CN112724671A - 一种新型生物基、高强耐磨尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型生物基、高强耐磨尼龙复合材料及其制备方式，该复合材料由以下质量百分比计的原料制备而成:尼龙70～80％，耐磨剂3～5％，增强剂10～20％，抗氧剂0.2～0.5％，色母0.2～0.5％。主要通过双螺杆或注塑机共混挤出条状共混物经过循环水冷却后进入切粒机切粒得复合尼龙粒子。该耐磨材料具有耐高温、耐磨、抗热衰退性好的特性，而且制备工艺简单，与目前常用的添加PTFE、二硫化钼等助剂改善尼龙耐磨的方法相比，有效解决了同类摩擦材料在高温时磨损率大、摩擦系数不稳定、冲击强度较低等问题，能很好满足耐磨工况零件的性能使用要求同时生物基的复合材料具有良好的经济效益以及绿色环保性。

Description

一种新型生物基、高强耐磨尼龙复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种新型生物基、高强耐磨尼龙复合材料及其制备方法。

背景技术

耐磨材料已经被普遍应用于轨道交通工具的制动器摩擦材料和离合器从动盘上，它们是实现减速、启停功能的十分关键的零部件，通过行驶过程中的摩擦将机器的动能转化为热能或其它形式的能量，从而达到制动的目的。随着摩擦材料所应用的工况条件越来越严峻，同时，伴着国内外越来越注重摩擦材料在各领域使用的过程中对人类健康、周围环境及能源资源的影响，在企业生产中，摩擦材料除了需要良好而适中的摩擦系数、较低的磨损率、优秀的耐热性、较高的力学强度、不易损伤对偶材料等综合性能，还需要具有环保性，如低噪音、落灰少、无污染等。

尼龙主链中有强极性的酰胺基，酰胺基间的氢键使分子间的结合力增强，易使结构发生结晶化，所以机械强度高，具有良好的耐油、耐磨性能，广泛用于摩擦磨损领域。但是尼龙的强极性使其在摩擦过程中有较严重的粘-滑现象，因而摩擦稳定性差，同时与PTFE、POM相比，尼龙的摩擦系数偏大，作为高速运转和强度要求高的耐磨材料使用具有局限性。为了进一步改善尼龙的耐磨性能，目前主要的途径是添加PTFE、二硫化钼等固体耐磨助剂，或者使用性能高，耐磨的MC尼龙。而这些耐磨助剂在加工过程中是以颗粒状态分散在树脂中，且添加量较大，降低了尼龙材料的强度，明显提高了材料的密度，而MC尼龙的加工过程复杂，效率低，成本高，因此进一步提高注塑级尼龙的机械性能和耐磨性能，对扩大尼龙材料在摩擦磨损领域的应用范围具有重要的意义。绿色环保的可持续性发展理念是目前经济发展的主流趋势，相对于传统化学合成的尼龙树脂原料来讲，生物基PA56尼龙材料来源于大自然的绿色作物，生产加工过程很大程度上降低了不可再生能源的消耗，同时兼具绿色环保，具有良好的社会经济效益。

耐磨材料的增强纤维主要是金属纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、有机纤维、矿物纤维及碳纤维等，但它们在作为单一纤维使用时都存在一些问题，如传统的石棉纤维会污染环境，产生致癌作用，现在已被禁止投入生产；而玻璃纤维材料的磨损率比较大，涉水性差，高温摩擦系数不稳定；碳纤维增强摩擦材料的性能优异，但是生产中材料成本过高，量产化的收益比较低；其它的纤维增强材料，有的浸润性不佳，有的制备工艺复杂，因此本发明选择玄武岩纤维、玻璃纤维复合增强耐磨材料，充分利用它们之间协同作用，取长补短，弥补摩擦材料综合性能上的不足。

发明内容

本发明的目的是针对单一纤维增强作用的不足以及同类摩擦产品出现的一些问题，提供一种生物基多纤维复合增强耐磨材料，降低了高温摩擦材料的磨损率，稳定了高温工况下的摩擦系数，明显改善了其抗热衰退性。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

以尼龙为基体，不同于二硫化钼(MOS2)润滑剂为耐磨助剂，本发明中采用相容性更好的高分子聚乙烯化合物，通过共混，双螺杆反应挤出获得机械性能高，摩擦系数小的尼龙材料。

一种新型生物基、高强耐磨尼龙复合材料，由以下质量百分比计的原料制备而成:尼龙70～80％，耐磨剂3～5％，增强剂10～20％,抗氧剂0.2～0.5％，色母0.2～0.5％。

上述新型生物基、高强耐磨尼龙复合材料中，

所述的尼龙为PA56、PA66或其混合物，尼龙的相对粘度优选为2.7。

所述的耐磨剂为高分子聚乙烯化合物，平均分子量100w。

所述的增强剂为玄武岩纤维、玻璃纤维或其混合物。

所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、铜盐化合物中的一种或混合物。

所述的色母是PA6为载体，炭黑含量30％的母粒。

本发明还公开了上述的生物基高强耐磨尼龙的制备方法，包括以下步骤：

1)将尼龙树脂、抗氧剂、耐磨剂以及色母加入高速混合机中混合15-20min，待混合均匀后得到混合原料，增强材料采用同样方式混合；

2)将步骤1)所得混合物加入到同向双螺杆挤出机挤出造粒，采用熔融共混挤出工艺，从主喂料口加入尼龙树脂、抗氧剂、耐磨剂以及色母的共混物料，侧喂料口加入增强材料，熔融共混后，经冷却、风干和造粒，即得。

步骤2)中，熔融共混在270-290℃挤出造粒，螺杆的转速为400-500rpm。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

(1)本发明采用高分子聚乙烯化合物作为耐磨剂，不仅具有优异的自润滑性同时与尼龙有更好的相容性，试验证明，与MOS2相比，使用高分子聚乙烯化合物作为尼龙的耐磨剂可以更明显的降低尼龙的摩擦系数，解决尼龙的粘滑问题。

(2)玄武岩纤维、玻璃纤维的共混增强剂，降低了高温摩擦材料的磨损率，稳定了高温工况下的摩擦系数，明显改善了其抗热衰退性。

(3)采用PA56生物基尼龙树脂，绿色环保符合且可持续发展理念，具有良好的经济效益好。

(4)制备方法简单操作方便，各料段温度相互配合，节约时间且产品注塑效果好。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。

现对实施例及对比例所用的原材料做如下说明，但不限于这些材料：

PA66树脂：EPR27，神马公司

PA56树脂：工业级，市售

玻纤：工业级，直径10μm，市售

玄武岩纤维，工业级，直径3-15μm，市售

耐磨剂：LY1040，市售

抗氧剂:受阻酚类抗氧剂1098，市售

黑色母：工业级，市售

材料性能测试方法：

1、拉伸强度：通过注塑成型制成170×10×4mm样条，根据国际标准ISO 527进行测试，拉伸速度为5mm/min。

2、弯曲强度：通过注塑成型制成80×10×4mm样条，根据国际标准ISO 178进行测试，试验速度为2mm/min。

3、缺口冲击性能：通过注塑成型制成80×10×4mm样条，根据国际标准ISO 179进行测试。

4、磨擦磨损性能：通过注塑成型制成30×7×6mm样条，根据国际标准GB/T 3960进行测试。(定速式摩擦试验机)

实施例1-6及对比例1-3生物基高强耐磨尼龙的制备

按照表1中的物料配比将尼龙树脂、抗氧剂、耐磨剂以及色母混合均匀后，从主喂料口加入挤出机，增强材料由侧喂料口加入挤出机；熔融共混后，经冷却、风干和造粒，注塑成型测试样条，性能测试分别见表2。

表1：实施例1-6及对比例1-3的组份重量配比表

表2实施例1-6及对比例1-3高强耐磨尼龙材料性能测试结果

由对比例和实施例的测试结果可明显看出：

首先由实施例2和对比例2可以看出，本发明生物基高强耐磨尼龙相对于常规PA66尼龙树脂复合力学材料性能相近，且常温下的耐磨性能较优于PA66树脂。有实施例2～实施例6看出，增强纤维之间的协同作用对耐磨材料综合性能的影响比较显著，玄武岩纤维对材料摩擦系数影响较大，同时能有效降低耐磨材料高温时磨损率和稳定摩擦系数。同时由实施例2和对比例1可以看出，耐磨助剂的添加量对材料的耐磨性能也有明显影响。综合以上数据，本发明技术方案的生物基高强耐磨材料在玻纤添加量10％和玄武岩纤维添加量10％，耐磨助剂添加量6％时，力学性能和耐磨性能最优，且明显优于现有MOS2系列改性耐磨产品(对比例3)，解决了尼龙的粘滑耐磨问题，原材料来源丰富、绿色环保，社会经济价值高。

Claims (8)

1.一种新型生物基、高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于：由以下质量百分比计的原料制备而成:尼龙70～80％，耐磨剂3～5％，增强剂10～20％，抗氧剂0.2～0.5％，色母0.2～0.5％。

2.根据权利要求1所述的一种新型生物基、高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于：所述的尼龙为PA56、PA66或其混合物，尼龙的相对粘度优选为2.7。

3.根据权利要求1所述的一种新型生物基、高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于：所述的耐磨剂为高分子聚乙烯化合物，平均分子量100w以上。

4.根据权利要求1所述的一种新型生物基、高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于：所述的增强剂为玄武岩纤维、玻璃纤维或其混合物。

5.根据权利要求1所述的一种新型生物基、高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、铜盐化合物中的一种或混合物。

6.根据权利要求1所述的一种新型生物基、高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于：所述的色母是PA6为载体，炭黑含量30％的母粒。

7.根据权利要求1-6任意之一所述新型生物基、高强耐磨尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将尼龙树脂、抗氧剂、耐磨剂以及色母加入高速混合机中混合15-20min，待混合均匀后得到混合原料，增强材料采用同样方式混合；

2)将步骤1)所得混合物加入到同向双螺杆挤出机挤出造粒，采用熔融共混挤出工艺，从主喂料口加入尼龙树脂、抗氧剂、耐磨剂以及色母的共混物料，侧喂料口加入增强材料，熔融共混后，经冷却、风干和造粒，即得。

8.根据权利要求7所述的新型生物基、高强耐磨尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中，熔融共混在270-290℃挤出造粒，螺杆的转速为400-500rpm。