硅酮。
7.根据权利要求1～6之一所述耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：所述抗紫外光吸收剂为水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类或受阻胺类中的一种或几种。
8.根据权利要求1～7之一所述耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或胺类抗氧剂；所述相容剂为环氧类化合物与丙烯酸类化合物的共聚物。
9.如权利要求1～8之一所述耐磨自润滑尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：将100～140份尼龙树脂、 2～5份憎水材料、2～6份耐磨剂、0.5～5份润滑剂、0.2～1份抗紫外光吸收剂、0.2～1份抗氧剂和1～5份相容剂混合，加入料斗，连续计量喂入双螺杆挤出机，将20～40份增强纤维从侧喂计量螺杆喂入双螺杆挤出机，与主料会合进入混炼区，在230～250℃，主机转速250～400rpm下共混，经冷却，切粒，干燥，即成。
10.如权利要求1～8之一所述耐磨自润滑尼龙复合材料的应用，其特征在于：采用注射成型工艺，将所述耐磨自润滑尼龙复合材料应用于制备润滑轴承。
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Denomination of invention: A wear resistant self lubricating nylon composite and its preparation method and Application

Effective date of registration: 20210526

Granted publication date: 20180105

Pledgee: Bank of Changsha Limited by Share Ltd. Liuyang branch

Pledgor: CHANGSHA WUBEN NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Registration number: Y2021430000014

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