CN115160777A - 一种尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料及制备方法，涉及高分子复合材料技术领域。该尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料包括以下质量百分比组分：尼龙1281％‑93％，聚四氟乙烯0‑10％，硅油0.1％‑1.5％，超高分子量聚乙烯0‑10％，相容剂0‑2％，抗氧剂0.1％‑0.4％。本发明选用PA12作为主要尼龙材料，通过加入耐磨助剂提高耐磨性能，同时调节比例达到与工程塑料的良好混溶，集共混、表面接枝、填充改性于一体，多方面同时改善耐磨疏水性能，耐磨改性效果明显。

Description

一种尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料及制备方法

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料及制备方法。

背景技术

尼龙又称为聚酰胺，是一种性能优异、用途广泛的工程塑料，在众多制造工业及化工中都拥有广泛的应用，例如汽车、飞机、轮船等。尼龙(PA)的品种非常多，分为聚内酰胺尼龙和聚二酸二胺尼龙，包括PA6、PA66、PA12、PA46、PA610、PA612、PA1010、PA1012和耐高温尼龙。尼龙的综合性能非常优异，其强度高耐冲击，还具有非常高的耐热、耐磨损、耐化学和阻燃性能，且尼龙的摩擦系数很低，这是由于尼龙本身具有良好的自润滑性能。尼龙易于加工，在玻璃纤维和其他填料填充进行增强改性中，可以极大地增强其力学性能，扩大应用范围。由于尼龙具有酰胺基团，极性大，吸水性强，很大程度限制了尼龙在水利、轮船等工业领域的应用。尼龙具有一定耐磨性能，但对于很多应用场景往往不够，所以需要对其进行耐磨改性，使其能够应用于更多场景。由此可见，对尼龙进行耐磨疏水改性具有非常重要的意义。

发明内容

本发明选用PA12作为主要尼龙材料，其优点在于其碳链长，酰胺集团含量低，吸水率极低，具有耐磨性和自润滑性能，通过加入耐磨助剂提高耐磨性能，同时调节比例达到与工程塑料的良好混溶，耐磨改性效果明显。本发明集共混、表面接枝、填充改性于一体，多方面同时改善耐磨疏水性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料，包括以下质量百分比组分：

优选的，所述的尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料，包括以下质量百分比组分：

进一步优选的，所述的尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料，包括以下质量百分比组分：

优选的，所述尼龙12的相对粘度为1.2-1.5dl/g；若相对粘度过大，材料的加工性能就会降低，若相对粘度过小，则材料力学性能会降低。

优选的，所述聚四氟乙烯为分散法聚四氟乙烯，平均粒径为15-50μm，粒径过大则耐磨性能降低。

优选的，所述硅油的粘度为4500-5500CS，粘度过低耐磨性能降低，过高则不易分散。

优选的，所述超高分子量聚乙烯的分子量为500万以上，分子量过低耐磨损性能会降低。

优选的，所述的相容剂为马来酸酐接枝高密度聚乙烯。

优选的，所述的抗氧剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸季戊四醇酯或三(2,4-二叔丁基苯酚)亚磷酸酯中的一种或混合物。

所述的尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：

预混：将尼龙12、聚四氟乙烯、硅油、超高分子量聚乙烯、相容剂、抗氧剂依次加入高速混合机里预混合，预混合温度为30-50℃，混合机转速为400-500rpm，混合时间为3-6min；

挤出造粒：将预混合的物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出时双螺杆各区段温度为225-245℃，螺杆转速为300-320rmp，下料转速为15-25rmp，挤出料条经冷却、切粒可得到尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料。

本发明采用PA12作为主要材料。PA12又被称为聚十二内酰胺，别名聚月桂内酰胺。PA12的密度较低，仅为1.02g/cm³，在一些轻质材料领域具有非常重要的作用；且其碳链较长，酰胺基团含量低，吸水率相对其他尼龙材料非常低，仅为0.25％。PA12的耐磨损性非常好，磨耗仅为2.8mg/1000r，在尼龙材料中很低。

本发明采用聚四氟乙烯为耐磨剂。聚四氟乙烯简写为PTFE，俗称“塑料王”，为白色粉状物，密度为2.1-2.3g/cm³，由于其分子结构非常稳定，具有优异的化学稳定性和耐高低温性能，不溶于所有溶剂，又具有疏水的作用。PTFE分子链具有严密的规整性和对称性，表面分子对其他分子吸引力很小，因此摩擦系数极低，被广泛用于摩擦材料领域，在本发明中作为耐磨剂，同时又可充当疏水的作用。

本发明添加部分硅油。本发明使用的是甲基硅油，为线性硅氧烷产品。甲基硅油属有机硅的一种，为无色、无味、无毒、不易挥发的液体，具有生理惰性、良好的化学稳定性、电缘性和耐候性，粘度范围广，凝固点低，闪点高，疏水性能好，并具有很高的抗剪能力，可在50～180℃内长期使用，其润滑性能在塑料中可做耐磨剂，可大幅度降低复合材料的摩擦系数。

本发明添加部分超高分子量聚乙烯，简写为UHMWPE。UHMWPE是一种高分子化合物，其分子量达到150万以上，因此具有超强的耐磨损性能和自润滑性，可以大幅度提高复合材料的表面强度，降低磨损量，使复合材料使用寿命延长。此外，UHMWPE是无支链的线性聚乙烯，无亲水基团，在本发明中又可作为疏水剂使用。

本发明添加部分马来酸酐接枝高密度聚乙烯(HDPE-g-MAH)。HDPE-g-MAH一端为PE基团，能跟UHMWPE树脂完全相容，另一端为活性极高的马来酸酐，对尼龙、聚四氟乙烯和UHMWPE之间起到良好的桥梁作用，大幅度提升它们之间的相容性，从而提升材料的整体性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

实施例1

尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：

按质量百分比，将81％-93％的尼龙12、0-10％的聚四氟乙烯、0.1％-1.5％的硅油、0-10％的超高分子量聚乙烯、0-2％的相容剂、0.1％-0.4％的抗氧剂依次加入高速混合机里预混合，预混合温度为30-50℃，混合机转速为400-500rpm，混合时间为3-6min；

将预混合的物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出时双螺杆各区段温度为225-245℃，螺杆转速为300-320rmp，下料转速为15-25rmp，挤出料条经冷却、切粒可得到尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料。

实施例2

尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：

按质量百分比，将81％-93％的尼龙12、3％-10％的聚四氟乙烯、0.1％-1.5％的硅油、0-10％的超高分子量聚乙烯、0-2％的相容剂、0.1％-0.4％的抗氧剂依次加入高速混合机里预混合，预混合温度为30-50℃，混合机转速为400-500rpm，混合时间为3-6min；

将预混合的物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出时双螺杆各区段温度为225-245℃，螺杆转速为300-320rmp，下料转速为15-25rmp，挤出料条经冷却、切粒可得到尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料。

实施例3

尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：

按质量百分比，将81％-93％的尼龙12、3％-10％的聚四氟乙烯、0.1％-1.5％的硅油、1％-10％的超高分子量聚乙烯、1％-2％的相容剂、0.1％-0.4％的抗氧剂依次加入高速混合机里预混合，预混合温度为30-50℃，混合机转速为400-500rpm，混合时间为3-6min；

将预混合的物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出时双螺杆各区段温度为225-245℃，螺杆转速为300-320rmp，下料转速为15-25rmp，挤出料条经冷却、切粒可得到尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料。

以下实施例及对比例中，尼龙12的相对粘度为1.2-1.5dl/g；聚四氟乙烯的平均粒径为15-50μm；硅油的粘度为5000CS；超高分子量聚乙烯的分子量为500万以上；相容剂为马来酸酐接枝高密度聚乙烯；抗氧剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸季戊四醇酯。并采用以下制备方法：

预混：将尼龙12、聚四氟乙烯、硅油、超高分子量聚乙烯、相容剂、抗氧剂依次加入高速混合机里预混合，预混合温度为30-50℃，混合机转速为400-500rpm，混合时间为3-6min；

挤出造粒：将预混合的物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出时双螺杆各区段温度为225-245℃，螺杆转速为308rmp，下料转速为20rmp，挤出料条经冷却、切粒可得到复合材料。

按表1所示的质量百分比原料配比，制备实施例4-8、对比例1-4的复合材料。

表1实施例4-8、对比例1-4复合材料的原料配比

对实施例4-8、对比例1-4的复合材料进行性能测试，测试方法及性能如表2所示：

表2实施例4-8、对比例1-4的复合材料性能测试结果

从表2实施例4-8、对比例1-4复合材料性能测试结果可知：

尼龙12不仅具有极低的吸水率，还具有非常小的吸水尺寸膨胀率，而且其耐磨性也较好。

聚四氟乙烯、硅油、超高分子量聚乙烯均对复合材料的耐磨性能起到有利的作用，而且它们之间互相存在协同效果。

随着聚四氟乙烯含量的增加，复合材料的摩擦系数降低，磨耗呈现先下降后上升的趋势，力学性能均呈现下降趋势，吸水率也随之降低。表明聚四氟乙烯具有很好的润滑效果和疏水效果，但过多聚四氟乙烯会影响复合材料的磨耗，同时会降低复合材料的力学性能。

随着硅油的加入，复合材料的摩擦系数大幅度下降，且其他性能均不产生太大的变化，但硅油添加量过多会析出，使复合材料难以加工。

随着超高分子量聚乙烯含量的增加，复合材料的磨耗会有较大的下降，摩擦系数也会有小幅度下降，但复合材料的力学性能下降较大，且对复合材料的流动性影响较大。

以实施例8的原料配比作为对照，按表3所示的质量百分比原料配比，制备对比例5-10的复合材料。

表3对比例5-10复合材料的原料配比

对对比例5-10的复合材料进行性能测试，测试方法及性能如表4所示：

表4对比例5-10的复合材料性能测试结果

从表4对比例5-10复合材料性能测试结果可知：

当原料配比中聚四氟乙烯含量过高(对比例5)，导致制备的复合材料磨耗增大；

当原料配比中硅油含量过高(对比例6)，导致制备的复合材料力学性能变低，熔指变大；

当原料配比中超高分子量聚乙烯含量过高(对比例7)，导致制备的复合材料力学性能变低，流动性变差；

当原料配比中相容剂含量增加(对比例8)，制备的复合材料性能变化不大，但相容剂价格较贵，添加适量即可；

当原料配比中不加超高分子量聚乙烯含量，只加相容剂(对比例9)，导致制备的复合材料磨耗增大；

当原料配比中不加相容剂，只加超高分子量聚乙烯含量(对比例10)，导致制备的复合材料相容性变差，力学性能降低；

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料，其特征在于，包括以下质量百分比组分：

2.根据权利要求1所述的尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料，其特征在于，包括以下质量百分比组分：

3.根据权利要求1所述的尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料，其特征在于，包括以下质量百分比组分：

4.根据权利要求1-3任意一项所述的尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料，其特征在于，所述尼龙12的相对粘度为1.2-1.5dl/g。

5.根据权利要求4所述的尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯的平均粒径为15-50μm。

6.根据权利要求5所述的尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料，其特征在于，所述硅油的粘度为4500-5500CS。

7.根据权利要求6所述的尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的分子量为500万以上。

8.根据权利要求7所述的尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐接枝高密度聚乙烯。

9.根据权利要求8所述的尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸季戊四醇酯或三(2,4-二叔丁基苯酚)亚磷酸酯中的一种或混合物。

10.如权利要求1所述的尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

预混：将尼龙12、聚四氟乙烯、硅油、超高分子量聚乙烯、相容剂、抗氧剂依次加入高速混合机里预混合，预混合温度为30-50℃，混合机转速为400-500rpm，混合时间为3-6min；

挤出造粒：将预混合的物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出时双螺杆各区段温度为225-245℃，螺杆转速为300-320rmp，下料转速为15-25rmp，挤出料条经冷却、切粒可得到尺寸稳定的超耐磨疏水尼龙复合材料。