CN1270189A - 一种具有高自润滑性和高耐磨损性尼龙树脂的制备方法 - Google Patents

一种具有高自润滑性和高耐磨损性尼龙树脂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有高自润滑性和高耐磨损性尼龙树脂的制备方法,以尼龙树脂、超高分子量聚乙烯树脂、低分子量聚烯烃蜡、脂肪酸酰胺类表面活性剂为原料,将所列组分按一定比例混合后,经螺杆挤出机,在一定温度下熔融混炼、造粒而成。本发明的方法可解决制品在低载荷下发生表面熔融,只能在低速低负荷条件下使用的问题;降低尼龙树脂的摩擦系数,在无油自润滑的条件下长期使用;改善尼龙树脂的耐磨损性能,提高其使用寿命。

Description

一种具有高自润滑性和高耐磨损性尼龙树脂的制备方法
本发明涉及一种具有高自润滑性和高耐磨损性尼龙树脂的制备方法，属高分子材料技术领域。
各种尼龙树脂(PA)，因其具有较高的拉伸、压缩和剪切强度，具有较好的抗腐蚀性、耐热性和耐磨损性，在工业上用来制作各种轴承、齿轮、辊轴、蜗轮、转向轴节，衬套等承担动力传动传导的零部件使用，已有较长的历史，但尼龙存在着吸水性强、耐蠕变性差等缺点。而且随着工业的发展，对尼龙的耐磨损性和自润滑性的要求也越来越高，为了适应更广泛的工业用途和更苛刻的使用条件，人们对尼龙耐摩擦磨损性的改良也有较多的研究。改善尼龙摩擦磨损性能的方法已有很多报道，一般采用较多的方法是，在尼龙树脂中添加如聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等自身摩擦系数较低的高分子材料，添加如硅油、矿物油、有机脂等润滑油，或添加碳纤维、芳胺纤维纤维、二硫化钼(MoS2)、石墨等有机/无机纤维或粉体状润滑材料等等。以上方法，虽然可以在一定程度上改善尼龙树脂的摩擦磨损性能，但往往存在着价格性能比差、材料物性强度低、材料加工性差等一系列缺点。
本发明的目的提出一种具有高自润滑性和高耐磨损性尼龙树脂的制备方法。以达到1)提高尼龙树脂的PV值，该PV值即试样表面发生熔融时，载荷与线速度的乘积，解决其制品在低载荷下发尘表面熔融，只能在低速低负荷条件下使用的问题；2)降低尼龙树脂的摩擦系数，使其可以在无油自润滑的条件下长期使用；3)改善尼龙树脂的耐磨损性能，提高其使用寿命等目的。
本发明提出的具有高自润滑性和高耐磨损性尼龙树脂的制备方法，主要由下列物质相配合，并通过混合、熔融混炼、造粒等过程制造而成。
a.尼龙树脂：以重量计100份
b.超高分子量聚乙烯树脂：0.5～5.0wt％(对尼龙树脂)
c.低分子量聚烯烃蜡：1.0～5.0wt％(同上)
d.脂肪酸酰胺类表面活性剂：0.1～2.0wt％(同上)
本发明提出的具有高自润滑性和高耐磨损性特征的尼龙树脂，是将所列组分按一定比例混合后，经螺杆挤出机，在螺杆转数为15～150转/分、料筒温度为200～270℃条件下熔融混炼、造粒而成。
(1)上述所指的尼龙树脂，系指由C原子数为4～12的脂肪族、脂环族或芳香族的二元酸、二元胺及ω-氨基酸等为原料合成的聚酰胺类均聚物或共聚物，这些均聚物或共聚物通常被称之为尼龙树脂，如尼龙6、尼龙10、尼龙11、尼龙12、尼龙46、尼龙66、尼龙610、尼龙1010、尼龙6T、尼龙6I或尼龙MXD6等等。
(2)上述的超高分子量聚乙烯树脂，为分子量为75万以上的聚乙烯树脂。
(3)上述的低分子量聚烯烃蜡，是指以-[CH2]-为重复单元或主要重复单元的，一般在分子量500～5000范围的均聚物或共聚物；也可以是前述均聚物及共聚物的氧化物或卤化物，但其氧含量或卤素含量一般应低于5wt％。
(4)上述的脂肪酸酰胺类表面活性剂，系指各种脂肪酸和各种脂肪族胺或脂肪族二胺，经酰胺化而成的表面活性剂类物质。
下面介绍本发明的实施例：
实施例1
在日本宇部兴产公司生产的通用型尼龙6树脂(1013B)100份中，添加分子量为425万的超高分子量聚乙烯树脂1.0wt％、分子量为2000的低分子量聚乙烯蜡2.0wt％、乙撑双硬脂酰胺1.0wt％均匀混合，并采用上海挤出机厂Φ30型单螺杆挤出机，在螺杆温度为200～230℃、转数为70rpm条件下造粒，而后，采用浙江镇达机械公司ZT-630型注射机制成摩擦磨损性能测试试样和拉伸试样。采用宣化材料试验机厂制M-200型磨损试验机，测试了摩擦磨损性能测试试样的摩擦系数，比磨损率及PV值等。数值如表1所示。
M-200型磨损试验机测试时试样固定不动，摩擦副转动，摩擦副选用45#钢，表面粗糙度Ra＝0.8，直径50mm，摩擦时转速为200rpm(线速度：31.44m/min)。各摩擦磨损性能定义如下，a)恒载摩擦系数μt：在100N的恒定载荷下，测定1个小时所得的平均摩擦系数。b)变载摩擦系数μp及PV值：从50N的载荷起，每隔10min加载50N直至试样表面熔融。在此，变载摩擦系数μp为50～300N载荷下所得摩擦系数的平均值。PV值为试样表面发生熔融时载荷及线速度的乘积。c)比磨损率Wa：在固定载荷300N，固定线速度31.44m/min的条件下，摩擦5个小时后用感量为1/1000的电子天平测定试样的磨损质量，按式Wa＝(m1-m2)/(ρ·P·V·t)计算。式中，m1、m2：试验前后试样质量(g)；(ρ：试样密度(g/cm3)；P：载荷(N)；V：转速(m/s)；t：测试时间(s)。
实施例2
除将低分子量聚乙烯蜡分子量改为1000，添加量改为4.0wt％外，试样制作条件及摩擦磨损性能测试条件均同实施例1，数值如表1所示。
实施例3
除将超高分子量聚乙烯树脂添加量改为2.0wt％、将乙撑双硬脂酰胺改为己撑双硬脂酰胺，添加量改为2.0wt％外，试样制作条件及摩擦磨损性能测试条件均同实施例1，数值如表1所示。
实施例4
除超高分子量聚乙烯树脂的分子量改为150万，将低分子量聚乙烯蜡添加量改为4.0wt％，将乙撑双硬脂酰胺改为己撑双硬脂酰胺外，试样制作条件及摩擦磨损性能测试条件均同实施例1，数值如表1所示。
实施例5
除将超高分子量聚乙烯树脂的添加量改为5.0wt％、低分子量聚乙烯蜡分子量改为1000，添加量改为1.0wt％、乙撑双硬脂酰胺添加量改为0.5wt％外，试样制作条件及摩擦磨损性能测试条件均同实施例1，数值如表1所示。
实施例6
除将低分子量聚乙烯蜡分子量改为1000，添加量改为4.0wt％、乙撑双硬脂酰胺改为硬脂酰胺外，试样制作条件及摩擦磨损性能测试条件均同实施例1，数值如表1所示。
实施例7
除将低分子量聚乙烯蜡改为氧化乙烯蜡(含氧量1％)，添加量改为4.0wt％外，试样制作条件及摩擦磨损性能测试条件均同实施例1，数值如表1所示。
实施例8
除将尼龙6树脂改为尼龙66树脂(东丽CM3007)，低分子量聚乙烯蜡分子量改为1000，添加量改为4.0wt％，且试样制作时挤出机的料筒温度改为为200～270℃、转数为100rpm外，试样制作条件及摩擦磨损性能测试条件均同实施例1，数值如表1所示。
比较例1
采用和实施例1同样的尼龙6树脂，直接用注射机制成摩擦磨损性能测试试样，并采用和实施例1同样的方法进行摩擦磨损性能测试，数值如表1所示。
比较例2
除将双硬脂酸酰胺1.0wt％改为硬脂酸钙1.0wt％外，试样制作条件及摩擦磨损性能测试条件均同实施例2，数值如表1所示。
比较例3
采用和实施例8同样的尼龙66树脂，直接用注射机制成摩擦磨损性能测试试样，并采用和实施例1同样的方法进行摩擦磨损性能测试，数值如表1所示。
            表1实施例及比较例试样的摩擦磨损性能
    试样   μt   μp   PV值N·m/min     Wamm3/(N·m)
实施例1  0.20  0.18   ≥39200  4.63×10-6
实施例2  0.17  0.16   ≥39200  3.78×10-7
实施例3  0.18  0.18   ≥39200  3.08×10-6
实施例4  0.18  0.15   ≥39200  5.50×10-7
实施例5  0.21  0.20   ≥39200  9.26×10-6
实施例6  0.23  0.21   ≥39200  7.30×10-7
实施例7  0.20  0.18   ≥39200  6.58×10-7
实施例8  0.25  0.22   ≥39200  5.58×10-7
比较例1  0.41  0.51   ≥19800  1.65×10-5
比较例2  0.24  0.18   ≤15000  1.40×10-5
比较例3  0.50  0.45   ≤15000  3.50×10-5

Claims (1)

1、一种具有高自润滑性和高耐磨损性尼龙树脂的制备方法，其特征在于，所用原料为：
a.尼龙树脂：以重量计100份
b.超高分子量聚乙烯树脂：占尼龙树脂的0.5～5.0wt％
c.低分子量聚烯烃蜡：占尼龙树脂的1.0～5.0wt％)
d.脂肪酸酰胺类表面活性剂：占尼龙树脂的0.1～2.0wt％
上述的尼龙树脂，是指由C原子数为4～12的脂肪族、脂环族或芳香族的二元酸、二元胺及ω-氨基酸为原料合成的聚酰胺类均聚物或共聚物，
上述的的超高分子量聚乙烯树脂，为分子量为75万以上的聚乙烯树脂，
上述的的低分子量聚烯烃蜡，是指以-[CH2]-为重复单元的，分子量为500～5000范围的均聚物或共聚物；或前述均聚物及共聚物的氧化物或卤化物，其氧含量或卤素含量应低于5wt％，
上述的脂肪酸酰胺类表面活性剂，是脂肪酸和脂肪族胺或脂肪族二胺，经酰胺化而成的表面活性剂类物质，
将上述所列组分按比例混合后，经螺杆挤出机，在螺杆转数为15～150转/分、料筒温度为200～270℃条件下熔融混炼、造粒而成。
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