CN110951242A - 一种耐磨尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨尼龙复合材料及其制备方法，该材料由以下组分按重量份制成：尼龙79‑89份、耐磨材料10‑20份、抗氧剂0.1‑0.3份、润滑剂0.1‑0.5份；所述耐磨材料是由纳米碳化硅、聚四氟乙烯、偶联剂和云母粉混合而成。本发明利用纳米碳化硅的高硬度及聚四氟乙烯的自润滑性、耐高温性等，提高了复合材料的耐磨耗性，最终得到综合性能优良的耐磨尼龙产品，延长材料使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种耐磨尼龙复合材料及其制备方法。
技术背景
随着轻量化、降本的推进，金属已经被各种复合材料替代，相较于金属元件，复合材料的耐磨性较差，致使其使用寿命较低。目前汽车发动机、汽缸活塞件、纺织机械、矿山机械等领域转向器件均被尼龙、聚醚醚桐等复合材料替代。
尼龙具有良好的综合性能，其密度低，容易成型，设计自由度大；隔热绝缘，而且在模具和组装成本上也有明显的优势。另外尼龙不仅拉伸强度高、冲击性能优，而且其热变形温度高、耐热、摩擦系数低，耐磨损、自润滑、耐油、耐化学性能优。所以为了提升尼龙材料性能和档次，满足最终部件和客户需求，目前常用玻纤或其他材料填充增强改性。目前用于尼龙耐磨改性的常用材料主要有石墨、二硫化钼等，但它们添加量一般比较大，会给尼龙材料带来一些缺陷：一会导致复合材料的粘度及密度较大；二是会影响耐磨改性剂与尼龙基体的粘结性；三是对复合材料的机械性能也有显著影响，不利于其应用。
碳化硅，莫氏硬度9.2-9.5，仅次于金刚石。由于它的超高硬度，可制作砂轮、砂布、砂纸以及各类磨料，应用于机械加工行业。随着人们的深入研究，它的优良性能如高温稳定性、高传热性、耐酸碱腐蚀性、低膨胀系数等一一被世人挖掘及应用。随着各界对碳化硅材料的进一步推广，在复合材料领域也有所深入，在汽车、纺织机械、矿山机械等领域转向件方面的研究已经展开。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种适用于工业化批量生产的耐磨尼龙复合材料及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明是通过下列技术方案来实现的：
一种耐磨尼龙复合材料，该材料由以下组分按重量份制成：尼龙79-89份、耐磨材料10-20份、抗氧剂0.1-0.3份、润滑剂0.1-0.5份；所述耐磨材料是由纳米碳化硅、聚四氟乙烯、偶联剂和云母粉混合而成。
进一步方案，所述纳米碳化硅与聚四氟乙烯的质量比为2：1～4：1，所述云母粉的加入量是纳米碳化硅与聚四氟乙烯总重量的5-10倍，偶联剂用量是耐磨材料总重量份数的1/5。
优选的，所述耐磨材料的制备过程如下：
(1)将云母粉放入到500-600℃的加热炉内进行加热煅烧处理5-10min后，再升温至800-900℃处理15-30min；
(2)加入偶联剂搅拌均匀后，再加入纳米碳化硅和聚四氟乙烯，继续搅拌得耐磨材料。
所述尼龙为尼龙6、尼龙66或尼龙1010。
所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂168中的至少一种。
所述润滑剂为A-C540A、EBS、丽科蜡E、PETS中的至少一种。
本发明的另一个发明目的是提供上述一种耐磨尼龙复合材料的制备方法，按重量份，将尼龙、耐磨材料、抗氧剂与润滑剂一起加入高混机中混合均匀；将混合物加入挤出机，最后经挤出机熔融挤出后造粒，即得复合材料；所述挤出机从下料口到模口的温度分别为220℃、280℃、290℃、310℃、300℃、305℃，挤出机的转速为180-400rpm、真空度为-0.07～-0.03MPa。
本发明通过将云母粉进行煅烧处理，提升其比表面积和吸附特性，随后加入偶联剂进行搅拌混合处理，进一步提高了其表面活性；最后加入纳米碳化硅与聚四氟乙烯，使制备的耐磨材料能大幅度地降低复合材料的摩擦系数。
本发明利用利用聚四氟乙烯的低摩擦系数特性，有效降低复合材料的摩擦系数；纳米碳化硅的高硬度、高耐磨性，在材料受磨损过程中，随着摩擦生热、复合材料软化等，纳米碳化硅停留在材料表面形成转移膜。
另外，耐磨材料中的云母的片层结构同时起到协效作用，可有效阻碍磨头与复合材料表面的直接接触，削减摩擦过程中的切割作用，降低材料磨耗。
具体实施方式：
下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的普通技术人员根据该实施例对本发明所做出的一些非本质的改进或调整仍属于本发明的保护范围。
本发明的耐磨尼龙尼龙复合材料涉及材料型号如下：
其中所用尼龙为PA-M1013B、PA-Alphalon 27、PA66-EPR24；
所用抗氧剂为1098、抗氧剂1010和抗氧剂168；
所用润滑剂为A-C540A、EBS、丽科蜡E、PETS。
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
(1)将云母粉25份放入到500℃的加热炉内进行加热煅烧处理10min后，再升温至800℃处理30min；加入偶联剂KH550 6份搅拌后，再加入纳米碳化硅4份和聚四氟乙烯1份，继续搅拌得耐磨材料。
(2)按重量配比分别称79份干燥的PA-M1013B、20份耐磨材料、0.1份抗氧剂1098、0.1份抗氧剂168、0.2份润滑剂EBS，混合后加入挤出机中，经挤出机挤出，水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为220℃、280℃、290℃、310℃、300℃、305℃，主机转速为180rpm，真空度为-0.03MPa。
实施例2
(1)将云母粉15份放入到600℃的加热炉内进行加热煅烧处理5min后，再升温至900℃处理15min；加入偶联剂KH550 3.6份搅拌后，再加入纳米碳化硅2份和聚四氟乙烯1份，继续搅拌得耐磨材料。
(2)按重量配比分别称取89份干燥的PA-M1013B、10份耐磨材料、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.5份润滑剂丽科蜡E，混合后加入挤出机中，经挤出机挤出，水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为220℃、280℃、290℃、310℃、300℃、305℃，主机转速为200rpm，真空度为-0.05MPa。
实施例3
(1)将云母粉40份放入到500-600℃的加热炉内进行加热煅烧处理5-10min后，再升温至800-900℃处理15-30min；加入偶联剂KH550 8.8份搅拌后，再加入纳米碳化硅3份和聚四氟乙烯1份，继续搅拌得耐磨材料。
(2)按重量配比分别称取84份干燥的PA-Alphalon 27、15耐磨材料、0.1份抗氧剂1098、0.2份抗氧剂168、0.3份润滑剂A-C540A，混合后加入挤出机中，经挤出机挤出，水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为220℃、280℃、290℃、310℃、300℃、305℃，主机转速为350rpm，真空度为-0.05MPa。
实施例4
(1)将云母粉24份放入到550℃的加热炉内进行加热煅烧处理8min后，再升温至850℃处理20min；加入偶联剂KH550 5.4份搅拌后，再加入纳米碳化硅2份和聚四氟乙烯1份，继续搅拌得耐磨材料。
(2)按重量配比分别称取79份干燥的PA66-EPR24、20份耐磨材料、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.3份润滑剂A-C540A，混合后加入挤出机中，经挤出机挤出，水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为220℃、280℃、290℃、310℃、300℃、305℃，主机转速为400rpm，真空度为-0.06MPa。
对比例
按重量配比分别称取99份干燥的PA66-EPR24、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.3份润滑剂A-C540A，混合后加入挤出机中，经挤出机挤出，水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为220℃、280℃、290℃、310℃、300℃、305℃，主机转速为400rpm，真空度为-0.06MPa。
上述实施例1-4和对比例制备的复合材料的测试数据如下表所示1：
表1：
上表1中体积磨损率的计算公式为：
式中：K—体积磨损率；△m—磨损前后样品质量差；ρ—样品密度；N—载荷；L—滑动摩擦距离。
从上表1数据可以看出，使用不同的基料，加入本发明中复配的耐磨材料后，产品的体积磨损率明显降低，即复合材料的耐磨性提高。因此，本发明可根据客户需求，满足其不同性能的需要。可以满足客户不同导热需求，应用到更多导热材料中。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种耐磨尼龙复合材料，其特征在于：该材料由以下组分按重量份制成：尼龙79-89份、耐磨材料10-20份、抗氧剂 0.1-0.3份、润滑剂0.1-0.5份；所述耐磨材料是由纳米碳化硅、聚四氟乙烯、偶联剂和云母粉混合而成。
2.根据权利要求1所述的耐磨尼龙复合材料，其特征在于：所述纳米碳化硅与聚四氟乙烯的质量比为2：1~4：1，所述云母粉的加入量是纳米碳化硅与聚四氟乙烯总重量的5-10倍，偶联剂用量是耐磨材料总重量的1/5。
3.根据权利要求1或2所述的耐磨尼龙复合材料，其特征在于：所述耐磨材料的制备过程如下：
（1）将云母粉放入到500-600℃的加热炉内进行加热煅烧处理5-10min后，再升温至800-900℃处理15-30min；
（2）加入偶联剂搅拌均匀后，再加入纳米碳化硅和聚四氟乙烯，继续搅拌得耐磨材料。
4.根据权利要求1所述的耐磨尼龙复合材料，其特征在于：所述尼龙为尼龙6、尼龙66或尼龙1010。
5.根据权利要求1所述的耐磨尼龙复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂168中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的耐磨尼龙复合材料，其特征在于：所述润滑剂为A-C540A、EBS、丽科蜡E、PETS中的至少一种。
7.一种制备如权利要求1-6任一项所述的耐磨尼龙复合材料的方法，其特征在于：按重量份，将尼龙、耐磨材料、抗氧剂与润滑剂一起加入高混机中混合均匀；将混合物加入挤出机，最后经挤出机熔融挤出后造粒，即得复合材料；所述挤出机从下料口到模口的温度分别为220℃、280℃、290℃、310℃、300℃、305℃，挤出机的转速为180-400rpm、真空度为-0.07～-0.03MPa。
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