CN105566899A - 一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料及其制备方法，该摩擦材料按重量份组成包括：聚酰胺6：55～75份，改性纳米二氧化钛：3～5份，复合固体润滑剂：10～15份，增容剂：3～8份，阻燃剂：10～20份，抗静电剂：0.5～2份，抗老化剂：0.05～0.5份，表面改性剂：0～1份；将所有材料按质量配比混匀后，采用熔融法制得高耐磨高抗冲击聚酰胺6基摩擦材料。该摩擦材料具有制作工艺简单、高耐磨、高抗冲击、阻燃、抗静电、耐高低温、抗腐蚀、抗老化、成本低等优点，解决了现有技术中提高材料某一性能却影响了其他物性指标的缺点，实现了材料的高性能化。

Description

一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种制作工艺简单、高耐磨、高抗冲击、阻燃、抗静电、耐高低温、抗腐蚀、抗老化、成本低的聚酰胺6基纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
聚酰胺6具有力学强度高、熔点高、耐磨、耐油和一般溶剂、耐热性能优良等特点，但作为摩擦材料，PA6具有干摩擦系数高、低温冲击韧性差、尺寸稳定性差、容易燃烧等缺点，面临比较苛刻的使用环境时，需对其进行改性处理。
近年来，国内外通过添加纤维、普通无机粒子提高PA6的耐磨性和力学性能却往往增大了摩擦系数；而通过添加固体润滑剂，可降低摩擦系数，却可能增大了磨损率、降低了其力学性能；添加阻燃、抗静电剂制得阻燃抗静电复合材料的同时，力学性能和摩擦磨损性能降低。
本发明是加入纳米二氧化钛、复合固体润滑剂、阻燃剂、抗静电剂以制备高耐磨、高抗冲击、阻燃、抗静电、耐热性好的PA6基纳米复合材料，在获得优异的摩擦磨损、阻燃、抗静电以及热性能的同时，保持了优异的力学性能尤其是具备高的冲击强度，并且降低了成本。
发明内容
本发明的目的：根据应用需要、针对现有摩擦材料的不足，提供一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料及其制备方法。该材料采用多种不同性质的填料混杂改性聚酰胺6，最大限度地发挥各填料自身的技术性能和独特功能，通过混杂效应实现优势互补，获得单一填料改性不具备的综合性能。该摩擦材料具有制作工艺简单、高耐磨、高抗冲击、阻燃、抗静电、耐高低温、抗腐蚀、抗老化、成本低等优点，可大大延长摩擦件的使用寿命，以便广泛用于各个领域。本发明的目的通过以下技术方案来实现。
本发明的技术解决方案：
一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料，其特征在于，所述摩擦材料按重量份组成包括：聚酰胺6：55～75份，改性纳米二氧化钛：3～5份，复合固体润滑剂：10～15份，增容剂：3～8份，阻燃剂：10～20份，抗静电剂：0.5～2份，抗老化剂：0.05～0.5份，表面改性剂：0～1份。
所述的聚酰胺6为熔点在225℃，并且相对粘度为2.85的树脂。
所述的改性纳米二氧化钛为粒径为1～37nm的颗粒。将纳米二氧化钛置于丙酮溶剂中超声分散20min，再加入溶有超分散剂（苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯-马来酸酐单丁酯的三元共聚物）的丙酮溶液，表面改性剂的用量为纳米二氧化钛的8%，高速搅拌4h。过滤，洗涤，真空干燥24h，研磨，过筛，得到改性纳米二氧化钛。
所述的复合固体润滑剂为3～15μm的聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、二硫化钼中的两种或三种的混合物。
所述的增容剂为HDPE-g-MAH或POE-g-MAH。
所述的阻燃剂为三氧化二锑、十四溴二苯氧基苯、十溴二苯醚，并以三氧化二锑和十溴二苯醚或十四溴二苯氧基苯复配的方式使用。
所述的抗静电剂为乙氧基化烷基胺。
所述的抗老化剂为抗氧剂1010。
所述的表面改性剂为有机硅烷偶联剂。
一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，按重量份称取聚酰胺6：55～75份，改性纳米二氧化钛：3～5份，复合固体润滑剂：10～15份，增容剂：3～8份，阻燃剂：10～20份，抗静电剂：0.5～2份，抗老化剂：0.05～0.5份，表面改性剂0~1份，投入高速混料机混合均匀，得到造粒原料。将造粒原料投入双螺杆挤出机，控制挤出温度，水冷造粒，得到高性能聚酰胺6基摩擦材料。
一种高性能聚酰胺6基摩擦材料的制备方法，其特征还在于，高速混合时间为0.5小时，转速为300～600转/分；双螺杆挤出机的温度控制在190～250℃。水冷经切粒机切成规格为Φ2.5×4的粒料在80～100℃干燥3～8小时。
本发明选用具有良好的耐磨性、韧性、机械强度、且价格相对便宜、易于成型的聚酰胺6为基体材料，克服了采用聚四氟乙烯（PTFE）、聚酰亚胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）等为基材时成型条件苛刻、价格高的缺点。纳米粒子具有同时增强增韧的效果，良好的分散性和耐候性，所以采用纳米二氧化钛增强聚酰胺6，可以获得力学性能、耐磨性、耐热性、耐候性好的摩擦材料，延长制品的使用寿命。固体润滑剂因在摩擦过程中在接触界面上形成了低剪切强度的转移膜而具有抗磨减摩的效果；该摩擦材料中纳米粒子起增强增韧作用保证力学性能并提高耐磨性、和热稳定性，复合固体润滑剂降低摩擦系数，协同纳米粒子提高耐磨性，从而提高了聚酰胺6的使用性能。
考虑到摩擦材料应用环境的多样化，所以除了满足摩擦磨损性能及一定的力学性能、耐高温能力等外，某些应用条件下须具有阻燃、抗静电、抗老化等性能以防止火灾、瓦斯爆炸、延长使用寿命。因此在改性时需加入阻燃剂、抗静电剂、抗老化剂等。上述添加剂种类繁多，综合考虑摩擦材料的各性能，通过探索添加适合于聚酰胺6体系的复合阻燃剂、抗静电剂和抗老化剂。
有益效果：
本发明和现有技术相比，具有生产工序简单、成本低、在获得优异的摩擦磨损、阻燃、抗静电以及热性能的同时，具备高强度和高抗冲击的优点。对于合适配方在优化工艺下制备的材料进行分析和评估，得到如下基本性能。轴向拉伸强度/MPa：≥55，缺口冲击强度/KJ/m2：≥50，使用温度/℃：-30～150，密度/g/cm3：≥1.65，阻燃性能：V-0，表面电阻：＜4.8×108Ω；摩擦系数：0.01～0.12，磨损率/mm3/Nm：4.0×10-6～1.93×10-5。
本发明的聚酰胺6基摩擦材料具有高性能的特点，应用范围广，具有广阔的市场前景。
具体实施方式：
下面举实例对本发明进行详细描述，而不是限制发明的范围。
实施例1
按重量份数称取聚酰胺6树脂：63.2份、超分散剂改性纳米二氧化钛：3份、聚四氟乙烯：7.5份、超高分子量聚乙烯7.5份，POE-g-MAH：3.5份；十溴二苯醚：10份、三氧化二锑：3.5份，乙氧基化烷基胺：1.3份，抗氧剂1010：0.5份，投入高速混炼机，以300～600转/分混合0.5小时，混合均匀后在双螺杆挤出机上混炼挤出造粒，双螺杆挤出机的温度控制在190～250℃。水冷经切粒机切成规格为Φ2.5×4的粒料在80～100℃干燥3～8小时。
实施例2
按重量份数称取聚酰胺6树脂：62.8份、超分散剂改性纳米二氧化钛：3份、聚四氟乙烯：7.5份、二硫化钼7.5份；HDPE-g-MAH：3.5份、十溴二苯醚：10份、三氧化二锑：3.5份，乙氧基化烷基胺：1.5份，抗氧剂1010：0.5份，表面改性剂：0.2份，投入高速混炼机，以300～600转/分混合0.5小时，混合均匀后在双螺杆挤出机上混炼挤出造粒，双螺杆挤出机的温度控制在190～250℃。水冷经切粒机切成规格为Φ2.5×4的粒料在80～100℃干燥3～8小时。
实施例3
按重量份数称取聚酰胺6树脂：62.8份、超分散剂改性纳米二氧化钛：3份、聚四氟乙烯：5份、超高分子量聚乙烯5份，二硫化钼5份；HDPE-g-MAH：3.5份、十溴二苯醚：10份、三氧化二锑：3.5份，乙氧基化烷基胺：1.5份，抗氧剂1010：0.5份，表面改性剂：0.2份，投入高速混炼机，以300～600转/分混合0.5小时，混合均匀后在双螺杆挤出机上混炼挤出造粒，双螺杆挤出机的温度控制在190～250℃。水冷经切粒机切成规格为Φ2.5×4的粒料在80～100℃干燥3～8小时。
根据实施例1、实施例2和实施例3制备的摩擦材料具备以下性能：
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3
拉伸强度MPa 63.7 60.8 61.9
冲击强度KJ/m2 69.9 50.5 55
阻燃性（UL-94） V-0 V-0 V-0
表面电阻Ω 4.7×108 4.4×108 4.1×108
摩擦系数 0.01 0.02 0.1
磨损率mm3/Nm 4.1×10-6 8.3×10-6 5.5×10-6
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (11)

1.一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料按重量份组成包括：聚酰胺6：55～75份，改性纳米二氧化钛：3～5份，复合固体润滑剂：10～15份，增容剂：3～8份，阻燃剂：10～20份，抗静电剂：0.5～2份，抗老化剂：0.05～0.5份，表面改性剂：0～1份。
2.根据权利要求1所述的一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料，其特征在于所述的聚酰胺6是熔点为225℃，并且相对粘度为2.85的树脂。
3.根据权利要求1所述的一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料，其特征在于所述的改性纳米二氧化钛的粒径为1～37nm，将纳米二氧化钛置于丙酮溶剂中超声分散20min，再加入溶有超分散剂的丙酮溶液，所述超分散剂为苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯-马来酸酐单丁酯的三元共聚物，表面改性剂的用量为纳米二氧化钛的8%，高速搅拌4h，过滤，洗涤，真空干燥24h，研磨，过筛，得到改性纳米二氧化钛。
4.根据权利要求1所述的一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料，其特征在于所述的复合固体润滑剂为粒径3～5μm的聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、二硫化钼中的两种或三种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料，其特征在于所述的增容剂为HDPE-g-MAH或POE-g-MAH。
6.根据权利要求1所述的一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料，其特征在于所述的阻燃剂为三氧化二锑和十溴二苯醚或三氧化二锑和十四溴二苯氧基苯复配使用。
7.根据权利要求1所述的一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料，其特征在于所述的抗静电剂为乙氧基化烷基胺。
8.根据权利要求1所述的一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料，其特征在于所述的抗老化剂为抗氧剂1010。
9.根据权利要求1所述的一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料，其特征在于所述的表面改性剂为硅烷偶联剂KH550。
10.根据权利要求1-9所述的一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，按重量份称取聚酰胺6：55～75份，改性纳米二氧化钛：3～5份，复合固体润滑剂：10～15份，增容剂：3～8份，阻燃剂：10～20份，抗静电剂：0.5～2份，抗老化剂：0.05～0.5份，表面改性剂：0～1份，投入高速混料机混合均匀，得到造粒原料，将造粒原料投入双螺杆挤出机，控制挤出温度，水冷造粒，得到高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料。
11.根据权利要求10所述的一种高耐磨高抗冲击聚酰胺6基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，高速混合时间为0.5小时，转速为300～600转/分；双螺杆挤出机的温度控制在190～250℃，水冷经切粒机切成规格为Φ2.5×4的粒料，在80～100℃干燥3～8小时。
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