CN111234369A - 一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法，所述的耐磨聚丙烯复合材料由聚丙烯、聚丙烯接枝马来酸酐、耐磨材料、抗氧剂和润滑剂组成，将纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、偶联剂A‑172和云母粉混合制备成所述的耐磨材料，加入聚丙烯复合材料中能大幅度地降低聚丙烯复合材料的摩擦系数，明显改善聚丙烯复合材料的耐磨性能。

Description

一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
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聚丙烯、聚醚醚桐等复合材料替代。
聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，密度只有0.90～0.91g/cm3，是目前所有塑料中最轻的品种之一。它对水特别稳定，在水中的吸水率仅为0.01％，分子量约8万～15万。成型性好，但因收缩率大(为1％～2.5％)，厚壁制品易凹陷，对一些尺寸精度较高零件，很难于达到要求，制品表面光泽好。为了提升聚丙烯材料性能和档次，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。目前用于聚丙烯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，会给聚丙烯材料带来一些缺陷：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聚丙烯基体的粘结性；三是对复合材料的机械性能也有显著影响，不利于其应用。
发明内容
基于此，本发明提供了一种耐磨聚丙烯复合材料，利用耐磨材料对聚丙烯材料改性，耐磨材料由纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、偶联剂和云母粉混合而成，组分之间协同作用，明显提高聚丙烯复合材料的耐磨性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐磨聚丙烯复合材料，由以下组分按重量份制备而成：
Figure BDA0001883129560000011
所述耐磨材料是由纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、偶联剂A-172和云母粉混合制成。
进一步的，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(抗氧剂1098)、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)中的至少一种。
进一步的，所述润滑剂为聚丙烯蜡、N,N'-乙撑双硬脂酰胺(EBS)、白油中的至少一种。
进一步的，在所述耐磨材料中，所述纳米二硫化钼与所述聚四氟乙烯的质量比为2:1～4:1，所述云母粉的添加量是纳米二硫化钼与聚四氟乙烯总重量的5～10倍，偶联剂A-172的用量是所述耐磨材料总重量份数的1/5。
进一步的，所述耐磨材料的制备包括以下步骤：
(1)将云母粉于500～600℃加热煅烧处理5～10min后，再升温至800-900℃继续加热15～30min，冷却；
(2)加入偶联剂A-172混合均匀后，再加入纳米二硫化钼和聚四氟乙烯，继续混合，制得得耐磨材料。
本发明的另一个目的在于提供上述耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，按照配比将聚丙烯、聚丙烯接枝马来酸酐、耐磨材料、抗氧剂与润滑剂高速混合，得到均匀的混合物料；将均匀的混合物料加入挤出机熔融挤出造粒，制得耐磨聚丙烯复合材料。
优选的，所述挤出机从下料口到模口的温度分别为150-160℃、17-180℃、180-190℃、200-210℃、210-220℃、210-220℃，，挤出机的转速为180～400rpm、真空度为-0.07～-0.03MPa。
二硫化钼，其莫氏硬度9.2～9.5，仅次于金刚石，它的硬度超高，可制作砂轮、砂布、砂纸以及各类磨料，它具有很多优良的性能如高温稳定性、高传热性、耐酸碱腐蚀性、低膨胀系数。本发明中纳米二硫化钼在材料受磨损过程中，遇到摩擦生热、复合材料软化等现象时，纳米二硫化钼会停留在材料表面形成转移膜，有效降低复合材料的摩擦系数。此外，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。本发明中将云母粉进行分段煅烧处理，提升其比表面积和吸附特性，随后加入偶联剂A-172进行搅拌混合处理，进一步提高了其表面活性，最后加入纳米二硫化钼与聚四氟乙烯，使制备的耐磨材料能大幅度地降低复合材料的摩擦系数。组分之间协效作用，明显改善聚丙烯复合材料的耐磨性能。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
(1)将云母粉25份于500℃加热煅烧处理10min后，再升温至800℃处理30min，冷却至常温；加入6份偶联剂A-172搅拌均匀后，再加入纳米二硫化钼4份和聚四氟乙烯1份，继续搅拌制得耐磨材料。
(2)按重量份配比分别称100份干燥的聚丙烯、5份聚丙烯接枝马来酸酐、20份耐磨材料、0.05份抗氧剂1098、0.05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150℃、180℃、190℃、210℃、220℃、220℃，主机转速为180rpm，真空度为-0.03MPa。
实施例2
(1)将云母粉15份于600℃加热煅烧处理5min后，再升温至900℃处理15min，冷却至常温；加入3.6份偶联剂A-172搅拌均匀后，再加入纳米二硫化钼2份和聚四氟乙烯1份，继续搅拌制得耐磨材料。
(2)按重量份配比分别称100份干燥的聚丙烯、10份聚丙烯接枝马来酸酐、10份耐磨材料、0.1份抗氧剂1098、0.1份抗氧剂168、0.5份润滑剂白油，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150℃、180℃、190℃、200℃、210℃、210℃，主机转速为200rpm，真空度为-0.07MPa。
实施例3
(1)将云母粉40份于500℃加热煅烧处理10min后，再升温至800℃处理30min，冷却至常温；加入8.8份偶联剂A-172搅拌均匀后，再加入纳米二硫化钼3份和聚四氟乙烯1份，继续搅拌制得耐磨材料。
(2)按重量份配比分别称100份干燥的聚丙烯、8份聚丙烯接枝马来酸酐、15份耐磨材料、0.1份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.1份润滑剂聚丙烯蜡，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160℃、170℃、180℃、200℃、220℃、220℃，主机转速为350rpm，真空度为-0.05MPa。
实施例4
(1)将云母粉24份于550℃加热煅烧处理8min后，再升温至850℃处理20min，冷却至常温；加入5.4份偶联剂A-172搅拌均匀后，再加入纳米二硫化钼2份和聚四氟乙烯1份，继续搅拌制得耐磨材料。
(2)按重量份配比分别称100份干燥的聚丙烯、5份聚丙烯接枝马来酸酐、20份耐磨材料、0.1份抗氧剂1098、0.1份抗氧剂168、0.3份润滑剂聚丙烯蜡，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150℃、180℃、190℃、210℃、220℃、220℃，主机转速为400rpm，真空度为-0.06MPa。
对比例1
按重量配比分别称100份干燥的聚丙烯、5份聚丙烯接枝马来酸酐、0.1份抗氧剂1098、0.1份抗氧剂168、0.3份润滑剂聚丙烯蜡，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150℃、180℃、190℃、210℃、220℃、220℃，主机转速为400rpm，真空度为-0.06MPa。
对比例2
按重量份配比分别称100份干燥的聚丙烯、5份聚丙烯接枝马来酸酐、20份云母粉、0.1份抗氧剂1098、0.1份抗氧剂168、0.3份润滑剂聚丙烯蜡，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150℃、180℃、190℃、210℃、220℃、220℃，主机转速为400rpm，真空度为-0.06MPa。
对比例3
按重量份配比分别称100份干燥的聚丙烯、5份聚丙烯接枝马来酸酐、20份纳米二硫化钼、0.1份抗氧剂1098、0.1份抗氧剂168、0.3份润滑剂聚丙烯蜡，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150℃、180℃、190℃、210℃、220℃、220℃，主机转速为400rpm，真空度为-0.06MPa。
对比例4
按重量份配比分别称100份干燥的聚丙烯、5份聚丙烯接枝马来酸酐、20份聚四氟乙烯、0.1份抗氧剂1098、0.1份抗氧剂168、0.3份润滑剂聚丙烯蜡，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150℃、180℃、190℃、210℃、220℃、220℃，主机转速为400rpm，真空度为-0.06MPa。
上述实施例1～4和对比例1～4制备的聚丙烯复合材料的测试数据如表1所示：
表1：
Figure BDA0001883129560000051
上表1中体积磨损率的计算公式为：
Figure BDA0001883129560000052
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。由实施例4和对比例1～4的数据对比可知，本发明中加入复配的耐磨材料中的各组分间存在明显的协同作用，而不是简单的组分间作用的叠加，其明显提高了复合材料的耐磨性能。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，应用到更多耐磨材料中。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下组分按重量份制备而成：
聚丙烯 100份，
聚丙烯接枝马来酸酐 5~10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二硫化钼、聚四氟乙烯、偶联剂A-172和云母粉混合制成。
2.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的至少一种。
3.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为聚丙烯蜡、N,N'-乙撑双硬脂酰胺、白油中的至少一种。
4.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，在所述耐磨材料中，所述纳米二硫化钼与所述聚四氟乙烯的质量比为2:1~4:1，所述云母粉的添加量是纳米二硫化钼与聚四氟乙烯总重量的5~10倍，所述偶联剂A-172的用量是所述耐磨材料总重量份数的1/5。
5.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述耐磨材料的制备包括以下步骤：
（1）将云母粉于500~600℃加热煅烧处理5~10min后，再升温至800-900℃继续加热15~30min，冷却；
（2）加入偶联剂A-172混合均匀后，再加入纳米二硫化钼和聚四氟乙烯，继续混合，制得耐磨材料。
6.一种如权利要求1~5任一项所述的耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，按照配比将聚丙烯、聚丙烯接枝马来酸酐、耐磨材料、抗氧剂与润滑剂高速混合，得到均匀的混合物料；将均匀的混合物料加入挤出机熔融挤出造粒，制得耐磨聚丙烯复合材料。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机从下料口到模口的温度分别为150-160℃、17-180℃、180-190℃、200-210℃、210-220℃、210-220℃，挤出机的转速为180~400rpm、真空度为-0.07～-0.03MPa。
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