CN106675013B

CN106675013B - 一种尼龙66复合材料和制备方法以及应用

Info

Publication number: CN106675013B
Application number: CN201611158398.7A
Authority: CN
Inventors: 龚伟
Original assignee: SUZHOU BOYUN PLASTIC CO Ltd
Current assignee: Jiangsu Boyun Plastic Industry Co., Ltd.
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2019-01-08
Anticipated expiration: 2036-12-15
Also published as: CN106675013A

Abstract

本发明公开了一种用于石油化工管路密封圈的尼龙66复合材料，其成分按如下质量百分比组成：尼龙66为80％、聚四氟乙烯为15％、柔性石墨含量为4‑4.8％、Ekonol(聚对羟基苯甲酸酯)为0.2％～1％。相对于现有的尼龙66及SiO2/尼龙6复合材料，本发明的尼龙66复合材料，其耐摩擦、耐热性、耐水解性能都有明显的改善，可以在自然环境恶劣的情形下保持长时间的密封性能，更适用于石油化工等相关领域。

Description

一种尼龙66复合材料和制备方法以及应用

技术领域

本发明涉及一种密封材料，具体涉及一种用于石油化工管路密封圈的尼龙66复合材料。

背景技术

橡胶密封圈密封是最常用的一种密封形式,这种密封形式具有结构简单、密封可靠的优点,但橡胶密封圈存在性能缺陷限制其在很多领域中的应用。航天器的密封程度对于内部设备的安全有着重要的影响,而对于载人航天器来说,机构密封性能的好坏有更大的影响意义。航天飞行器在空间运行时要经过低温-70℃和高温70℃的温度变化,橡胶材料的材料特性随温度的变化有很大的不同,因此还要分析空间飞行器在不同温度的密封性能。“挑战者”号失事的直接原因是航天飞机右侧固体火箭助推器的O型密封圈失效,导致燃气外泄。

聚四氟乙烯(PTFE)材料具有优良的耐蚀性、耐候性、化学稳定性，并且不沾、无毒、无污染，被称为“塑料之王”，是一种较好的密封材料，被广泛应用于国防、航空航天、医学、石油化工、机械等许多领域的密封装置。虽然塑料本身具有强的抗腐蚀能力，不为化学溶剂所侵蚀，但当一些化学试剂、溶剂、水等进入摩擦界面，在应力反复作用下，又有热、氧等环境因素，是能够产生磨损的。在摩擦过程中，表面上真实接触区域可以产生高温，同时可能产生很高的局部应力与变形，在这些热点能发生化学反应，从而加快了磨损速度。而且，虽然聚四氟乙烯有良好的密封性能，但它的力学性能不好，抗拉强度、抗压强度不高，回弹能力差。所以，这些因素使聚四氟乙烯密封圈老化失效是导致石油化工管路泄漏的重要原因之一。而且石油化工管路输送的介质具有高温、高压、腐蚀等特点,极易在管路连接处造成水、气、物料的跑、冒、滴、漏,污染环境、危害工人身体健康。因此,为了延长管路的使用寿命,确保管路畅通无阻,保证安全生产,必须确保使用密封材料的性能良好。

尼龙66材料，其分子链中重复出现的酰胺基团间可发生氢键结合，并规整排列形成结晶，从而具有良好的机械性能和耐油耐溶剂性、自润滑性。但仍然存在一些性能缺陷，由于其结构中含有酰胺基团(属于极性基团)，在高温、潮湿或紫外照射的环境中，尼龙66会发生热降解、水解，从而影响其制品的尺寸稳定性和力学性能，降低了产品的稳定性和使用寿命，这些因素均限制了尼龙66材料的应用。为改善尼龙相关材料的性能，Monserrat等制备了SiO2/尼龙6复合材料，发现SiO2的加入提高了尼龙6复合材料的摩擦学性能和热性能。关于尼龙66复合材料耐磨性能和耐热性能研究的报告还没有在国内外公开，所以，一种综合性能更好的尼龙66复合材料将成为国内外研发的热点。

发明内容

本发明的目的是克服现有密封材料的不足，提供一种综合性能更好的尼龙66复合材料，相对于尼龙66材料、SiO2/尼龙6复合材料，本发明的尼龙66复合材料，其耐摩擦、耐热性、耐水解性能都有明显的改善，可以在自然环境恶劣的情形下保持长时间的密封性能，更适用于石油化工等相关领域。

尼龙66复合材料各成分的质量百分比为：尼龙66为80％、聚四氟乙烯为15％、柔性石墨为4-4.8％、Ekonol(聚对羟基苯甲酸酯)为0.2％～1％。所述Ekonol(聚对羟基苯甲酸酯)的质量百分比优选为0.3％～0.7％，更优选为0.4～0.6％，最优选为0.5％。

本发明还涉及上述尼龙66复合材料及密封圈的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、添加80％尼龙66，并加热至320℃使其熔化，然后同时添加15％聚四氟乙烯和4-4.8％柔性石墨，该过程持续加热，以500转/分的速度搅拌30分钟；

步骤2、添加0.2-1％的Ekonol，以500转/分的速度搅拌30分钟，该过程持续加热30-50分钟，混合物温度保持在320℃；

步骤3、将熔融的尼龙66复合材料挤压进密封圈成型模具，保压成型，将成型磨具冷却，冷却后取出密封圈。

本发明提供的复合材料除了具有尼龙66材料及尼龙6复合材料机械性能良好、耐油、耐溶剂的优点以外，同时具有更佳的耐摩擦、耐热、耐水解性能，与现有材料相比有显著优势。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例1、复合材料A的制备

A中各组分的质量百分比为：尼龙66为80％、聚四氟乙烯为15％、柔性石墨为4.8％、Ekonol为0.2％。

制备方法如下：首先添加80％的尼龙66，并加热至320℃熔化，然后同时添加15％的聚四氟乙烯和4.8％的柔性石墨，搅拌均匀。添加0.2％的Ekonol，搅拌均匀，该过程持续加热，混合物温度保持在320℃，得到复合材料A。

实施例2、复合材料B的制备

本实施方式制备复合材料B的方法如实施例1，所不同的是各组分的质量百分比为：尼龙66为80％、聚四氟乙烯为15％、柔性石墨为4.7％、Ekonol为0.3％。

实施例3、复合材料C的制备

本实施方式制备复合材料C的方法如实施例1，所不同的是各组分的质量百分比为：尼龙66为80％、聚四氟乙烯为15％、柔性石墨为4.6％、Ekonol为0.4％。

实施例4、复合材料D的制备

本实施方式制备复合材料D的方法如实施例1，所不同的是各组分的质量百分比为：尼龙66为80％、聚四氟乙烯为15％、柔性石墨为4.5％、Ekonol为0.5％。

实施例5、复合材料E的制备

本实施方式制备复合材料E的方法如实施例1，所不同的是各组分的质量百分比为：尼龙66为80％、聚四氟乙烯为15％、柔性石墨为4.4％、Ekonol为0.6％。

实施例6、复合材料F的制备

本实施方式制备复合材料F的方法如实施例1，所不同的是各组分的质量百分比为：尼龙66为80％、聚四氟乙烯为15％、柔性石墨为4.3％、Ekonol为0.7％。

实施例7、复合材料G的制备

本实施方式制备复合材料G的方法如实施例1，所不同的是各组分的质量百分比为：尼龙66为80％、聚四氟乙烯为15％、柔性石墨为4.0％、Ekonol为1.0％。

制备尼龙66材料、SiO2/尼龙6复合材料、复合材料A的样品,在MM-200型磨损试验机上(按照GB3960-83),进行16小时的摩擦磨损性能比较(载荷：200N，转速：500rpm)，结果见表1。

表1、尼龙66材料、SiO2/尼龙6复合材料、复合材料A的耐摩擦性能比较

材料	尼龙66	SiO2(0.2％)/尼龙6	复合材料A
				摩擦系数	0.39	0.31	0.23
磨损率,10<sup>-5</sup>mm<sup>3</sup>/(N*m)	70.85	69.30	56.44

制备A、B、D、F、G材料的样品，在MM-200型磨损试验机上(按照GB3960-83),进行16小时的摩擦磨损性能比较(载荷:200N，转速：500rpm)，结果见表2。

表2、各材料的耐摩擦性能比较

材料	A	B	D	F	G
						摩擦系数	0.23	0.19	0.12	0.17	0.27
磨损率,10<sup>-5</sup>mm<sup>3</sup>/(N*m)	56.44	48.10	37.48	45.09	62.37

用膨胀仪测定各材料试样的热膨胀曲线，升温速率为2℃/min，测试温度范围为25～150℃，计算线膨胀系数。

表3、尼龙66、SiO2(0.2％)/尼龙6、复合材料A的线膨胀系数比较

材料	尼龙66	SiO2(0.2％)/尼龙6	复合材料A
				线膨胀系数(10<sup>－6</sup>/K<sup>-1</sup>)	72.5	37.0	26.8

表4、A、B、D、F、G的线膨胀系数比较

材料	A	B	D	F	G
						线膨胀系数(10<sup>－6</sup>/K<sup>-1</sup>)	26.8	24.3	15.2	14.9	14.5

将各材料的试样分别放入装有纯乙二醇溶剂的试验装置中,升温至140℃，保持72h,然后取出试样,放入真空干燥箱中于70℃干燥2h,在60min内进行性能测试，结果见表5。

表5、纯尼龙66、SiO2(0.2％)/尼龙6、A、D、G耐水解性能研究

实施例8、一种密封圈制备方法，步骤如下：首先添加80％的尼龙66，并加热至320℃使其熔化，然后同时添加15％的聚四氟乙烯和4.8％的柔性石墨，持续加热，以500转/分的速度搅拌30分钟。添加0.2％的Ekonol，以500转/分的速度搅拌30分钟。该过程持续加热30-50分钟，混合物温度保持在320℃。用螺旋压注机将熔融的尼龙66复合材料挤压进密封圈成型模具，保压成型，采用冷水冷却后取出密封圈。利用该工艺及尼龙66复合材料制成的密封圈，抗拉强度为120～124MPa，抗剪强度为61～65MPa，压缩强度可达159～162MPa，挠曲强度可达169～172MPa。

实施例9、本实施方式所述的制备方法如实施例8，所不同的是各成分的质量百分比：尼龙66为85％，聚四氟乙烯为15％，柔性石墨为4.7％，Ekonol为0.3％。利用工艺及尼龙66复合材料制成的密封圈，抗拉强度为117～122MPa，抗剪强度为60～63MPa，压缩强度可达163～168MPa，挠曲强度可达170～175MPa。

实施例10、本实施方式所述的制备方法如实施例8，所不同的是各成分的质量百分比：尼龙66为80％，聚四氟乙烯为15％，柔性石墨为4.5％，Ekonol为0.5％。利用该工艺及尼龙66复合材料制成的密封圈，抗拉强度为123～126MPa，抗剪强度为68～73MPa，压缩强度可达166～169MPa，挠曲强度可达175～178MPa。

实施例11、本实施方式所述的制备方法如实施例8，所不同的是各成分的质量百分比：尼龙66为80％，聚四氟乙烯为15％，柔性石墨为4.3％，Ekonol为0.7％。利用该工艺及尼龙66复合材料制成的密封圈，抗拉强度为120～122MPa，抗剪强度为65～69MPa，压缩强度可达163～165MPa，挠曲强度可达169～170MPa。

实施例12、本实施方式所述的制备方法如实施例8，所不同的是各成分的质量百分比：尼龙66为80％，聚四氟乙烯为15％，柔性石墨为4.0％，Ekonol为1.0％。利用该工艺及尼龙66复合材料制成的密封圈，抗拉强度为118～120MPa，抗剪强度为60～62MPa，压缩强度可达163～167MPa，挠曲强度可达166～172MPa。

实施例13、本实施方式所述的制备方法如实施例8，所不同的是：冷却磨具在模温机中进行，采用高强力喷淋的方式冷却。利用该工艺及尼龙66复合材料制成的密封圈，抗拉强度为122～125MPa，抗剪强度为60～64MPa，压缩强度可达163～165MPa，挠曲强度可达171～174MPa。

Claims

1.一种尼龙66复合材料，其特征在于，由尼龙66、聚四氟乙烯、柔性石墨、Ekonol组成；

各成分的质量百分比如下：尼龙66为80％、聚四氟乙烯为15％、柔性石墨为4-4.8％、Ekonol为0.2％～1％。

2.如权利要求1所述的尼龙66复合材料，其特征在于：所述柔性石墨的质量百分比为4.3-4.7％，Ekonol的质量百分比为0.3％～0.7％。

3.如权利要求2所述的尼龙66复合材料，其特征在于：所述柔性石墨的质量百分比为4.4-4.6％，Ekonol的质量百分比为0.4％～0.6％。

4.如权利要求3所述的尼龙66复合材料，其特征在于：所述柔性石墨的质量百分比为4.5％，Ekonol的质量百分比为0.5％。

5.制备如权利要求1-4所述尼龙66复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、准备原材料尼龙66、聚四氟乙烯、柔性石墨、Ekonol；

步骤2、添加尼龙66，并加热至320℃使其熔化，然后同时添加聚四氟乙烯和柔性石墨，该过程持续加热，以500转/分的搅拌速度搅拌30分钟；

步骤3、添加Ekonol，以500转/分的搅拌速度搅拌30分钟，该过程持续加热，混合物温度保持在320℃。

6.如权利要求5所述尼龙66复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3所述的持续加热的时间为30-50分钟。

7.一种由尼龙66复合材料组成的密封圈的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤3、将熔融的尼龙66复合材料挤压进密封圈成型模具，保压成型，将成型模具冷却，冷却后取出密封圈。

8.根据权利要求7所述密封圈的制备方法，其特征在于：使用螺旋压注机将熔融的尼龙66复合材料挤压进密封圈成型模具。

9.根据权利要求8所述密封圈的制备方法，其特征在于：冷却模具采用高强力喷淋的方式。