專(zhuān)利名稱(chēng)：一種耐磨自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種耐磨自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境以及技術(shù)等方面的原因，自潤(rùn)滑材料技術(shù)是目前潤(rùn)滑技術(shù)的 發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)械強(qiáng)度高和摩擦性能好的自潤(rùn)滑復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)成為摩擦學(xué)領(lǐng)域的重要熱 點(diǎn)。聚合物基自潤(rùn)滑復(fù)合材料以其重量輕、成型性好等優(yōu)點(diǎn)也受到此領(lǐng)域的研發(fā)人員的關(guān)注。聚酰胺，即尼龍，是產(chǎn)量和用量最大的工程塑料，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐磨性、耐 熱性和電絕緣性，是最早被用作自潤(rùn)滑材料的塑料之一。因?yàn)槟猃堅(jiān)诟赡Σ翖l件下具有較 高的摩擦系數(shù)，且吸水率較高，在一定程度上影響了其制品的尺寸穩(wěn)定性，所以使得尼龍自 潤(rùn)滑材料的摩擦學(xué)性能不高，力學(xué)強(qiáng)度也難以滿(mǎn)足某些特殊技術(shù)領(lǐng)域的要求。為了適應(yīng)更 廣泛的工業(yè)用途和更苛刻的使用條件，科研工作者嘗試引入各種添加材料來(lái)改善尼龍的耐 摩擦磨損性能的方法已有很多報(bào)道，一般采用較多的方法是，在尼龍樹(shù)脂中添加聚四氟乙 烯(PTFE)、聚乙烯(PE)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等自身摩擦系數(shù)較低的高分子材料； 添加如硅油、礦物油、有機(jī)脂等潤(rùn)滑油；或添加碳纖維、芳綸纖維、二硫化鉬(MoS2)、石墨等 有機(jī)/無(wú)機(jī)纖維或粉體狀潤(rùn)滑材料等等。以上方法，雖然可以在一定程度上改善尼龍材料 的摩擦磨損性能，但往往存在著材料加工性能差、物理機(jī)械性能和性?xún)r(jià)比不高等一系列缺 點(diǎn)ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種易于加工、相容性好、摩擦系數(shù)低、拉伸強(qiáng)度、表面硬度等 綜合性能優(yōu)異的耐磨自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料；另一目的在于提供其制備方法。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案該耐磨自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料，原料由如下重量份組成尼龍100份；碳纖維10-30份；聚乙烯5-15份；相容劑2-4份；輻照敏化劑0. 5-3 份；抗氧化劑0. 1-0. 3份；聚四氟乙烯5-15份。所述的相容劑為聚烯烴接枝馬來(lái)酸酐，優(yōu)選 相容劑CMG9805、CMG9802 ；抗氧化劑為抗氧劑1010 (四[甲基-β - (3，5-二叔丁基-4-羥 基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯)或抗氧劑168 (三[2. 4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯)或二 者的混合物，優(yōu)選二者的混合物；輻照敏化劑為三烯丙基異氰尿酸酯(TAIC)或三羥甲基丙 烷三丙烯酸酯(TMPTA)，優(yōu)選三烯丙基異氰尿酸酯。其通過(guò)以下各步驟制得(1)按照上述重量份配比將干燥處理后的尼龍粒料、輻射預(yù)處理后的聚乙烯、聚四 氟乙烯、相容劑、抗氧化劑和輻照敏化劑在高速攪拌機(jī)中攪拌混合均勻；(2)將步驟(1)得到的混合物料經(jīng)喂料器送入雙螺桿擠出機(jī)中，并在擠出過(guò)程中，在雙螺桿擠出機(jī)的側(cè)向加料口加入輻射預(yù)處理后的碳纖維；(3)將步驟(2)得到的物質(zhì)經(jīng)過(guò)拉條、冷卻、切拉、干燥處理；(4)將步驟(3)得到的粒料經(jīng)注塑成型得到所述尼龍/聚四氟乙烯/碳纖維復(fù)合 材料；(5)將步驟(4)得到的尼龍/聚四氟乙烯/碳纖維復(fù)合材料放在6tlCo γ射線(xiàn)或電子束下常溫常壓進(jìn)行輻射交聯(lián)改性，輻射的劑量為90-120kGy，然后再進(jìn)行加熱后處理。步驟(1)中尼龍的干燥條件優(yōu)選在90-100°C下真空干燥10_12h ；聚乙烯的輻射 預(yù)處理是采用6tlCo γ -射線(xiàn)或電子加速器輻照30-50kGy。步驟(2)中碳纖維的輻射預(yù)處理是采用6tlCo Y-射線(xiàn)或電子加速器輻照20_40kGy。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，有以下優(yōu)點(diǎn)采用本發(fā)明制備的尼龍/聚四氟乙烯/碳纖維復(fù)合材料不僅具有優(yōu)異的摩擦學(xué) 性能、自潤(rùn)滑性能和物理機(jī)械性能，而且具有良好的尺寸穩(wěn)定性和耐熱性能，其彎曲強(qiáng)度可 達(dá)164-170MPa ；彎曲模量為6. 9-8. 2GPa ；拉伸強(qiáng)度為120. 1-130. 8MPa ；摩擦系數(shù)平均值為 0. 17;沖擊強(qiáng)度為8. 5-10. 7kJ/m2?？蓮V泛應(yīng)用在自潤(rùn)滑軸承、軸套、機(jī)械凸輪、齒輪、抽油桿 接箍和無(wú)油潤(rùn)滑材料等領(lǐng)域。合成方法簡(jiǎn)單可行，具有工業(yè)化應(yīng)用前景。


圖是本發(fā)明工藝路線(xiàn)圖。
具體實(shí)施例方式以下以具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此實(shí)施例11)按照重量配比稱(chēng)取原料；2)將準(zhǔn)備好的5份高密度聚乙烯和10份的碳纖維分別用6tlCo γ -射線(xiàn)或電子加 速器10kGy/h劑量率分別輻照4h和3h ；3)將100份經(jīng)干燥處理的尼龍6粒料和步驟(2)得到的高密度聚乙烯，再加入8 份的聚四氟乙烯(PTFE)超細(xì)粉，0. 2份的抗氧化劑抗氧劑1010和抗氧劑168各占0. 1份， 3份的相容劑CMG9805，2份的輻照敏化劑三烯丙基異氰尿酸酯(TAIC)，在高速混合機(jī)中攪 拌混合均勻；4)將步驟(3)得到的物質(zhì)經(jīng)喂料器送入雙螺桿擠出機(jī)中，并在雙螺桿擠出機(jī)的側(cè) 向加料口加入步驟(2)得到的碳纖維，所述雙螺桿擠出機(jī)各段溫度從加料口到機(jī)頭溫度分 別是 200"C、220"C、230"C、230"C、230"C、210°C，其轉(zhuǎn)速為 180r. p. m ；5)將步驟(4)得到的物質(zhì)經(jīng)過(guò)拉條、冷卻、切粒、干燥處理后，在注塑機(jī)上注射成 型得到標(biāo)準(zhǔn)樣條；6)將上步得到的試樣用6tlCo Y _射線(xiàn)或電子加速器10kGy/h處照射90kGy劑量，然 后進(jìn)行熱處理得到的尼龍6復(fù)合材料，經(jīng)塑料試樣性能測(cè)試的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得其主要性能， 見(jiàn)表1。實(shí)施例21)按照重量配比稱(chēng)取原料；
2)將準(zhǔn)備好的10份高密度聚乙烯和20份的碳纖維分別用6tlCo γ -射線(xiàn)或電子加 速器10kGy/h劑量率輻照3h和4h ；3)將100份經(jīng)干燥處理的尼龍6粒料和步驟(2)得到的高密度聚乙烯，再加入10 份的聚四氟乙烯(PTFE)超細(xì)粉，0.2份的抗氧化劑1010，2份的相容劑CMG9805，1份的輻照 敏化劑三烯丙基異氰尿酸酯(TAIC)，在高速混合機(jī)中攪拌混合均勻；4)將步驟(3)得到的物質(zhì)經(jīng)喂料器送入雙螺桿擠出機(jī)中，并在雙螺桿擠出機(jī)的側(cè) 向加料口加入步驟(2)得到的碳纖維，所述雙螺桿擠出機(jī)各段溫度從加料口到機(jī)頭溫度分 別是 200"C、220"C、230"C、230"C、230"C、210°C，其轉(zhuǎn)速為 180r. p. m ；5)將步驟(4)得到的物質(zhì)經(jīng)過(guò)拉條、冷卻、切粒、干燥處理后，在注塑機(jī)上注射成 型得到標(biāo)準(zhǔn)樣條；6)將上步得到的試樣用6tlCo γ -射線(xiàn)或電子加速器10kGy/h處吸收120kGy劑量， 然后進(jìn)行熱處理得到的尼龍6復(fù)合材料，經(jīng)塑料試樣性能測(cè)試的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得其主要性 能，見(jiàn)表1。 對(duì)比例1 1)按照重量配比稱(chēng)取原料；2)將準(zhǔn)備好的10份高密度聚乙烯和20份的碳纖維用6tlCo γ -射線(xiàn)或電子加速器 10kGy/h劑量率輻照5h和3h ；3)將100份經(jīng)干燥處理的尼龍6和步驟(2)得到的HDPE，再加入8份的聚四氟乙 烯(PTFE)超細(xì)粉，0. 2份的抗氧化劑抗氧劑1010和抗氧劑168各占0. 1份，3份的相容劑 CMG9805，在高速混合機(jī)中攪拌混合均勻；4)將步驟(3)得到的物質(zhì)經(jīng)喂料器送入雙螺桿擠出機(jī)中，并在雙螺桿擠出機(jī)的側(cè) 向加料口加入步驟(2)得到的碳纖維，所述雙螺桿擠出機(jī)各段溫度從加料口到機(jī)頭溫度分 別是 200"C、220"C、230"C、230"C、230"C、210°C，其轉(zhuǎn)速為 180r. p. m ；5)將步驟(4)得到的物質(zhì)經(jīng)過(guò)拉條、冷卻、切粒、干燥處理后，在注塑機(jī)上注射成 型得到標(biāo)準(zhǔn)樣條，得到的尼龍6復(fù)合材料，經(jīng)塑料試樣性能測(cè)試的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得其主要性 能，見(jiàn)表1。對(duì)比例2:1)按照重量配比稱(chēng)取原料；2)將100份經(jīng)干燥處理的尼龍6與10份高密度聚乙烯(沒(méi)經(jīng)過(guò)輻照處理)混合， 再加入8份的聚四氟乙烯(PTFE)超細(xì)粉，0. 2份的抗氧化劑抗氧劑1010和抗氧劑168各 占0. 1份，3份的相容劑CMG9805，在高速混合機(jī)中攪拌混合均勻；3)將步驟(3)得到的物質(zhì)經(jīng)喂料器送入雙螺桿擠出機(jī)中，并在雙螺桿擠出機(jī)的側(cè) 向加料口加入20份的碳纖維(沒(méi)經(jīng)過(guò)輻照處理)，所述雙螺桿擠出機(jī)各段溫度從加料口到 機(jī)頭溫度分別是 200 0C > 220 0C > 230 0C > 230 0C > 230 0C > 210 0C，其轉(zhuǎn)速為 180r. p. m ；4)將步驟(4)得到的物質(zhì)經(jīng)過(guò)拉條、冷卻、切粒、干燥處理后，在注塑機(jī)上注射成 型得到標(biāo)準(zhǔn)樣條，得到的尼龍6復(fù)合材料，經(jīng)塑料試樣性能測(cè)試國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得其主要性能， 見(jiàn)表1。表1產(chǎn)品主要性能指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果
由此可以看出，采用本發(fā)明方法制得的尼龍/聚四氟乙烯/碳纖維復(fù)合材料綜合 性能優(yōu)于對(duì)比例，并且具有較好的性?xún)r(jià)比。
權(quán)利要求
一種耐磨自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料，其特征在于，原料由下述重量份組成尼龍100份，碳纖維10-30份，聚乙烯5-15份，相容劑2-4份，輻照敏化劑0.5-3份，抗氧化劑0.1-0.3份，聚四氟乙烯5-15份；并通過(guò)碳纖維、聚乙烯的輻射預(yù)處理、復(fù)合材料的制備及復(fù)合材料的輻射交聯(lián)改性步驟制得；所述的相容劑為聚烯烴接枝馬來(lái)酸酐；輻照敏化劑為三烯丙基異氰尿酸酯或三羥甲基丙烷三丙烯酸酯；抗氧化劑為抗氧劑1010或抗氧劑168或二者的混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的耐磨自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，通過(guò)以下 步驟制得(1)按照權(quán)利要求1所述的重量份，將干燥處理后的尼龍粒料、輻射預(yù)處理后的聚乙 烯、聚四氟乙烯、抗氧化劑、相容劑和輻照敏化劑在高速攪拌機(jī)中攪拌混合均勻；(2)將步驟(1)得到的混合物料經(jīng)喂料器送入雙螺桿擠出機(jī)中，并在擠出過(guò)程中在雙 螺桿擠出機(jī)的側(cè)向加料口加入輻射預(yù)處理后的碳纖維；(3)將步驟(2)得到的物質(zhì)經(jīng)過(guò)拉條、冷卻、切拉、干燥處理；(4)將步驟(3)得到的粒料經(jīng)注塑成型得到所述尼龍/聚四氟乙烯/碳纖維復(fù)合材料；(5)將步驟(4)得到的尼龍/聚四氟乙烯/碳纖維復(fù)合材料放在6°Coy射線(xiàn)或電子束 下常溫常壓進(jìn)行輻射交聯(lián)改性，輻射的劑量為90-120kGy，然后再進(jìn)行加熱后處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐磨自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的 碳纖維的輻射預(yù)處理是采用6°Co y -射線(xiàn)或電子加速器輻照20-40kGy。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐磨自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的 聚乙烯的輻射預(yù)處理是采用6°Co y -射線(xiàn)或電子加速器輻照30-50kGy。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種耐磨自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料及其制備方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。該耐磨自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料的原料重量份配比如下尼龍100份；碳纖維10-30份；聚乙烯5-15份；相容劑2-4份；輻照敏化劑0.5-3份；抗氧化劑0.1-0.3份；聚四氟乙烯5-15份。通過(guò)碳纖維、聚乙烯的輻射預(yù)處理、尼龍/聚四氟乙烯/碳纖維復(fù)合材料的制備及尼龍/聚四氟乙烯/碳纖維復(fù)合材料的輻射交聯(lián)改性等步驟制得。本發(fā)明制備的耐磨自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料不僅具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能、自潤(rùn)滑性能和物理機(jī)械性能，而且具有良好的尺寸穩(wěn)定性和耐熱性能，可廣泛應(yīng)用在自潤(rùn)滑軸承、軸套、機(jī)械凸輪、齒輪、抽油桿接箍和無(wú)油潤(rùn)滑材料等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C08L27/18GK101864168SQ201010223859
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者朱軍, 李召朋, 李坤豪, 楊明成, 王萬(wàn)里, 王允, 趙惠東 申請(qǐng)人:河南省科學(xué)院同位素研究所有限責(zé)任公司