CN107226953A - 一种耐刮擦复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种耐刮擦复合材料及其制备方法，其由塑料树脂100份、纳米NbSe2 5‑30份、偶联剂0.1‑2份和加工助剂0.1‑2份经混合、挤出而成。本发明使用纳米NbSe2作为耐刮擦改性填料，使制备的耐刮擦复合材料具有极高的耐刮擦性能，且比传统的硅酮系耐刮擦添加剂或聚四氟乙烯改性耐刮擦性能更佳，适用于汽车、电子电气、建筑、航天等领域。

Description

一种耐刮擦复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性材料技术领域，具体涉及一种耐刮擦材料及其制备方法。
背景技术
目前塑料得到了广泛的应用，如聚丙烯就被广泛地应用于汽车内外饰件、电子产品等领域中。但塑料目前都普遍具有一个缺陷，就是本身的耐刮擦性较差，制件的表面易划伤，从而降低了产品的外观美观程度，并且在制品表面的划痕也会导致其应力集中，限制了其使用性能。特别是用滑石粉填充塑料的耐刮擦性更差，材料在压入力和滑动力或横（侧）向力的作用下发生屈服，产生延性/脆性破坏从而造成刮痕。在刮痕中，不平的表面产生不均匀的光散射和“刮痕发白”，从而限制了塑料在耐刮擦性能要求较高的零部件处的使用。
为了解决这一问题，通常在塑料中添加耐刮擦剂来改善其耐刮擦效果，但传统耐刮擦剂主要为芥酸酰胺类物质和高聚硅氧烷类物质，这两类物质本身存在气味较重等缺点，严重影响了其应用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐刮擦复合材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种耐刮擦复合材料，由以下组分按重量份数制备而成 ：
塑料树脂 100 份
纳米NbSe25-30 份
偶联剂 0.1-2 份
加工助剂 0.1-2 份。
进一步方案，所述塑料树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮（PEEK）和聚酰亚胺中的至少一种。
所述聚酰胺为聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺 610或聚酰胺1010。
所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚碳酸酯（PC）。
所述纳米NbSe2为长度为60-180μm、直径为4-8nm 的纳米纤维材料。
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和稀土铝酸酯偶联剂中的至少一种。
所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）；钛酸酯偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯（NDZ-102）；稀土铝酸酯偶联剂为铝酸三异丙酯（DL-411）。
所述加工助剂为硅酮粉、N,N’-乙撑双硬脂酰胺（EBS）中的一种或两种混合物。
本发明的另一个发明目的是提供上述一种耐刮擦复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
（1）将 100 份塑料树脂和0.1-2 份偶联剂一起加入转速为100-300 转 /min的常温高速混合机进行混合；再加入5-30份纳米NbSe2材料继续混合；最后加入0.1-2 份加工助剂继续混合得混合物；
（2）将混合物加入挤出机中进行熔融、挤出、冷却、干燥、切粒得耐刮擦复合材料；其中挤出机各区温度为140-355℃，挤出螺杆长径比为30-40，挤出机螺杆转速为150-350转/min。
所以本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、由于纳米NbSe2材料本身在摩擦作用过程中，在压力和粘附作用下，引起类似石墨分层样的剥落的单分子纳米层，并转移到塑料表面上，形成粘附在基体上的摩擦膜，能缓解并降低塑料的摩擦和磨损。
2、本发明使用纳米NbSe2作为塑料改性耐刮擦剂，提高了复合材料的耐刮擦性能；从而开展了纳米NbSe2作为塑料改性耐刮擦剂的新应用。
3、本发明制备的耐刮擦复合材料，具有很好的耐刮擦性能，且可应用于汽车、电子电气、建筑、航天等对耐刮擦性能要求较高的领域。
具体实施方式
实施例1
将 100份聚丙烯和0.05份 KH550、0.05 份NDZ-102加入转速为100转/min高速混合机进行常温混合；再加入5份长度为120μm、直径为6nm的纳米NbSe2继续混合；最后加入0.1份硅酮粉继续混合；总混合时间为 2min；
将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒得耐刮擦复合材料；其中挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为 140℃、160℃、160℃、170℃、170℃、180℃、180℃、190℃、190℃、195℃，挤出螺杆长径比为 30，挤出螺杆转速为 150 转/分钟。
实施例2
将50重量份聚乙烯、50份聚丙烯和2份 DL-411加入转速为300转/min的高速混合机中进行常温混合；再将 30 份长度约为160μm、直径为7nm的纳米NbSe2加入其中进行常温高速混合，最后将1份硅酮粉、1份EBS加入进行常温高速混合，混合时间总长为 8min；
将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒得耐刮擦复合材料；其中挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为 140℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、200℃、210℃、210℃、215℃，挤出螺杆长径比为 40，挤出螺杆转速为 350 转/分钟。
实施例3
将100 重量份 PET 和 1 份 KH550加入转速为250转/min的高速混合机中进行常温混合；再将 20 份长度为60μm、直径为4nm的纳米NbSe2加入其中进行常温高速混合，最后将0.5 份硅酮粉、1 份 EBS 加入进行常温高速混合，总混合时间为4min；
将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒得耐刮擦复合材料；其中挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为 240℃、260℃、270℃、280℃、290℃、290℃、290℃、290℃、290℃、295℃，挤出螺杆长径比为 35，挤出螺杆转速为 300 转/分钟。
实施例4
将100 重量份 PA66 和 0.5 份 NDZ-102 、0.2 份 DL-411加入转速为300转/min的高速混合机中进行常温混合；再将 30 份长度为180μm、直径为8nm的纳米NbSe2加入其中进行常温高速混合，最后将 0.5 份硅酮粉、1 份 EBS 加入进行常温高速混合，总混合时间为6min；
将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为 220℃、240℃、250℃、260℃、270℃、270℃、280℃、280℃、285℃、290℃，挤出螺杆长径比为 35，挤出螺杆转速为 320 转/分钟。
实施例5
将100 重量份 PC 和 0.5 份 NDZ-102、0.2 份 DL-411加入转速为180转/min的高速混合机中进行常温混合；再将6 份长度为80μm、直径为5nm的纳米NbSe2加入其中进行常温高速混合，最后将1.2 份 EBS 加入进行常温高速混合，总混合时间为6min；
将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒得耐刮擦复合材料；其中挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为 240℃、260℃、260℃、270℃、270℃、280℃、280℃、290℃、295℃、300℃，挤出螺杆长径比为 35，挤出螺杆转速为 280 转/分钟。
实施例6
在 100 重量份 PPS 和 0.3 份 NDZ-102、0.2 份 DL-411加入转速为220转/min的高速混合机中进行常温混合；再将 8份长度为100μm、直径为5nm的纳米NbSe2加入其中进行常温高速混合，最后将0.8份硅酮粉加入进行常温高速混合，总混合时间为 7.5min；
将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒得耐刮擦复合材料；其中挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为 260℃、270℃、280℃、280℃、290℃、290℃、290℃、290℃、295℃、300℃，挤出螺杆长径比为 35，挤出螺杆转速为 340 转/分钟。
实施例7
将100 重量份 PEEK 和0.3 份 NDZ-102 、0.4 份 KH550加入转速为220转/min的高速混合机中进行常温混合；再将 15 份长度为150μm、直径为4nm的纳米NbSe2加入其中进行常温高速混合，最后将 0.7 份硅酮粉、0.5 份 EBS 加入进行常温高速混合，总混合时间为7.5min；
将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒得耐刮擦复合材料；其中挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为 280℃、290℃、300℃、320℃、340℃、340℃、350℃、350℃、355℃、355℃，挤出螺杆长径比为 35，挤出螺杆转速为 340 转/分钟。
实施例8
将100 重量份 PA6 和0.5 份 NDZ-102、0.2 份 DL-411加入转速为150转/min的高速混合机中进行常温混合；再将 12 份长度为180μm、直径为6nm的纳米NbSe2 加入其中进行常温高速混合，最后将 0.5 份硅酮粉、1 份 EBS 加入进行常温高速混合，总混合时间为6min；
将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒得耐刮擦复合材料；其中挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为 160℃、200℃、220℃、220℃、220℃、230℃、230℃、230℃、235℃、240℃，挤出螺杆长径比为 35，挤出螺杆转速为 320 转/分钟。
实施例9
将100 重量份 PA6 和0.5 份 NDZ-102、0.2 份 DL-411加入转速为150转/min的高速混合机中进行常温混合；再将 12 份长度为140μm、直径为7nm的纳米NbSe2加入其中进行常温高速混合，最后将 0.5 份硅酮粉、1 份 EBS 加入进行常温高速混合，总混合时间为6min；
将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒得耐刮擦复合材料；其中挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为 160℃、200℃、220℃、220℃、220℃、230℃、230℃、230℃、235℃、240℃，挤出螺杆长径比为 35，挤出螺杆转速为 320 转/分钟。
对比例1
纯均聚聚丙烯材料。
对比例2
按实施例1的组份与制备方法制备对比例2，其区别仅在于将实施例1中的“5份长度约为120μm, 直径在6nm的纳米NbSe2”改为“4%芥酸酰胺”。
对比例3
按实施例1的组份与制备方法制备对比例2，其区别仅在于将实施例1中的“5份长度约为120μm, 直径在6nm的纳米NbSe2”改为“4%硅酮”。
将上述实施例1-9和对比例1-3制备的耐刮擦复合材料分别用单螺杆注塑注塑成样条，然后分别检测其耐刮擦性能，具体见表1所示。其中单螺杆注塑的温度从喂料到机头依次为210℃、225℃、225℃、230℃、230℃，注塑机螺杆长径比为35，螺杆转速为320转/min，注塑压力为60MPa，螺杆背压为8MPa，注塑时间为8s，冷却时间为 6s。
耐刮擦试验按 PV3952 进行检验，负荷为10N，通过测定刮擦试样表面的ΔL值(即黑白颜色的变化标志 ) 来评判其耐刮擦性能，ΔL的数值越小，表示材料的耐刮擦性能越好。
表1：耐刮擦性能
ΔL 摩擦系数（干磨） 磨耗/mg（干磨）
对比例1 3.34 0.24 12.3
对比例2 1.46 0.35 11.7
对比例3 1.81 0.29 12.5
实施例1 0.73 0.10 4.3
实施例2 0.91 0.08 2.8
实施例3 0.68 0.07 3.3
实施例4 0.88 0.09 2.5
实施例5 0.74 0.14 3.7
实施例6 1.05 0.05 3.1
实施例7 0.93 0.07 2.6
实施例8 0.66 0.06 0.9
实施例9 0.71 2.7 1.3
从表1可看出，本发明制备的耐刮擦复合材料的耐刮擦性能均显著优于对比例1-3，所以本发明的耐刮擦复合材料具有优异的耐磨、耐刮擦性能。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐刮擦复合材料，其特征在于：由以下组分按重量份数制备而成 ：
塑料树脂 100 份
纳米NbSe2 5-30 份
偶联剂 0.1-2 份
加工助剂 0.1-2 份。
2.根据权利要求 1 所述的一种耐刮擦复合材料，其特征在于：所述塑料树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮和聚酰亚胺中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种耐刮擦复合材料，其特征在于：所述聚酰胺为聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺 610 或聚酰胺 1010。
4.根据权利要求 2 所述的一种耐刮擦复合材料，其特征在于：所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚碳酸酯。
5.根据权利要求1所述的一种耐刮擦复合材料，其特征在于：所述纳米NbSe2为长度为60-180μm、直径为4-8nm的纳米纤维材料。
6.根据权利要求 1 所述的一种耐刮擦复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和稀土铝酸酯偶联剂中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的一种耐刮擦复合材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷；钛酸酯偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯；稀土铝酸酯偶联剂为铝酸三异丙酯。
8.根据权利要求 1 所述的一种耐刮擦复合材料，其特征在于：所述加工助剂为硅酮粉、N,N’-乙撑双硬脂酰胺中的一种或两种混合物。
9.如权利要求 1-8 中任一项所述的一种耐刮擦复合材料的制备方法，其特征在于：其制备步骤如下：
（1）将 100 份塑料树脂和0.1-2 份偶联剂一起加入转速为100-300转 /min的常温高速混合机进行混合；再加入5-30份纳米NbSe2材料继续混合；最后加入0.1-2 份加工助剂继续混合得混合物；
（2）将混合物加入挤出机中进行熔融、挤出、冷却、干燥、切粒得耐刮擦复合材料；其中挤出机各区温度为140-355℃，挤出螺杆长径比为30-40，挤出机螺杆转速为150-350转/min。
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