CN1693365A - 一种增摩型尼龙复合材料及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明一种增摩型尼龙复合材料及制备工艺，最适用于要求提高机械强度及抗蠕变能力强、摩擦系数高、强度高、耐磨损、耐腐蚀性能良好的材料。采用由尼龙、经硅烷偶联剂处理的氧化铜、氧化铝金属氧化物及碳纤维体增强剂组成的复合材料，以尼龙1010为基体，在尼龙1010基体中添加经硅烷偶联剂处理的氧化铜、氧化铝微米级金属氧化物及碳纤维体作为增强剂，充分混合后注塑构成尼龙基复合材料，其复合材料摩擦系数大；复合材料机械强度高，耐磨损、耐腐蚀性能良好；复合材料成本低，具有良好的性能价格比，并具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及聚合物复合材料及制备工艺，具体说是一种增摩型尼龙复合材料及制备工艺，它尤其适用于要求提高机械强度及抗蠕变能力强、摩擦系数高、耐磨损、耐腐蚀性能良好的工件材料。
背景技术
聚酰胺树酯(Polyamide，简写为PA，俗称尼龙)是工程塑料发展最早的品种之一，目前已广泛应用于航空航天、化工、机械、建筑等工业部门。尼龙是半晶态的高分子聚合物，其结晶度比一般高分子聚合物要低，一般只有25～40％，其分子为线型不对称分子，分子链通常呈绕曲状态。由于分子中存在氮、氧、氢原子，因而其分子链之间易形成氢键，由分子链与酰胺极性基团引起的范德华力和氢键力使其分子间的作用力很大而且复杂，因此尼龙比一般聚合物材料有高的多的表面能，与另一物质接触时有较大的粘附力，摩擦系数较大。此外尼龙还具有比强度高，耐磨损，耐腐蚀等优点。但纯尼龙吸水性较强，抗蠕变能力差，这使得其机械性能降低，尺寸稳定性受到影响，在一定程度上限制了其优良性能的充分发挥。为进一步提高材料性能，克服缺点，人们在纯尼龙中加入各种填料以增强其性能。目前常用的填料为无机物颗粒及各类纤维。由于复合材料制备时可通过对原材料的选择、各组分分布设计和工艺条件的保证等，使原组分材料优点互补，因而增强后的复合材料可以在保留尼龙优良性能的同时，大大提高其机械强度及抗蠕变能力，呈现出优良的综合性能，从而扩大材料的应用范围。目前关于填料增强尼龙复合材料方面的研究主要集中在减摩材料方面，如齿轮、轴承、凸轮等尼龙零件，其工作时需要的摩擦系数较小。但针对摩擦轮、刹车片等零件，不但需要材料具有较高的摩擦系数，而且对材料的机械性能、耐磨性能、绝热性能等也有较高的要求。聚合物由于其独特的材料结构及力学性质，可以较好地满足这些要求，特别是当聚合物的弹性滞后效应成为滚动摩擦副阻力的主要因素时，摩擦介质的改变不会对滚动摩擦系数造成太大影响，这对于需较大的摩擦系数而又要求较小磨损率的应用场合具有特殊的意义。因此，研究制备高性能的增摩型聚合物复合材料，不但可以满足高新技术发展对材料的需求，而且在工程应用中也具有良好的发展前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种摩擦系数高、强度高、耐磨损、耐腐蚀性能良好的增摩型尼龙复合材料及制备工艺。
本发明一种增摩型尼龙复合材料，它由尼龙1010、经硅烷偶联剂处理的氧化铜CuO、和氧化铝AL2O3，金属氧化物及碳纤维体增强剂组成，氧化铜CuO和氧化铝AL2O3为微米级金属氧化物，其中氧化铜CuO的粒度范围为1～24μm；氧化铝AL2O3的粒度范围为15～30μm，微米级金属氧化物的比例含量中，氧化铜CuO所占的质量百分比为15％～18％；氧化铝AL2O3所占的质量百分比为：20％～22％；碳纤维体增强剂为置于空气中经过氧化处理后的PAN基碳纤维，PAN基碳纤维所占的质量百分比为8％～12％。
本发明一种增摩型尼龙复合材料的制备工艺，以尼龙1010为基体，在尼龙1010基体中添加经硅烷偶联剂处理的氧化铜CuO、氧化铝AL2O3微米级金属氧化物及PAN基碳纤维体作为增强剂，充分混合后注塑构成尼龙基复合材料，其具体步骤如下：
①将选定粒度大小的氧化铜CuO和氧化铝AL2O3分别加入质量百分比为1.5～2％的硅烷偶联剂和质量百分比为400％的丙酮放入超声振荡器中振荡30分钟；
②将振荡后的混合物放入50～90℃干燥箱内，待丙酮蒸发后取出研磨并过200#筛；
③将PAN基碳纤维置于空气中进行氧化处理；
④按质量百分比为20％～22％的氧化铝、15％～18％的氧化铜和8％～12％的碳纤维与尼龙1010同时放入球磨机内混料6～8小时；
⑤将混合后的复合材料置于注塑机内加热熔化后，在200～220℃温度下以60～70MPa的注射压力注塑到加热至60～80℃的模具内制成所需产品；
⑥将注塑后的产品置于干燥箱内，在80～100℃温度下保温2～4小时，消除产品内应力。
本发明一种增摩型尼龙复合材料及制备工艺，最适用于要求提高机械强度及抗蠕变能力强、摩擦系数高、耐磨损、耐腐蚀性能良好的工件材料。采用由尼龙1010、经硅烷偶联剂处理的氧化铜CuO、和氧化铝AL2O3，金属氧化物及碳纤维体增强剂组成的复合材料，以尼龙1010为基体，在尼龙1010基体中添加经硅烷偶联剂处理的氧化铜CuO、氧化铝AL2O3微米级金属氧化物及PAN基碳纤维体作为增强剂，充分混合后注塑构成尼龙基复合材料，其复合材料摩擦系数大，一般情况下约为0.5左右；复合材料机械强度高，耐磨损、耐腐蚀性能良好；复合材料成本低，具有良好的性能价格比，并具有广泛的实用性。
具体实施方式
本发明一种增摩型尼龙复合材料，它由尼龙1010、经硅烷偶联剂处理过的氧化铜CuO、氧化铝AL2O3金属氧化物及碳纤维体增强剂组合而成，其中氧化铜CuO和氧化铝AL2O3为微米级金属氧化物，氧化铜粒度为1～24μm，氧化铝粒度为15～30μm，氧化铜CuO所占的质量百分比为15％或16％或17％或18％，氧化铝AL2O3所占的质量百分比为20％或21％或22％，PAN基碳纤维所占的质量百分比为8％～12％。
实施例一、选定粒度大小为5μm的氧化铜CuO和15μm的氧化铝AL2O3，然后分别加入质量百分比为1.5％的硅烷偶联剂和质量百分比为400％的丙酮后超声振荡30分钟，然后放入80℃干燥箱内，待丙酮蒸发后取出研磨并过200目筛；将PAN基碳纤维置于空气中进行氧化处理后，按质量百分比为20％的氧化铝，15％的氧化铜，8％的碳纤维与57％的尼龙1010混合后在球磨机内混料8小时，然后置于注塑机(柱塞注塑机或螺旋注塑机均可)，利用自动旋转柱塞进行熔融混料，使氧化物颗粒及纤维与尼龙1010在融化状态下充分混合，并加热至200℃。待共混复合材料完全融化后，以65MPa的注射压力注塑到加热至80℃的模具内制成所需产品形状。将注塑件置于干燥箱内，在80～100℃温度下保温2～4小时，消除产品内应力，得到最终产品。
实施例二、选定粒度大小为12μm的氧化铜CuO和22μm的氧化铝AL2O3，然后分别加入质量百分比为2％的硅烷偶联剂和质量百分比为400％的丙酮后超声振荡30分钟，然后放入80℃干燥箱内，待丙酮蒸发后取出研磨并过200目筛；将PAN基碳纤维置于空气中进行氧化处理后，按质量百分比为21％的氧化铝、16％的氧化铜、10％的碳纤维与53％的尼龙1010混合后在球磨机内混料8小时，然后置于注塑机(柱塞注塑机或螺旋注塑机均可)内进行熔融混料，使氧化物颗粒及纤维与尼龙1010在融化状态下充分混合，并加热至220℃。待共混复合材料完全融化后，以65MPa的注射压力注塑到加热至80℃的模具内制成所需产品形状。将注塑件置于干燥箱内，在80～100℃温度下保温2～4小时，消除产品内应力，得到最终产品。
实施例三、选定粒度大小为24μm的氧化铜CuO和30μm的氧化铝AL2O3，然后分别加入质量百分比为2％的硅烷偶联剂和质量百分比为400％的丙酮后超声振荡30分钟，然后放入80℃干燥箱内，待丙酮蒸发后取出研磨并过200目筛；将PAN基碳纤维置于空气中进行氧化处理后，按质量百分比为22％的氧化铝，18％的氧化铜，12％的碳纤维与48％的尼龙1010混合后在球磨机内混料8小时，然后置于注塑机(柱塞注塑机或螺旋注塑机均可)内进行熔融混料，使氧化物颗粒及纤维与尼龙1010在融化状态下充分混合，并加热至220℃。待共混复合材料完全融化后，以65MPa的注射压力注塑到加热至80℃的模具内制成所需产品形状。将注塑件置于干燥箱内，在80～100℃温度下保温2～4小时，消除产品内应力，得到最终产品。
Claims (6)
1.一种增摩型尼龙复合材料，它包括尼龙1010，其特征在于：还包括经硅烷偶联剂处理的氧化铜CuO和氧化铝AL2O3金属氧化物及碳纤维体增强剂。
2.根据权利要求1所述的一种增摩型尼龙复合材料，其特征在于：所述的氧化铜CuO和氧化铝AL2O3为微米级金属氧化物，其中氧化铜CuO的粒度范围为1～24μm；氧化铝AL2O3的粒度范围为15～30μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种增摩型尼龙复合材料，其特征在于：所述微米级金属氧化物中，氧化铜CuO所占的质量百分比为15％～18％；氧化铝AL2O3所占的质量百分比为20％～22％。
4.根据权利要求1所述的一种增摩型尼龙复合材料，其特征在于：所述的碳纤维体增强剂为置于空气中经过氧化处理后的PAN基碳纤维。
5.根据权利要求1或4所述的一种增摩型尼龙复合材料，其特征在于：所述的PAN基碳纤维所占的质量百分比为8％～12％。
6.根据权利要求1所述的增摩型尼龙复合材料的制备工艺，以尼龙1010为基体，其特征在于：在尼龙1010基体中添加经硅烷偶联剂处理的氧化铜CuO、氧化铝AL2O3微米级金属氧化物及PAN基碳纤维体作为增强剂，充分混合后注塑构成尼龙基复合材料，具体步骤如下：
①将选定粒度大小的氧化铜CuO和氧化铝AL2O3分别加入质量百分比为1.5～2％的硅烷偶联剂和质量百分比为400％的丙酮放入超声振荡器中振荡30分钟；
②将振荡后的混合物放入50～90℃干燥箱内，待丙酮蒸发后取出研磨并过200#筛；
③将PAN基碳纤维置于空气中进行氧化处理；
④将选定质量百分比微米级的氧化铝、氧化铜和碳纤维与尼龙1010同时放入球磨机内混料6～8小时；
⑤将混合后的复合材料置于注塑机内加热熔化后，在200～220℃温度下以60～70MPa的注射压力注塑到加热至60～80℃的模具内制成所需产品；
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