CN111040439B - 一种耐磨性能优异的聚酰胺材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨性能优异的聚酰胺材料及其制备方法和应用，由以下重量份的材料组成：聚酰胺40‑70份；玻璃纤维20‑40份；聚乙烯醇5‑10份；十八烷基异氰酸酯3‑12份；抗氧剂0.1‑2份。上述组分经过双螺杆挤出造粒即得耐磨性能优异的聚酰胺材料。由于双亲结构聚乙烯醇的特殊结构，使得聚酰胺材料表面具有优异的耐磨性能。本发明的耐磨聚酰胺材料，摩擦系数低、力学强度高、耐热性好、韧性及抗冲击性能优异。特别适合用于制备齿轮等高强度耐磨制件产品。
Description
技术领域
本发明涉及聚酰胺材料领域，具体涉及一种耐磨性能优异的聚酰胺材料及其制备方法和在制备齿轮中的应用。
背景技术
聚酰胺作为工程塑料，具有较高的机械性能、冲击性能，较高的耐热性，良好的耐化学性能和易成型等特点，广泛用于汽车、电子电器等领域。尼龙的耐摩擦磨耗性能较差，无法应用于一些对耐磨性能要求较高的领域。例如作为齿轮材料，聚酰胺具有优异的机械性能，但是聚酰胺对金属的摩擦不足，容易产生制件破裂、凹陷等问题。为了提高聚酰胺材料的耐磨性能，一般解决的方法是加入二硫化钼(MoS2)、聚四氟乙烯等耐磨剂加以改善。公开号CN110079077A(申请号为201811467940.6)的中国专利申请公开了一种耐磨性能优异的尼龙6组合物及其制备方法，该组合物以硅灰石与氧化铝按重量比为1：4的复配物作为耐磨剂提升组合物的耐磨性能。公开号CN 103897387A(申请号为201410091644.6)的中国专利申请，公开了高强耐磨聚酰胺复合材料及其制备方法，通过添加二硫化钼和聚四氟乙烯降低复合材料的摩擦系数。通过添加耐磨填料可以降低材料摩擦系数，但是填料的加入导致材料韧性降低，另外二硫化钼的引入无法制备本色或者浅色制件。
申请公布号为CN 107698912 A(申请号为201711134437.4)的中国发明专利申请公开了一种环保耐磨包装材料及其制备方法，由如下重量份数的原料制成：纤维素5-15份、植物淀粉6-10份、增溶剂4-8份、增塑剂3-9份、碳酸钙5-15份、聚碳酸酯4-10份、聚乙烯醇15-25份、聚酰胺树脂2-6份、发泡剂4-10份和氧化硅5-15份。该技术方案中添加聚乙烯醇、聚酰胺等组分可以有效将纤维素、植物淀粉充分分散包覆，提高包装材料的强度。但是纤维素、植物淀粉组分耐磨性能差，通过添加碳酸钙和氧化硅刚性粒子，增加了包装材料基体的耐磨性能，但是无机粒子的引入会导致包装材料容易脆断，容易引发运输过程包装材料断裂等风险。
发明内容
本发明的目的在于解决上述聚酰胺材料的耐磨性和韧性的矛盾，提供了一种耐磨性能优异的聚酰胺材料及其制备方法和在制备齿轮中的应用，提高材料耐磨性能并保持材料的机械性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种耐磨性能优异的聚酰胺材料，由以下重量份的材料组成：
本发明的创新点在于通过化学反应在聚乙烯醇结构上接枝长碳链烷基，使得聚乙烯醇具有亲水性的羟基和疏水性的烷基，聚乙烯醇中羟基和聚酰胺材料酰胺基团具有较好的相容性，而烯烃部分相容性差，从而造成改性后的聚乙烯醇迁移在聚酰胺表面，烯烃结构部分起到很好的润滑作用，而亲水部分保证了与聚酰胺基体的相容性。由于双亲结构聚乙烯醇的特殊结构，使得聚酰胺材料表面具有优异的耐磨性能。
进一步优选，所述的耐磨性能优异的聚酰胺材料，由以下重量份的材料组成：
所述的聚酰胺为聚酰胺6(PA6)，聚酰胺66(PA66)的一种或两种。
所述的玻璃纤维为连续玻璃纤维、短切纤维中的一种或者两种。
所述的聚乙烯醇的分子量为20000-100000，进一步优选为65000～90000。
所述的抗氧剂为抗氧剂1098。
进一步优选，所述的耐磨性能优异的聚酰胺材料，由以下重量份的材料组成：
最优选的，所述的耐磨性能优异的聚酰胺材料，由以下重量份的材料组成：
在该组分配比下，摩擦系数低至0.32，同时具备了优异的力学性能。
所述的耐磨性能优异的聚酰胺材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚乙烯醇和十八烷基异氰酸酯搅拌混合处理，随后与聚酰胺、玻璃纤维、抗氧剂混合后经过双螺杆挤出机输送和剪切作用下，材料充分熔融反应后，拉条、冷却、切粒得到耐磨性能优异的聚酰胺材料。
所述的混合处理的时间为1.5h～3h，进一步优选，所述的混合处理的时间为2h。
所述的双螺杆挤出机中反应的温度为235℃-285℃，螺杆转数为400rpm/min～600rpm/min。
本发明耐磨性能优异的聚酰胺材料，在具有优异耐磨性能的同时，还具有优异的力学性能。本发明的耐磨聚酰胺材料，摩擦系数低、力学强度高、耐热性好、韧性及抗冲击性能优异，特别适合用于制备齿轮等高强度耐磨制件产品，作为齿轮材料用于制备齿轮。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明通过挤出化学反应，将聚乙烯醇部分羟基烷基化改性，赋予聚乙烯醇具有亲水和疏水结构，亲水基团赋予材料与聚酰胺较好的相容性，疏水结构赋予材料具有优异的润滑作用，同时在挤出反应过程中，异氰酸酯和聚酰胺端羟基发生反应，进一步提升改性聚乙烯醇和聚酰胺材料之间的相容性，使得聚酰胺材料具有优异的机械性能，特别适合用于制备齿轮等高强度耐磨制件产品。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步说明：
PA66(EPR27，神马)，PA6(M2400，新会美达)，短切纤维(560A，巨石)，聚乙烯醇(1788，上海石化，分子量72600～81400)，十八烷基异氰酸酯(阿拉丁试剂)，1098(巴斯夫)。
将聚乙烯醇和十八烷基异氰酸酯搅拌混合处理2h，随后与聚酰胺、玻璃纤维、抗氧剂混合后经过双螺杆挤出机输送和剪切作用下，材料充分熔融反应后，拉条、冷却、切粒得到耐磨性能优异的聚酰胺材料，所述的双螺杆挤出机中反应的温度为245℃-270℃，螺杆转数为500rpm/min。
实施例1～3以及对比例1～4
实施例1-3以及对比例1-4材料配比具体见表1。
表1
所得粒料按照ISO测试标准注塑成相应样条，然后在2322℃、5025％相对湿度的环境下放置24h后进行测试。摩擦系数测试标准为GB-3960-83、样条尺寸为：30mm*6mm*7mm，试验中试样保持静止，试验环以200r/min转动，试验时间2h，负荷196N，试验环境温度：2325℃。测试得到的结果如表2所示。
表2
实施例1-3所得聚酰胺材料具有优异的耐磨性能和韧性。
从实施例1-3和对比例1相比，实施例1-3的摩擦系数要远远低于对比例1，对比例1没有添加耐磨助剂，摩擦系数高，并且实施例1-3的缺口冲击高于对比例1。实施例1-3和对比例2和3相比，对比例2单独添加聚乙烯醇，对比例3添加聚乙烯醇和十八烷基异氰酸酯，由于单独聚乙烯醇没有润滑作用，而十八烷基异氰酸酯添加量少时润滑作用不明显，所以所得材料摩擦性能没有得到改善。实施例1-3和对比例4相比，对比例添加聚四氟乙烯可以改善材料摩擦系数，但是聚四氟乙烯的引入导致材料韧性降低。
上述仅为本发明的具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (8)
1.一种耐磨性能优异的聚酰胺材料，其特征在于，由以下重量份的材料组成：
聚酰胺 50-70份；
玻璃纤维 20-30份；
聚乙烯醇 5-10份；
十八烷基异氰酸酯 5-12份；
抗氧剂 0.1-0.8份；
所述的耐磨性能优异的聚酰胺材料的制备包括：
将聚乙烯醇和十八烷基异氰酸酯搅拌混合处理，随后与聚酰胺、玻璃纤维、抗氧剂混合后经过双螺杆挤出机输送和剪切作用下，材料充分熔融反应后，拉条、冷却、切粒得到耐磨性能优异的聚酰胺材料。
2.根据权利要求1所述的耐磨性能优异的聚酰胺材料，其特征在于，所述的聚酰胺为聚酰胺6、聚酰胺66的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的耐磨性能优异的聚酰胺材料，其特征在于，所述的聚乙烯醇的分子量为20000-100000。
4.根据权利要求1所述的耐磨性能优异的聚酰胺材料，其特征在于，由以下重量份的材料组成：
聚酰胺6 38-50份；
聚酰胺66 13-18份；
玻璃纤维 20-30份；
聚乙烯醇 5-10份；
十八烷基异氰酸酯 5-12份；
抗氧剂 0.1-0.8份。
5.根据权利要求1所述的耐磨性能优异的聚酰胺材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚乙烯醇和十八烷基异氰酸酯搅拌混合处理，随后与聚酰胺、玻璃纤维、抗氧剂混合后经过双螺杆挤出机输送和剪切作用下，材料充分熔融反应后，拉条、冷却、切粒得到耐磨性能优异的聚酰胺材料。
6.根据权利要求5所述的耐磨性能优异的聚酰胺材料的制备方法，其特征在于，所述的混合处理的时间为1.5h~3h。
7.根据权利要求5所述的耐磨性能优异的聚酰胺材料的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机中反应的温度为235℃-285℃，螺杆转数为400rpm~600rpm。
8.根据权利要求1所述的耐磨性能优异的聚酰胺材料在制备齿轮中的应用。
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Denomination of invention: A Polyamide Material with Excellent Wear Resistance, Its Preparation Method and Application Effective date of registration: 20220930 Granted publication date: 20220401 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Rui'an sub branch Pledgor: ZHEJIANG SHINY NEW MATERIAL CO.,LTD. Registration number: Y2022330002415 |
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