CN114874615A - 一种耐磨尼龙材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种耐磨尼龙材料及其制备方法。该耐磨尼龙材料包括以下组分：尼龙、耐磨剂、增强材料以及其他助剂；所述耐磨剂包含苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维及聚四氟乙烯粉末；所述尼龙、增强材料与耐磨剂的重量份比为100：(0～50)：(5～20)。本发明提供的耐磨尼龙材料，在具有良好耐磨效果的同时，兼具良好的拉伸强度和断裂伸长率。

Description

一种耐磨尼龙材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种耐磨尼龙材料及其制备方法。

背景技术

目前聚合物基耐磨复合材料主要是以热塑性或热固性树脂为基体,通过添加有机或无机的减摩组分、抗磨增强组分，而使得复合材料呈现良好的耐磨性能。例如添加聚硅氧烷、碳纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚四氟乙烯、二硫化钼、石墨等。

上述添加的减摩组分各有优缺点，在添加有上述减磨组分后同时不可避免的对复合材料的某些性能造成不利影响，例如聚硅氧烷是通过迁移到表面起到耐磨作用，容易因聚硅氧烷迁移使其逐渐减少，导致耐磨性能变差；聚四氟乙烯是所有耐磨剂中摩擦系数最低，有很多好的润滑性及耐磨性，在高负荷应用中是最佳的耐磨添加剂，但是聚四氟乙烯没有补强性能，添加后会造成材料的物理性能下降，从而影响材料的应用。

本发明的目的是针对上述问题开发一种耐磨尼龙材料，在具有良好耐磨效果的同时，兼具良好的拉伸和弯曲性能、抗冲击物理性能。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的问题，本发明提供一种耐磨尼龙材料,其包括以下组分：尼龙、耐磨剂、增强材料以及其他助剂；

所述耐磨剂包含苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维及聚四氟乙烯粉末；

所述尼龙、增强材料与耐磨剂的重量份比为100：(0～50)：(5～20)。

在一实施例中，所述尼龙、增强材料、耐磨剂与其它助剂的重量份比为100：(0～50)：(5～20)：(0.3～2.3)。

在一实施例中，所述苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维与聚四氟乙烯粉末的重量比为(9：1)～(8：2)。

在一实施例中，所述苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维的苯乙烯接枝率为0.5％～1.5％，其磺化率为0.5％～2％。

在一实施例中，所述其他助剂包括增强材料、润滑剂以及抗氧剂；按重量份计，包括以下组分：尼龙100份，增强材料0～50份，耐磨剂5～20份，润滑剂0.1～1份，抗氧剂0.1～1份，成核剂0.1～0.3份。

在一实施例中，所述尼龙为脂肪族尼龙、长碳链尼龙、半芳香尼龙、共聚尼龙中的一种或多种组合。

在一实施例中，所述尼龙为PA6、PA66、PA46、PA56、PA66/6PA46、PA610、PA10、PA11、PA12、PA1010、PA1212、PA6T、PA9T、PA10T、MXD6中的一种或多种组合。

在一实施例中，所述增强材料为玻璃纤维、矿物中的一种或多种组合。其中，所述矿物可选用现有的钛酸钾晶须、硫酸钙晶须等。

在一实施例中，所述润滑剂为油酸酰胺、硬脂酸酰胺、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酸酰胺、硅酮粉中的一种或多种组合；所述抗氧剂为受阻酚类、有机亚磷酸酯类、硫化酯类、高分子量有机硫代醚类中的一种或多种组合。

本发明还提供一种如上所述的耐磨尼龙材料的制备方法,其包括以下步骤：

S100、按一定重量称量尼龙、耐磨剂以及其他助剂进行混合，得到混合物M；

S200、按一定重量称量增强材料；

S300、将混合物M通过主喂料口加入到双螺杆挤出机中，将所述增强材料通过侧喂料口加入到双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机中经熔融挤出造粒，制得所述耐磨尼龙材料。

本发明提供的耐磨尼龙材料与现有的技术相比，具有以下技术效果：

本发明提供的耐磨尼龙材料，在具有良好耐磨效果的同时，兼具良好的拉伸强度和断裂伸长率。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明还提供一种耐磨尼龙材料的制备方法,其包括以下步骤：

(1)按一定重量称量尼龙、耐磨剂、成核剂、抗氧剂和润滑剂进行混合，得到混合物M；

(2)按一定重量称量增强材料；

(3)将混合物M通过主喂料口加入到双螺杆挤出机中，将所述增强材料通过侧喂料口加入到双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机中经熔融挤出造粒，制得所述耐磨尼龙材料。其中，熔融挤出温度为180℃～330℃，双螺杆挤出机的螺杆长径比为(40～48):1,螺杆转速为(250～400)rpm，具体的工艺参数依所选用的尼龙材料进行调整。

其中，本发明提供该耐磨尼龙材料的配方为：按重量份计，包括以下组分：尼龙100份，增强材料0～50份，耐磨剂5～20份，润滑剂0.1～1份，抗氧剂0.1～1份，成核剂0.1～0.3份。其中，所述耐磨剂包含苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维及聚四氟乙烯粉末。

本发明还提供如下表所示实施例和对比例：

本发明提供的实施例和对比例的配方(单位：重量份数)如下表1所示：

表1

其中，实施例1中耐磨剂由苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维和聚四氟乙烯粉末按重量比9：1复配而成；实施例2-5中耐磨剂由苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维和聚四氟乙烯粉末按重量比8：2复配而成。

对比例1中没有添加耐磨剂；对比例2中耐磨剂仅仅只有苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维对比例3中耐磨剂仅仅只有是聚四氟乙烯；表1中，除耐磨剂外，实施例和对比例中的组分原料的种类选择均一致，其组分具体为：

选用的尼龙为PA6T/66；选用的增强材料为玻璃纤维；选用的苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维其苯乙烯接枝率为1％，其磺化率为1.5％；聚四氟乙烯粉末为L-5，选用的润滑剂为E525；选用的抗氧剂为SEED；选用的成核剂为P22。

根据表1配方，将实施例和对比例中的原料组分按照以下制备方法制备耐磨尼龙材料，制备步骤为：

(1)按一定重量称量尼龙、耐磨剂、成核剂、抗氧剂和润滑剂进行混合，得到混合物M；

(2)按一定重量称量增强材料；

(3)将混合物M通过主喂料口加入到双螺杆挤出机中，将所述增强材料通过侧喂料口加入到双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机中经熔融挤出造粒，制得所述耐磨尼龙材料。其中，熔融挤出温度为300℃～330℃，双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1,螺杆转速为300rpm。

将实施例和对比例中制得的耐磨尼龙材料进行相关指标的测试，测试结果如下表2所示

表2

其中，拉伸强度的测试标准为IS0527-2，试样尺寸为1A型(标距115mm、平行部分10mm×4mm),拉伸速度50mm/min；简支梁冲击强度测试标准为ISO179-1，试样尺寸为80mm×10mm×4mm(如有缺口，则缺口保留宽度8mm)。

从表2的测试结果可以看出：

实施例1-5所制得的材料中添加聚苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维和聚四氟乙烯粉末可以提高耐磨性能，且实施例1-5所制得的材料保持良好的拉伸强度和断裂伸长率。

从实施例1和实施例3-4数据来看，实施例1中耐磨剂由苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维和聚四氟乙烯粉末按重量比9：1复配，各项性能最好，且从实施例1、3、4可以看出随耐磨剂含量的减少，耐磨性降低，耐磨剂添加量在10份以上可以达到较好的耐磨效果；从实施例1、2、5来看增强材料(玻纤)对耐磨有正面影响，但对摩擦系数影响小。

对比例1与实施例1的区别仅在于：不加入耐磨剂；对比例1不添加耐磨剂导致其耐磨性能很差；

对比例3中将实施例1中的苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维替换成聚四氟乙烯粉末，对比例3与实施例1的区别仅在于：对比例3的耐磨剂仅仅只有聚四氟乙烯粉末；虽然其相较对比例1的耐磨性能提升，但相较实施例1，则其材料各项性能都有下降；

对比例2中将实施例1中的聚四氟乙烯粉末替换成苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维，对比例2与实施例1的区别仅在于：对比例2的耐磨剂仅仅只有苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维；相较对比例3，对比例2虽然耐磨性能没有对比例3好，但其材料的拉伸弯曲等性能下降较少，其中断裂伸率和冲击性能还有提高；但是相较实施例1，其耐磨性能还是不足，综合性能比实施例1差。

本发明在尼龙中添加含有苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维和聚四氟乙烯粉末的耐磨剂，其通过聚四氟乙烯纤维化，并进行接枝磺化，在控制接枝率和磺化率，改善与尼龙的相容性，使得制得的耐磨尼龙材料在保持耐磨性的基础上，改善材料的拉伸强度、断裂伸长率等性能。

需要说明的是：

除了上述具体实施例体现的实际选择外，所述尼龙、增强材料与耐磨剂的重量份比在100：(0～50)：(5～20)范围内均可行，包括但不限于上述实施例方案；其中，所述耐磨剂包含苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维与聚四氟乙烯粉末，以苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维与聚四氟乙烯粉末按重量比(9：1)～(8：2)复配为较佳选择；

除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维可以选用苯乙烯接枝率在0.5％～1％，其磺化率在0.5％～2％范围内的苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维，包括但不限于上述实施例体现的实际选择；

除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述尼龙可以选用脂肪族尼龙、长碳链尼龙、半芳香尼龙、共聚尼龙中的一种或多种组合，包括但不限于上述实施例体现的实际选择；具体地，所述尼龙可以选用现有的PA6、PA66、PA46、PA56、PA66/6PA46、PA610、PA10、PA11、PA12、PA1010、PA1212、PA6T、PA9T、PA10T、MXD6中的一种或多种组合。

除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述增强材料可以选用玻璃纤维、炭纤维、矿物中的一种或多种组合，包括但不限于上述实施例体现的实际选择；

除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述润滑剂可以选用油酸酰胺、硬脂酸酰胺、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酸酰胺、硅酮粉中的一种或多种组合，包括但不限于上述实施例体现的实际选择；

除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述抗氧剂为受阻酚类、有机亚磷酸酯类、硫化酯类、高分子量有机硫代醚类中的一种或多种组合，包括但不限于上述实施例体现的实际选择。

综上，上述实施例中的具体参数或一些常用试剂或原料，为本发明构思下的具体实施例或优选实施例，而非对其限制；本领域技术人员在本发明构思及保护范围内，可以进行适应性调整。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种耐磨尼龙材料,其特征在于，包括以下组分：尼龙、耐磨剂、增强材料以及其他助剂；

所述耐磨剂包含苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维及聚四氟乙烯粉末；

所述尼龙、增强材料与耐磨剂的重量份比为100：(0～50)：(5～20)。

2.根据权利要求1所述的耐磨尼龙材料,其特征在于：所述尼龙、增强材料、耐磨剂与其它助剂的重量份比为100：(0～50)：(5～20)：(0.3～2.3)。

3.根据权利要求1所述的耐磨尼龙材料，其特征在于：所述苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维与聚四氟乙烯粉末的重量比为(9：1)～(8：2)。

4.根据权利要求1或3所述的耐磨尼龙材料,其特征在于：所述苯乙烯接枝磺化聚四氟乙烯纤维的苯乙烯接枝率为0.5％～1.5％，其磺化率为0.5％～2％。

5.根据权利要求1所述的耐磨尼龙材料,其特征在于：所述其他助剂包括成核剂、润滑剂以及抗氧剂；

按重量份计，包括以下组分：尼龙100份，增强材料0～50份，耐磨剂5～20份，润滑剂0.1～1份，抗氧剂0.1～1份，成核剂0.1～0.3份。

6.根据权利要求1所述的耐磨尼龙材料,其特征在于：所述尼龙为脂肪族尼龙、长碳链尼龙、半芳香尼龙、共聚尼龙中的一种或多种组合。

7.根据权利要求1所述的耐磨尼龙材料,其特征在于：所述尼龙为PA6、PA66、PA46、PA56、PA66/6、PA610、PA10、PA11、PA12、PA1010、PA1212、PA6T、PA9T、PA10T、MXD6中的一种或多种组合。

8.根据权利要求5所述的耐磨尼龙材料,其特征在于：所述增强材料为玻璃纤维、炭纤维、矿物中的一种或多种组合。

9.根据权利要求5所述的耐磨尼龙材料,其特征在于：所述润滑剂为油酸酰胺、硬脂酸酰胺、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酸酰胺、硅酮粉中的一种或多种组合；

所述抗氧剂为受阻酚类、有机亚磷酸酯类、硫化酯类、高分子量有机硫代醚类中的一种或多种组合。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的耐磨尼龙材料的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：

S100、按一定重量称量尼龙、耐磨剂以及其他助剂进行混合，得到混合物M；

S200、按一定重量称量增强材料；

S300、将混合物M通过主喂料口加入到双螺杆挤出机中，将所述增强材料通过侧喂料口加入到双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机中经熔融挤出造粒，制得所述耐磨尼龙材料。