CN110172241B - 聚酰胺和聚酮合金复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种聚酰胺和聚酮合金复合材料及其制备方法，涉及高分子材料技术领域，用于提高聚酰胺和聚酮合金复合材料的耐磨性，并降低聚酰胺和聚酮合金复合材料的吸水率，提高其尺寸稳定性。所述聚酰胺和聚酮合金复合材料，包括聚酰胺、聚酮、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯以及聚四氟乙烯。本发明实施例提供的聚酰胺和聚酮合金复合材料及其制备方法用于制备含有聚酰胺和聚酮合金复合材料的器件。

Description

聚酰胺和聚酮合金复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种聚酰胺和聚酮合金复合材料及其制备方法。

背景技术

聚酰胺材料因具有优异的机械性能和耐久性等，被广泛应用于汽车零部件、电子电器、工程配件等行业。但是，聚酰胺的耐磨性较差，并且在潮湿的环境中容易吸水，导致其自身的尺寸收缩率较大，这样限制了聚酰胺在更广范围内的应用。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种聚酰胺和聚酮合金复合材料及其制备方法，以有效提高聚酰胺和聚酮合金复合材料的耐磨性，并降低聚酰胺和聚酮合金复合材料的吸水率，提高其尺寸稳定性。

为达到上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明实施例的第一方面提供了一种聚酰胺和聚酮合金复合材料，包括聚酰胺、聚酮、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯及聚四氟乙烯。

由于聚酮具有良好的耐磨性和低吸水率，聚四氟乙烯具有良好的耐磨性能，马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯具有良好耐磨性能和相容性，本发明实施例将聚酰胺、聚酮、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯及聚四氟乙烯混合在一起，可以使各组分良好的相容在一起，并使各组分协同配合，实现对聚酰胺的改性，有效提高聚酰胺和聚酮合金复合材料的耐磨性，并有效降低聚酰胺和聚酮合金复合材料的吸水率，提高其尺寸稳定性。

可选的，上述马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯包括马来酸酐、超高分子量聚乙烯、苯乙烯和引发剂。

可选的，上述聚酰胺和聚酮合金复合材料还包括短切玻璃纤维和偶联剂。

可选的，上述聚酰胺和聚酮合金复合材料还包括玻璃微珠。

可选的，上述聚酰胺和聚酮合金复合材料还包括阻燃剂、抗氧剂、润滑剂及热稳定剂。

本发明实施例的第二方面提供了一种聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法，包括：将聚酰胺、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯及聚四氟乙烯进行混合，得到第一混合物。将第一混合物与聚酮进行熔融共混，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

本发明实施例提供的聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法所能实现的有益效果，与上述技术方案提供的聚酰胺和聚酮合金复合材料所能实现的技术效果相同，在此不做赘述。

可选的，在得到第一混合物之前，上述制备方法还包括：将引发剂加入至苯乙烯内进行溶解，得到第二混合物。将马来酸酐和超高分子量聚乙烯进行混合，得到第三混合物。将第二混合物和第三混合物进行熔融共混，得到马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯。

可选的，上述超高分子量聚乙烯、马来酸酐、苯乙烯及引发剂的质量比为(96～98)：(1～3)：(0.5～2)：(0.2～0.6)。

可选的，在得到第一混合物的步骤中，将聚酰胺、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯、抗氧剂、偶联剂、润滑剂、热稳定剂及阻燃剂进行混合。

可选的，将第一混合物与聚酮进行熔融共混，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料的步骤，包括：将第一混合物与聚酮、短切玻璃纤维和玻璃微珠进行熔融共混，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

可选的，将第一混合物与聚酮、短切玻璃纤维和玻璃微珠进行熔融共混，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料的步骤，包括：将第一混合物加入至双螺杆挤出机的喂料区。将聚酮加入至双螺杆挤出机的熔融区段。将短切玻璃纤维加入至双螺杆挤出机的混炼区段。将玻璃微珠加入至双螺杆挤出机的均化区段。将第一混合物、聚酮、短切玻璃纤维和玻璃微珠进行共混挤出，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

可选的，在进行共混挤出时，双螺杆挤出机的螺杆转速为200rpm～400rpm，温度为180℃～220℃。

可选的，在聚酰胺和聚酮合金复合材料中，聚酰胺、聚酮、马来酸酐接枝超高分子聚乙烯、聚四氟乙烯、抗氧剂、偶联剂、润滑剂、热稳定剂、阻燃剂、短切玻璃纤维和玻璃微珠的质量比为：(30～55)：(10～20)：(4～8)：(1～3)：(0.2～0.4)：(0.2～0.4)：(0.2～0.4)：(0.2～0.4)：(5～9)：(20～25)：(3～6)。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明实施例的一部分，本发明实施例的示意性实施例及其说明用于解释发明实施例，并不构成对本发明实施例的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的又一种聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为便于理解，下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是所提出的技术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例，所获得的所有其他实施例，均属于本发明实施例保护的范围。

本发明实施例提供了一种聚酰胺和聚酮合金复合材料，包括聚酰胺、聚酮、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯以及聚四氟乙烯。

具体实施时，将聚酰胺、聚酮、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯以及聚四氟乙烯进行熔融共混，以便得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

通过上述具体实施过程可知，本发明实施例提供的聚酰胺和聚酮合金复合材料，将聚酰胺和聚酮、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯及聚四氟乙烯混合在一起，由于聚酮具有良好的耐磨性和低吸水率，聚四氟乙烯具有良好的耐磨性能，马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯具有良好耐磨性能和相容性，通过将聚酰胺、聚酮、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯及聚四氟乙烯混合在一起，可以使各组分良好的相容在一起，并使各组分协同配合，实现对聚酰胺的改性，有效提高聚酰胺和聚酮合金复合材料的耐磨性，并有效降低聚酰胺和聚酮合金复合材料的吸水率，提高其尺寸稳定性。

在相关技术中，通常在聚酰胺中添加大量的聚四氟乙烯、二硫化钼及石墨，以对聚酰胺进行改性，提高聚酰胺复合材料的耐磨性能。然而，聚四氟乙烯的价格较为昂贵，大量添加聚四氟乙烯使得聚酰胺复合材料的制造成本较高；二硫化钼的颜色较深，使得添加有二硫化钼的聚酰胺复合材料的颜色较深，进而限制了该聚酰胺复合材料的着色选择范围；石墨具有一定的导电性，使得添加有石墨的复合材料会具有一定的导电性，这样限制了聚酰胺复合材料的使用范围。

本申请通过使用聚酮、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯及聚四氟乙烯共同提高聚酰胺和聚酮合金复合材料的耐磨性能，可以有效减少聚四氟乙烯的使用量，大大降低了制作聚酰胺和聚酮合金复合材料的成本，使其具有较高的性价比，而且避免了使用颜色较深的二硫化钼和具有一定导电性的石墨，进而扩大了聚酰胺和聚酮合金复合材料的着色范围和使用范围。

在一些实施例中，上述聚酰胺(Polyamide Resin，简称PA)以PA6作为基体，该PA6的加工温度范围为200～240℃、数均分子量为20000～30000、树脂粘度为2.7±0.3。通过选用上述PA6作为聚酰胺和聚酮合金复合材料的基体，能够使制得的聚酰胺和聚酮合金复合材料具有良好的机械性能。可选的，以质量份数计，上述聚酰胺的质量份数可以为30～55。

上述聚酮为一氧化碳、烯烃(例如：乙烯或丙烯等)合成的聚合物，在一些实施例中，可以选择数均分子量为60000～100000、熔融指数为6g/10min(240℃/2.16kg)的聚酮对聚酰胺进行改性。聚酮具有良好的耐磨性、阻燃性、抗冲击性及抗水解性等性能，通过加入聚酮，可以使聚酮与聚酰胺相配合，增强聚酰胺和聚酮合金复合材料的耐磨性，并降低其吸水率，提高其尺寸的稳定性，而且还可以利用聚酮使聚酰胺和聚酮合金复合材料具有较好的阻燃性，进而可以使由聚酰胺和聚酮合金复合材料制得的器件具有较好的阻燃效果。

可选的，以质量份数计，上述聚酮的质量份数可以为10～20，这样可以提高聚酮与聚酰胺的配合度，避免出现聚酰胺和聚酮合金复合材料的耐磨性增强不足，吸水率未有效降低，尺寸稳定性未有效提升的情况。

上述马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯具有良好的耐磨性、相容性及冲击性能等性能，通过加入马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯，对聚酰胺进行改性，不仅可以提高聚酰胺和聚酮之间的相容性，使制得的聚酰胺和聚酮合金复合材料得结构更为稳定，还可以降低聚酰胺和聚酮合金复合材料的摩擦系数，提高其自润滑性能，并使该聚酰胺和聚酮合金复合材料具有良好的冲击性能。

在一些实施例中，以质量份数计，马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯的质量份数可以为4～8，这样既可以充分发挥马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯的作用，还可以避免出现马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯的质量份数较小，难以有效提高聚酰胺和聚酮之间的相容性的情况。

上述聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，简称PTFE)具有良好的耐磨性和耐温性(耐高温性和耐低温性)，通过加入聚四氟乙烯，可以对聚酰胺进行很好的改性，使聚酰胺和聚酮合金复合材料的耐磨性和耐温性有较高的提升。在一些实施例中，可以选择完全烧结的高分子量PTEE微粉对聚酰胺进行改性，以便更好的提升聚酰胺和聚酮合金复合材料的耐温性。

可选的，以质量份数计，聚四氟乙烯的质量份数可以为1～3，这样可以避免因大量添加聚四氟乙烯，提升聚酰胺和聚酮合金复合材料的制作成本，降低其性价比，也就实现了在有效提高聚酰胺和聚酮合金复合材料的耐磨性的同时，降低其制作成本的效果。

在一些实施例中，以质量份数计，马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯中，超高分子量聚乙烯的质量份数可以为96～98，马来酸酐的质量份数可以为1～3，苯乙烯的质量份数可以为0.5～2，引发剂的质量份数可以为0.2～0.6。示例性的，上述马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯包括质量份数为97.5的马来酸酐、质量份数为1.2的超高分子量聚乙烯、质量份数为1的苯乙烯和质量份数为0.3的引发剂。通过采用适当质量份数的超高分子量聚乙烯、马来酸酐、苯乙烯及引发剂，可以提高各组分的利用率，并提高接枝反应的接枝率。

值得一提的是，上述聚酰胺和聚酮合金复合材料还包括短切玻璃纤维和偶联剂。上述短切玻璃纤维可以为单丝直径为13μm～14μm无碱短切玻璃纤维，该无碱短切玻璃纤维能够保持有均匀的分散状态，与上述各组分均匀的混合，通过加入无碱短切玻璃纤维，可以使其与上述各组分相配合，增强聚酰胺和聚酮合金复合材料的刚性、硬度等机械强度，并提高聚酰胺和聚酮合金复合材料的表面注塑效果。其中，所加入的短切玻璃纤维的质量份数可以为20～25。

上述偶联剂包括γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，通过加入该偶联剂，可以提高上述短切玻璃纤维与聚酰胺或聚酮之间的相容性，使短切玻璃纤维与聚酰胺或聚酮之间具有较好结合力，有效提高聚酰胺和聚酮合金复合材料的结构的稳定性。可选的，所加入的偶联剂的质量份数可以为0.2～0.4。

需要说明的是，上述聚酰胺和聚酮合金复合材料还包括玻璃微珠。玻璃微珠为球形颗粒，具有较高的分散性和较好的流动性，且玻璃微珠与聚酰胺和聚酮之间具有较好的相容性，可以较为均匀的进入到聚酰胺和聚酮合金复合材料中的孔和/或缝中，降低其孔隙率和缝隙率，改善聚酰胺和聚酮合金复合材料的表面平整度，降低其摩擦系数。玻璃微珠是各向同性的，加入玻璃微珠可以提高聚酰胺和聚酮合金复合材料不同部位收缩率的一致性，进而能够提高聚酰胺和聚酮复合材料的尺寸稳定性。可选的，以质量份数计，玻璃微珠的质量份数可以为3～6，通过加入适当质量份数的玻璃微珠，可以使聚酰胺和聚酮合金复合材料的性能得到适当的改善。

在一些实施例中，玻璃微珠包括粒径范围为15～120μm的空心玻璃微珠。通过采用上述粒径范围的空心玻璃微珠，有利于使空心玻璃微珠均匀分散在聚酰胺和聚酮合金复合材料中，而且，还有利于确保空心玻璃微珠具有较为稳定的空心结构。

可以理解的是，上述聚酰胺和聚酮合金复合材料还包括质量份数为5～9的阻燃剂、质量份数为0.2～0.4的抗氧剂、质量份数为0.2～0.4的润滑剂及质量份数为0.2～0.4的热稳定剂。

在一些实施例中，上述阻燃剂可以为无卤阻燃剂，示例性的，可以选择基于无卤次磷酸酯的无卤阻燃剂。上述无卤阻燃剂在进行阻燃的过程中，发烟量小，可以避免产生有毒或腐蚀性气体，这样使得聚酰胺和聚酮合金复合材料能够更为环保，还能够提高聚酰胺和聚酮合金复合材料的实用安全性。

需要说明的是，上述抗氧剂可以有多种选择，示例性的，可以为包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯或三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的任意一种。还可以为包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的混合物，上述各组分相互配合，可以提高抗氧剂的耐氧化性能，能够更好的提高聚酰胺和聚酮合金复合材料的防老化效果。

在一些实施例中，通过加入润滑剂，可以改善聚酰胺和聚酮合金复合材料在加工过程中的流动性，降低聚酰胺和聚酮合金复合材料的摩擦系数，减小聚酰胺和聚酮合金复合材料在加工过程中与设备的摩擦。而且，还可以提高聚酰胺和聚酮合金复合材料的爽滑性能，提高由聚酰胺和聚酮合金复合材料制备的器件的表面光泽度。可选的，上述润滑剂可以包括硅酮母粒或聚硅氧烷粉，或硅酮母粒和聚硅氧烷粉的混合物，其中，选择硅酮母粒和聚硅氧烷粉的混合物作为润滑剂时，硅酮母粒和聚硅氧烷粉的质量比可以为(1:100)～(100:1)。

在另一些实施例中，在聚酰胺和聚酮合金复合材料中还含有热稳定剂，通过添加热稳定剂，可以避免聚酰胺和聚酮合金复合材料在加工的过程中发生分解现象。

本发明实施例还提供了一种聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法，请参阅图1～图3，包括：

S1：将聚酰胺、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯及聚四氟乙烯进行混合，得到第一混合物。

在一些实施例中，在得到第一混合物之前，上述制备方法还包括制备马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯的步骤，该步骤包括如下过程：将引发剂加入至苯乙烯内进行溶解，得到第二混合物；将马来酸酐和超高分子量聚乙烯进行混合，得到第三混合物；将第二混合物和第三混合物进行熔融共混，得到马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯。

需要说明的是，在将马来酸酐和超高分子量聚乙烯进行混合时，可以将两者加入至高速搅拌机中进行混合，以使两者能够充分的均匀混合。其中，超高分子量聚乙烯可以是超高分子量聚乙烯N-2，分子量可以为100万～200万。

在将第二混合物可第三混合物进行熔融共混时，可以使用双螺杆挤出机进行熔融共混，即将第二混合物和第三混合物加入至双螺杆挤出机内，两者在双螺杆挤出机的挤出机筒内移动的过程中，逐渐变为熔融态并均匀混合在一起，且在两者混合在一起的过程中，马来酸酐和超高分子量聚乙烯在引发剂和苯乙烯的作用下，发生接枝反应，马来酸酐接枝到超高分子量聚乙烯的高分子链上，形成马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯。其中，上述接枝反应的接枝率可以达到1.0％～1.2％。

值得一提的是，在制备马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯的过程中，所使用的超高分子量聚乙烯、马来酸酐、苯乙烯及引发剂的质量比可以为(96～98)：(1～3)：(0.5～2)：(0.2～0.6)。通过采用上述质量比，可以提高各组分的利用率，并提高接枝反应的接枝率，实现使用较少质量的超高分子量聚乙烯、马来酸酐、苯乙烯及引发剂，得到较多含量的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯。

在另一些实施例中，请参阅图2，上述S1包括S1’，即中，将聚酰胺、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯、抗氧剂、偶联剂、润滑剂、热稳定剂及阻燃剂进行混合，得到第一混合物。

通过在第一混合物中添加抗氧剂，可以抑制制备得到的聚酰胺和聚酮合金复合材料的氧化过程，提高其防老化效果，并延长其使用寿命。其中，抗氧剂可以包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯或三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的任意一种。还可以为包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的混合物。

通过在第一混合物中添加偶联剂，可以使后续制备聚酰胺和聚酮合金复合材料时所添加的短切玻璃纤维与聚酰胺或聚酮之间的相容性有所提高，并使短切玻璃纤维与聚酰胺或聚酮之间具有较好结合力，以提高制备得到的聚酰胺和聚酮合金复合材料的结构的稳定性。示例性的，偶联剂包括γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。

通过在第一混合物中加入润滑剂，可以在后续加工制备聚酰胺和聚酮合金复合材料的过程中，提高聚酰胺和聚酮合金复合材料的流动性，并减小其与加工设备之间的摩擦系数，提高其耐磨性能。并且，还可以提高制备得到的聚酰胺和聚酮合金复合材料的爽滑性能，使由聚酰胺和聚酮合金复合材料制备的器件具有较高的表面光泽度。可选的，润滑剂可以包括硅酮母粒或聚硅氧烷粉，或硅酮母粒和聚硅氧烷粉的混合物。

通过在第一混合物中加入热稳定剂，可以在后续加工制备聚酰胺和聚酮合金复合材料的过程中，对其形成一定的保护作用，避免其发生分解现象。

通过在第一混合物中加入阻燃剂，可以提高制备得到的聚酰胺和聚酮合金复合材料的难燃性，并在聚酰胺和聚酮合金复合材料燃烧的过程，抑制或阻止燃烧过程所发生的反应。可选的，阻燃剂可以为无卤阻燃剂，该无卤阻燃剂在进行阻燃的过程中，发烟量小，可以避免产生有毒或腐蚀性气体，这样可以使得聚酰胺和聚酮合金复合材料更为环保，还可以提高聚酰胺和聚酮合金复合材料的实用安全性。

S2：将第一混合物与聚酮进行熔融共混，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

在得到第一混合物后，便可以将第一混合物与聚酮进行熔融共混的处理，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。通过加入聚酮，可以使聚酮与聚酰胺、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯相互配合，提高制备得到的聚酰胺和聚酮合金复合材料的耐磨性，并降低其吸水率，提高其尺寸的稳定性。而且，由于聚酮在燃烧时，其结构中的氢原子与酮基能够发生反应生成水，且积碳层能够对氧和热进行隔离，这样可以有效提高制备得到的聚酰胺和聚酮合金复合材料的阻燃性，同时还可以有效减少第一混合物中阻燃剂的添加量，降低制备聚酰胺和聚酮合金复合材料所需的成本。

在一些实施例中，请参阅图2，上述S2还包括S2’，也就是将第一混合物与聚酮、短切玻璃纤维和玻璃微珠进行熔融共混，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

在制备得到聚酰胺和聚酮合金复合材料的过程中，通过加入短切玻璃纤维，可以使短切玻璃纤维与其他组分相互配合，增强制备得到的聚酰胺和聚酮合金复合材料的刚性、硬度等机械强度，并提高制备得到的聚酰胺和聚酮合金复合材料的表面注塑效果。可选的，所加入的短切玻璃纤维，可以为单丝直径为13μm～14μm无碱短切玻璃纤维，该无碱短切玻璃纤维能够保持有均匀的分散状态，便于与其他各组分进行均匀的混合。

在制备得到聚酰胺和聚酮合金复合材料的过程中，加入具有较高分散性和较好流动性玻璃微珠，可以填充到聚酰胺和聚酮合金复合材料中的孔和/或缝中，降低其孔隙率和缝隙率，进而可以改善制备得到的聚酰胺和聚酮合金复合材料的表面平整度，降低其摩擦系数。而且，由于玻璃微珠是各向同性的，这样可以提高制备得到的聚酰胺和聚酮合金复合材料的不同部位收缩率的一致性，进而提高聚酰胺和聚酮复合材料的尺寸稳定性。

在另一些实施例中，请参阅图3，将第一混合物与聚酮、短切玻璃纤维和玻璃微珠进行熔融共混，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料的步骤，包括：

S21：将第一混合物加入至双螺杆挤出机的喂料区。

S22：将聚酮加入至双螺杆挤出机的熔融区段。

S23：将短切玻璃纤维加入至双螺杆挤出机的混炼区段。

S24：将玻璃微珠加入至双螺杆挤出机的均化区段。

S25：将第一混合物、聚酮、短切玻璃纤维和玻璃微珠进行共混挤出，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

需要说明的是，双螺杆挤出机包括挤出机筒、与挤出机筒的一端连接的挤出模具、设于挤出机筒内的挤出螺杆，以及与挤出螺杆传动连接的驱动电机，其中，挤出机筒包括多段顺次连接的筒体，每段筒体为一个区侧，根据实际使用情况，筒体可包括8～11段。示例性的，挤出机筒包括10段筒体，挤出机筒中远离挤出模具的一端的筒体为第一区侧(喂料区)，朝向挤出模具依次将筒体排列为第二区侧、第三区侧、第四区侧、……，与挤出模具连接的筒体即为第十区侧，各区侧可根据实际使用情况分别设置入料口。其中，第一区侧和第二区侧所在区段可称为输送区段，第三区侧和第四区侧所在区段可称为熔融区段，第五区侧和第六区所在区段侧可称为混炼区段(剪切区段)，第七区侧所在区段可称为排气区段，第八区侧、第九区侧和第十区侧所在区段可称为均化区段。

在一些实施例中，可以以上述包括10段筒体的双螺杆挤出机为例，对制备聚酰胺和聚酮合金复合材料的步骤进行说明。即在制备聚酰胺和聚酮合金复合材料时，从喂料区将第一混合物加入至双螺杆挤出机的挤出机筒内，第一混合物在挤出螺杆的传动过程中向挤出机筒连接挤出模具的一端移动，并逐渐变为熔融态，第一混合物中的各组分均匀共混。

从熔融区段中的第四区侧入料口将聚酮加入至双螺杆挤出机的挤出机筒内，聚酮随第一混合物一起向挤出机筒连接挤出模具的一端移动，并在随第一混合物一起移动的过程中变为熔融态，与第一混合物均匀混合。通过将聚酮在第四区侧加入，可以减少聚酮在挤出机筒内的停留时间，有效避免聚酮在移动的过程中发生降解的情况。

从混炼区段的第六区侧入料口将短切玻璃纤维加入至双螺杆挤出机的挤出机筒内，短切玻璃纤维随第一混合物和聚酮一起向挤出机筒连接挤出模具的一端移动，并在一起移动的过程中与第一混合物和聚酮均匀混合在一起。

从均化区段的第八区侧入料口将玻璃微珠加入至双螺杆挤出机的挤出机筒内，玻璃微珠随第一混合物、聚酮和短切玻璃纤维一起向挤出机筒连接挤出模具的一端移动，并在一起移动的过程中与第一混合物、聚酮和短切玻璃纤维均匀混合在一起。通过将玻璃微珠在第八区侧加入，可以避免玻璃微珠在移动的过程中受到剪切破坏，确保玻璃微珠具有较为稳定完整的结构。

第一混合物、聚酮、短切玻璃纤维和玻璃微珠在从第八区侧移动到第十区侧的过程中，逐步均匀共混，之后便可以从挤出模具挤出，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

值得一提的是，在第一混合物、聚酮、短切玻璃纤维和玻璃微珠进行共混挤出时，双螺杆挤出机的螺杆转速为200rpm～400rpm，温度为180℃～220℃，以便确保第一混合物、聚酮、短切玻璃纤维和玻璃微珠能够均匀的熔融共混，避免出料不均，同时，避免聚酮在熔融共混的过程中发生降解现象，降低聚酰胺和聚酮合金复合材料的使用性能。

在一些实施例中，在上述聚酰胺和聚酮合金复合材料中，聚酰胺、聚酮、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯、抗氧剂、偶联剂、润滑剂、热稳定剂、阻燃剂、短切玻璃纤维和玻璃微珠的质量比为：(30～55)：(10～20)：(4～8)：(1～3)：(0.2～0.4)：(0.2～0.4)：(0.2～0.4)：(0.2～0.4)：(5～9)：(20～25)：(3～6)。通过设置上述较为合理的质量比，可以使聚酮、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯、抗氧剂、偶联剂、润滑剂、热稳定剂、阻燃剂、短切玻璃纤维和玻璃微珠对聚酰胺的改性效果得到更好的优化，进而使聚酰胺和聚酮合金复合材料具有良好的综合性能，避免某种组分超出范围，使得制备得到的聚酰胺和聚酮合金复合材料的综合性能有所降低。

以下，本发明实施例分别通过多个实施例对本发明实施例提供的聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法所实现的技术效果进行说明。这些实施例仅是为了具体说明本发明而提出的示例，本领域技术人员可以知道的是本发明的范围不受这些实施例的限制。

示例性的，下面各实施例中制备聚酰胺和聚酮合金复合材料所使用的双螺杆挤出机可为包括10段筒体的双螺杆挤出机。

实施例1

一种聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法，如下所示：

将0.3质量份的引发剂溶解到1质量份的苯乙烯中，得到第二混合物，将97.5质量份的超高分子量聚乙烯和1.2质量份的马来酸酐进行混合，得到第三混合物，利用高速搅拌机将第二混合物和第三混合物进行均匀混合，之后加入至双螺杆挤出机进行共混挤出造粒，得到马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯。

将37质量份的聚酰胺、6质量份的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯、2质量份的聚四氟乙烯微粉、9质量份的阻燃剂、0.3质量份的偶联剂、0.3质量份的抗氧剂、0.2质量份的润滑剂、0.2质量份的稳定剂以及20质量份的聚酮进行混合，得到第一混合物。

将第一混合物通过喂料区加入至双螺杆挤出机，将25质量份的短切玻璃纤维通过第六区侧的入料口加入至双螺杆挤出机，将第一混合物和短切玻璃纤维进行熔融共混，挤出造粒，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

实施例2

一种聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法，如下所示：

将40质量份的聚酰胺、2质量份的聚四氟乙烯微粉、9质量份的阻燃剂、0.3质量份的偶联剂、0.3质量份的抗氧剂、0.2质量份的润滑剂、0.2质量份的稳定剂以及23质量份的聚酮进行混合，得到第一混合物。

将第一混合物通过喂料区加入至双螺杆挤出机，将25质量份的短切玻璃纤维通过第六区侧的入料口加入至双螺杆挤出机，将第一混合物和短切玻璃纤维进行熔融共混，挤出造粒，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

实施例3

一种聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法，如下所示：

将0.3质量份的引发剂溶解到1质量份的苯乙烯中，得到第二混合物，将97.5质量份的超高分子量聚乙烯和1.2质量份的马来酸酐进行混合，得到第三混合物，利用高速搅拌机将第二混合物和第三混合物进行均匀混合，之后加入至双螺杆挤出机进行共混挤出造粒，得到马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯。

将34质量份的聚酰胺、6质量份的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯、2质量份的聚四氟乙烯微粉、9质量份的阻燃剂、0.3质量份的偶联剂、0.3质量份的抗氧剂、0.2质量份的润滑剂、0.2质量份的稳定剂以及20质量份的聚酮进行混合，得到第一混合物。

将第一混合物通过喂料区加入至双螺杆挤出机，将25质量份的短切玻璃纤维通过第六区侧的入料口加入至双螺杆挤出机，将3质量份的玻璃微珠通过第八区侧的入料口加入至双螺杆挤出机，将第一混合物、短切玻璃纤维和玻璃微珠进行熔融共混，挤出造粒，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

实施例4

一种聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法，如下所示：

将0.3质量份的引发剂溶解到1质量份的苯乙烯中，得到第二混合物，将97.5质量份的超高分子量聚乙烯和1.2质量份的马来酸酐进行混合，得到第三混合物，利用高速搅拌机将第二混合物和第三混合物进行均匀混合，之后加入至双螺杆挤出机进行共混挤出造粒，得到马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯。

将34质量份的聚酰胺、6质量份的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯、2质量份的聚四氟乙烯微粉、9质量份的阻燃剂、0.3质量份的偶联剂、0.3质量份的抗氧剂、0.2质量份的润滑剂、0.2质量份的稳定剂、20质量份的聚酮以及3质量份的玻璃微珠进行混合，得到第一混合物。

将第一混合物通过喂料区加入至双螺杆挤出机，将25质量份的短切玻璃纤维通过第六区侧的入料口加入至双螺杆挤出机，将第一混合物和短切玻璃纤维进行熔融共混，挤出造粒，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

实施例5

一种聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法，如下所示：

将0.3质量份的引发剂溶解到1质量份的苯乙烯中，得到第二混合物，将97.5质量份的超高分子量聚乙烯和1.2质量份的马来酸酐进行混合，得到第三混合物，利用高速搅拌机将第二混合物和第三混合物进行均匀混合，之后加入至双螺杆挤出机进行共混挤出造粒，得到马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯。

将34质量份的聚酰胺、6质量份的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯、2质量份的聚四氟乙烯微粉、9质量份的阻燃剂、0.3质量份的偶联剂、0.3质量份的抗氧剂、0.2质量份的润滑剂以及0.2质量份的稳定剂进行混合，得到第一混合物。

将第一混合物通过喂料区加入至双螺杆挤出机，将20质量份的聚酮通过第四区侧的入料口加入至双螺杆挤出机，将25质量份的短切玻璃纤维通过第六区侧的入料口加入至双螺杆挤出机，将3质量份的玻璃微珠通过第八区侧的入料口加入至双螺杆挤出机，将第一混合物、聚酮、短切玻璃纤维和玻璃微珠进行熔融共混，挤出造粒，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

对根据上述实施例1～5提供的聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法制备得到的各聚酰胺和聚酮合金复合材料，分别进行机械性能(包括拉伸性能、弯曲性能及冲击性能)测试、磨耗性能测试(包括动摩擦系数测试、线性磨耗测试及Taber磨耗测试)以及连续注塑稳定性测试。其中，磨耗性能测试和连续注塑稳定性测试所使用的样品的制备方法为：将各实施例中的聚酰胺和聚酮合金复合材料在110℃的温度下干燥2～3h，然后分别将各实施例中的聚酰胺和聚酮合金复合材料加入到卧式注塑机内，使用对应结构模具注塑加工成型，注塑的温度为200～230℃，注射速度为30～70mm/s，注射压力为40～120MPa，模具的温度为90℃。

上述实施例1～5所提供的聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法，制备聚酰胺和聚酮合金复合材料的过程中，聚酮和玻璃微珠是否区侧喂料、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯质量份数，以及对各实施例得到的聚酰胺和聚酮合金复合材料进行测试的试验结果，如表1所示：

表1

根据实施例1和实施例2提供的聚酰胺和聚酮的合金复合材料的制备方法可知，两者的区别在于：实施例1在第一混合物中加入有6质量份的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯。

从表1中可以看出，实施例1中的聚酰胺和聚酮的合金复合材料的拉伸强度、弯曲强度即弯曲模量，对应低于实施例2中的聚酰胺和聚酮的合金复合材料的拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量，但是实施例1中聚酰胺和聚酮的合金复合材料相比实施例2中聚酰胺和聚酮的合金复合材料，冲击强度提升了75％，动摩擦系数降低了16.6％，且线性磨耗和Taber磨耗也有所降低。也就是说，虽然马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯的拉伸性能和弯曲性能低于聚酰胺及聚酮的拉伸性能和弯曲性能，使得实施例1中聚酰胺和聚酮的合金复合材料的拉伸性能和弯曲性能有所下降，但是，通过添加具有较高冲击性能和耐磨性的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯，明显可以提高聚酰胺和聚酮的合金复合材料的冲击性能、自润滑性能及耐磨性。

根据实施例1和实施例3提供的聚酰胺和聚酮的合金复合材料的制备方法可知，两者的区别在于：实施例3在双螺杆挤出机的第八区侧的入料口加入有3质量份的玻璃微珠。

从表1中可以看出，实施例3中的聚酰胺和聚酮的合金复合材料相比于实施例1中的聚酰胺和聚酮的合金复合材料，拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量均有所提升，这也就意味着，通过添加玻璃微珠，可以提升聚酰胺和聚酮的合金复合材料的机械性能。从表1中还可以看出，实施例3中的聚酰胺和聚酮的合金复合材料相比于实施例1中的聚酰胺和聚酮的合金复合材料，动摩擦系数、线性磨耗以及Taber磨耗也有所下降，也就是说，通过添加玻璃微珠，可以有效提高聚酰胺和聚酮的合金复合材料的自润滑性能和耐磨性。

根据实施例3和实施例4提供的聚酰胺和聚酮的合金复合材料的制备方法可知，两者的区别在于：实施例3将玻璃微珠从双螺杆挤出机的第八区侧的入料口加入至挤出机筒，实施例4将玻璃微珠从双螺杆挤出机的喂料区加入至挤出机筒。

从表1中可以看出，实施例3中聚酰胺和聚酮的合金复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量以及冲击强度，均对应高于实施例4中聚酰胺和聚酮的合金复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量以及冲击强度，而且，实施例3中聚酰胺和聚酮的合金复合材料的动摩擦系数、线性磨耗以及Taber磨耗，均对应低于实施例4中聚酰胺和聚酮的合金复合材料的动摩擦系数、线性磨耗以及Taber磨耗，这也就意味着，通过在双螺杆挤出机的第八区侧的入料口添加玻璃微珠，可以有效避免玻璃微珠受到剪切作用导致其球形结构被破坏，从而确保其仍具有较为完整的结构，提高聚酰胺和聚酮的合金复合材料的机械性能、自润滑性能及耐磨性。

根据实施例5和实施例3提供的聚酰胺和聚酮的合金复合材料的制备方法可知，两者的区别在于：实施例5将聚酮从双螺杆挤出机的第四区侧的入料口加入至挤出机筒，实施例3将聚酮从双螺杆挤出机的喂料区加入至挤出机筒。

从表1中可以看出，实施例5中聚酰胺和聚酮的合金复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量以及冲击强度，均对应高于实施例3中聚酰胺和聚酮的合金复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量以及冲击强度，并且，实施例5中聚酰胺和聚酮的合金复合材料的动摩擦系数、线性磨耗以及Taber磨耗，均对应低于实施例3中聚酰胺和聚酮的合金复合材料的动摩擦系数、线性磨耗以及Taber磨耗，而且，实施例5中的聚酰胺和聚酮的合金复合材料，在连续注塑稳定性的测试过程中，未出现黄变现象。也就是说，通过在双螺杆挤出机的第四区侧的入料口添加聚酮，可以有效减少聚酮在挤出机筒中的停留时间，避免了聚酮发生降解的情况，确保了聚酮在加工过程中保持有较为稳定的结构，从而可以提高聚酰胺和聚酮的合金复合材料的机械性能、自润滑性能及耐磨性，同时还可以提高聚酰胺和聚酮的合金复合材料的热稳定性，进而还可以扩大聚酰胺和聚酮的合金复合材料的应用领域。

需要说明的是，从表1中可以看出，实施例1～5中得到的各聚酰胺和聚酮的合金复合材料的阻燃性能UL94(用于评价材料在被点燃后熄灭的能力)均处于V0等级，即对各聚酰胺和聚酮的合金复合材料分别进行两次10秒的燃烧测试，火焰均能在30秒内熄灭，且无燃烧物滴落。这也就意味，各实施例中，通过添加聚酮，并减少阻燃剂的添加量，仍能保持有较高的阻燃性能，进而可以降低制备聚酰胺和聚酮的合金复合材料的成本。

由上可知，本发明实施例提供的聚酰胺和聚酮的合金复合材料的制备方法，通过制备马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯，将聚酰胺、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯等组分混合得到第一混合物，并将第一混合物通过双螺杆挤出机的喂料区加入至挤出机筒，以利用马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯来提高最终得到的聚酰胺和聚酮合金复合材料的冲击性能和耐磨性，将聚酮通过双螺杆挤出机的第四区侧加入至挤出机筒，以减少聚酮在挤出机筒中的停留时间，避免发生降解现象，将短切玻璃纤维通过双螺杆挤出机的第六区侧加入至挤出机筒，将玻璃微珠通过双螺杆挤出机的第八区侧加入至挤出机筒，以避免玻璃微珠受到剪切作用破坏其结构，之后将第一混合物、聚酮、短切玻璃纤维和玻璃微珠进行共混挤出，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料，这样可以提高聚酰胺和聚酮的合金复合材料的机械性能、自润滑性能及耐磨性，同时还可以提高聚酰胺和聚酮的合金复合材料的热稳定性，并能够在保持有较高阻燃性能的同时，降低制备成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种聚酰胺和聚酮合金复合材料，其特征在于，包括聚酰胺、聚酮、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯以及聚四氟乙烯；

所述马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯包括马来酸酐、超高分子量聚乙烯、苯乙烯和引发剂；

所述超高分子量聚乙烯、所述马来酸酐、所述苯乙烯及所述引发剂的质量比为（96~98）：（1~3）：（0.5~2）：（0.2~0.6）；

所述聚酰胺、所述聚酮、所述马来酸酐接枝超高分子聚乙烯和所述聚四氟乙烯的质量比为：（30~55）：（10~20）：（4~8）：（1~3）。

2.根据权利要求1所述的聚酰胺和聚酮合金复合材料，其特征在于，所述聚酰胺和聚酮合金复合材料还包括短切玻璃纤维和偶联剂。

3.根据权利要求1所述的聚酰胺和聚酮合金复合材料，其特征在于，所述聚酰胺和聚酮合金复合材料还包括玻璃微珠。

4.根据权利要求1所述的聚酰胺和聚酮合金复合材料，其特征在于，所述聚酰胺和聚酮合金复合材料还包括阻燃剂、抗氧剂、润滑剂及热稳定剂。

5.一种聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺和聚酮合金复合材料如权利要求1~4任一项所述的聚酰胺和聚酮合金复合材料，所述制备方法包括：

将聚酰胺、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯及聚四氟乙烯进行混合，得到第一混合物；

将所述第一混合物与聚酮进行熔融共混，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

6.根据权利要求5所述的聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法，其特征在于，在得到所述第一混合物之前，所述制备方法还包括：

将引发剂加入至苯乙烯内进行溶解，得到第二混合物；

将马来酸酐和超高分子量聚乙烯进行混合，得到第三混合物；

将所述第二混合物和所述第三混合物进行熔融共混，得到马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯。

7.根据权利要求5所述的聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法，其特征在于，在得到第一混合物的步骤中，将聚酰胺、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯、抗氧剂、偶联剂、润滑剂、热稳定剂及阻燃剂进行混合。

8.根据权利要求7所述的聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法，其特征在于，将所述第一混合物与聚酮进行熔融共混，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料的步骤，包括：

将所述第一混合物与所述聚酮、短切玻璃纤维和玻璃微珠进行熔融共混，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

9.根据权利要求8所述的聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法，其特征在于，将所述第一混合物与所述聚酮、短切玻璃纤维和玻璃微珠进行熔融共混，得到所述聚酰胺和聚酮合金复合材料的步骤，包括：

将所述第一混合物加入至双螺杆挤出机的喂料区；

将所述聚酮加入至所述双螺杆挤出机的熔融区段；

将所述短切玻璃纤维加入至所述双螺杆挤出机的混炼区段；

将所述玻璃微珠加入至所述双螺杆挤出机的均化区段；

将所述第一混合物、所述聚酮、所述短切玻璃纤维和所述玻璃微珠进行共混挤出，得到聚酰胺和聚酮合金复合材料。

10.根据权利要求9所述的聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法，其特征在于，在进行共混挤出时，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为200rpm~400rpm，温度为180℃~220℃。

11.根据权利要求8所述的聚酰胺和聚酮合金复合材料的制备方法，其特征在于，在所述聚酰胺和聚酮合金复合材料中，所述抗氧剂、所述偶联剂、所述润滑剂、所述热稳定剂、所述阻燃剂、所述短切玻璃纤维和所述玻璃微珠的质量比为：（0.2~0.4）：（0.2~0.4）：（0.2~0.4）：（0.2~0.4）：（5~9）：（20~25）：（3~6）。

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