CN111234469A - 一种耐磨pet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PET复合材料及其制备方法，所述的耐磨PET复合材料由PET、耐磨材料、抗氧剂和润滑剂组成，将纳米氮化硅、聚四氟乙烯、偶联剂A‑151和云母粉混合制备成所述的耐磨材料，加入PET复合材料中能大幅度地降低PET复合材料的摩擦系数，明显改善PET复合材料的耐磨性能。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种耐磨PET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PET、聚醚醚桐等复合材料替代。
聚对苯二甲酸乙二醇酯，化学式为[COC6H4COOCH2CH2O]n。(英文：Polyethyleneterephthalate，简称PET)，由对苯二甲酸二甲酯与乙二醇酯交换或以对苯二甲酸与乙二醇酯化先合成对苯二甲酸双羟乙酯，然后再进行缩聚反应制得，属结晶型饱和聚酯，为乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽，是生活中常见的一种树脂。在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好。
所以为了提升PET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PET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PET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PET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，本发明提供了一种适用于工业化批量生产的耐磨PET复合材料，在PET中添加纳米氮化硅、聚四氟乙烯、偶联剂A-151和云母粉混合制成的耐磨材料后，明显提高PET复合材料的耐磨性。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐磨PET复合材料，由以下组分按重量份制备而成：
所述耐磨材料是由纳米氮化硅、聚四氟乙烯、偶联剂A-151和云母粉混合制备而成。
进一步的，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(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，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯(PETS)。
进一步的，在所述耐磨材料中，所述纳米氮化硅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氮化硅与聚四氟乙烯总重量的5～10倍，偶联剂A-151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，冷却至50-60℃；
(2)加入偶联剂A-151搅拌均匀混合均匀后，再加入纳米氮化硅和聚四氟乙烯，继续混合，制得得耐磨材料。
本发明的另一个目的在于提供一种上述耐磨PET复合材料的制备方法，按照配比将PET、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PET复合材料。
进一步的，所述挤出机从下料口到模口的温度分别为200～210℃、220～230℃、230～240℃、240～250℃、240～250℃、240～250℃，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；最后加入纳米氮化硅与聚四氟乙烯，制得耐磨材料，将制备的耐磨材料加入PET复合材料中能大幅度地降低PET复合材料的摩擦系数。在耐磨材料中，纳米氮化硅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，纳米氮化硅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，此时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。在耐磨材料中，四种组分协同作用，大幅度改善PET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。
应当说明的是，以下实施例中采用的组分均为市售。
实施例1
(1)将25份云母粉于500℃加热煅烧10min后，再升温至800℃继续加热30min，冷却至50℃；加入6份偶联剂A-151混合均匀后，再加入4份纳米氮化硅和1份聚四氟乙烯，继续混合制得得耐磨材料。
(2)分别称100份干燥的PET、20份耐磨材料、0.1份抗氧剂1098、0.1份抗氧剂168、0.1份润滑剂PETS，混合后加入挤出机中，熔融挤出造粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为200℃、220℃、230℃、240℃、240℃、240℃，，主机转速为180rpm，真空度为-0.03MPa。
实施例2
(1)将15份云母粉于600℃加热煅烧5min后，再升温至900℃继续加热15min，冷却至60℃；加入3.6份偶联剂A-151混合均匀后，再加入2份纳米氮化硅和1份聚四氟乙烯，继续混合制得得耐磨材料。
(2)分别称100份干燥的PET、10份耐磨材料、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.5份润滑剂季戊四醇硬脂酸酯PETS，混合后加入挤出机中，熔融挤出造粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为210℃、230℃、240℃、250℃、250℃、250℃，，主机转速为200rpm，真空度为-0.05MPa。
实施例3
(1)将40份云母粉于500℃加热煅烧5min后，再升温至850℃继续加热20min，冷却至60℃；加入8.8份偶联剂A-151混合均匀后，再加入3份纳米氮化硅和1份聚四氟乙烯，继续混合制得得耐磨材料。
(2)分别称100份干燥的PET、15份耐磨材料、0.1份抗氧剂1098、0.2份抗氧剂168、0.5份润滑剂PETS，混合后加入挤出机中，熔融挤出造粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为210℃、230℃、240℃、250℃、250℃、250℃，主机转速为350rpm，真空度为-0.05MPa。
实施例4
(1)将24份云母粉于550℃加热煅烧8min后，再升温至850℃继续加热20min，冷却至60℃；加入5.4份偶联剂A-151混合均匀后，再加入2份纳米氮化硅和1份聚四氟乙烯，继续混合制得得耐磨材料。
(2)分别称100份干燥的PET、20份耐磨材料、0.05份抗氧剂1010、0.05份抗氧剂168、0.3份润滑剂PETS，混合后加入挤出机中，熔融挤出造粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为210℃、230℃、240℃、250℃、250℃、250℃，主机转速为400rpm，真空度为-0.06MPa。
对比例1
分别称100份干燥的PET、0.05份抗氧剂1010、0.05份抗氧剂168、0.3份润滑剂PETS，混合后加入挤出机中，熔融挤出造粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为210℃230℃、240℃、250℃、250℃、250℃，主机转速为400rpm，真空度为-0.06MPa。
对比例2
分别称100份干燥的PET、20份云母粉、0.05份抗氧剂1010、0.05份抗氧剂168、0.3份润滑剂PETS，混合后加入挤出机中，熔融挤出造粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为210℃230℃、240℃、250℃、250℃、250℃，主机转速为400rpm，真空度为-0.06MPa。
对比例3
分别称100份干燥的PET、20份纳米氮化硅、0.05份抗氧剂1010、0.05份抗氧剂168、0.3份润滑剂PETS，混合后加入挤出机中，熔融挤出造粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为210℃230℃、240℃、250℃、250℃、250℃，主机转速为400rpm，真空度为-0.06MPa。
对比例4
分别称100份干燥的PET、20份四氟乙烯、0.05份抗氧剂1010、0.05份抗氧剂168、0.3份润滑剂PETS，混合后加入挤出机中，熔融挤出造粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为210℃230℃、240℃、250℃、250℃、250℃，主机转速为400rpm，真空度为-0.06MPa。
将实施例1～4和对比例1～4中制得的PET复合材料进行耐磨性能测试，测试结果见表1。
表1
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。
由表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。且由对比例1～4和实施例4可以明显看出，本发明复配的耐磨材料中各组分存在明显的协同作用，大幅度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PET复合材料，其特征在于，由以下组分按重量份制备而成：
PET 100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氮化硅、聚四氟乙烯、偶联剂A-151和云母粉混合制备而成。
2.如权利要求1所述的耐磨PET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所述的耐磨PET复合材料，其特征在于，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
4.如权利要求1所述的耐磨PET复合材料，其特征在于，在所述耐磨材料中，所述纳米氮化硅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氮化硅与聚四氟乙烯总重量份数的5~10倍，所述偶联剂A-151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所述的耐磨PET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，冷却至50~60℃；
（2）加入偶联剂A-151混合均匀后，再加入纳米氮化硅和聚四氟乙烯，继续混合，制得得耐磨材料。
6.一种如权利要求1~5任一项所述的耐磨PET复合材料的制备方法，其特征在于，按照配比将PET、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PET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200~210℃、220~230℃、230~240℃、240~250℃、240~250℃、240~250℃，挤出机的转速为180~400rpm、真空度为-0.07～-0.03MPa。
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