一種尼龍復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于工程機械零部件材料領域，具體涉及滑塊、滑輪、滑道材料領域。
【背景技術】
[0002] 起重機作為一種垂直提升和水平搬運重物的多動作起重機械，是國家基礎設施建 設和重大工程建設中不可缺少的機械設備，在吊裝過程中，起重機伸縮臂舉升和降落時的 平緩順暢、是否有抖動、定位精確是起重機作業(yè)時的關鍵性能要求，是評價起重機整體性能 的關鍵一環(huán)。作為起重機中的關鍵零部件，尼龍滑塊主要安裝在伸縮臂的間隙中，滑塊阻止 了臂與臂之間的直接摩擦磨損，降低了摩擦力和磨損量，提高了起重臂的性能和穩(wěn)定性，同 時起到支撐臂與臂之間壓力的作用。因此滑塊的性能直接影響了起重臂的穩(wěn)定，影響了起 重機整車的性能。
[0003] 目前使用的滑塊材料主要是普通尼龍，在使用過程中摩擦力較大，造成起重機伸 縮臂開始舉升和下落時阻力大、不平穩(wěn)，同時經過一段時間使用后，滑塊磨損嚴重，導致臂 與臂之間間隙增大，造成起重臂震動較大，起重臂作業(yè)時穩(wěn)定性和精準性降低。
[0004] 現(xiàn)有技術還需要耐磨性更好的尼龍材料。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的一個目的是提供一種高耐磨的尼龍復合材料。本發(fā)明的另一個目的是提 供一種高耐磨尼龍復合材料的制備方法。本發(fā)明的再一個目的是提供一種高耐磨的機械零 部件，例如滑塊、滑輪或滑道。
[0006] 為此，本發(fā)明第一方面提供一種尼龍復合材料，其包含：
[0007] 100份尼龍材料，0· 1~15份潤滑油（例如0· 2~0· 8份、0· 5~15份，4~6份、 5~8份、5~15份、10~15份，優(yōu)選0. 5份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、 9份、10份、11份或12份、13份、14份、15份），0. 1~5份碳納米管（例如0. 2~0. 8份、 0. 3~0. 9份、0. 5~0. 8份、0. 5~1份、0. 5~1. 5份、1. 2~1. 8份，優(yōu)選1份、0. 5份、1 份、1. 5份、2份、2. 5份、3份、3. 5份、4份、4. 5份或5份）。
[0008] 在一個具體實施方案中，所述尼龍復合材料包含：尼龍材料為100份，潤滑油5~ 15份，碳納米管0.5~0.8份。
[0009] 在一個具體實施方案中，所述尼龍復合材料包含：尼龍材料為100份，潤滑油 0· 2~0· 8份（優(yōu)選0· 5份），碳納米管1. 2~1. 8份（優(yōu)選1. 5份）。
[0010] 在一個具體實施方案中，所述尼龍復合材料包含：尼龍材料為100份，潤滑油13~ 15份（優(yōu)選15份），碳納米管0· 2~0· 8份（優(yōu)選0· 5份）。
[0011] 在一個具體實施方案中，所述尼龍復合材料包含：尼龍材料為100份，潤滑油5~ 8份（優(yōu)選6. 7份），碳納米管0· 5~1份（優(yōu)選0· 8份）。
[0012] 在一個具體實施方案中，所述尼龍復合材料包含：尼龍材料為100份，潤滑油4~ 6份（優(yōu)選5份），碳納米管0· 3~0· 9份（優(yōu)選0· 6份）。
[0013] 在一個具體實施方案中，所述尼龍材料為鑄型尼龍。
[0014] 在一個具體實施方案中，所述潤滑油以油滴的形式在尼龍復合材料中分布，例如 均勻地分布。
[0015] 在一個具體實施方案中，所述潤滑油為液態(tài)或半固態(tài)。
[0016] 優(yōu)選地，油滴的形狀為球形或類球形。
[0017] 優(yōu)選地，油滴的尺寸為0· 1~20 μ m，例如2~20 μ m、0. 1~15 μ m、0. 1~10 μ m、 (λ 1 ~ 8 μ m、5 ~ 10 μ m、5 ~ 15 μ m 10 ~ 20 μ m。
[0018] 在一個具體實施方案中，所述碳納米管分布在所述尼龍復合材料中。
[0019] 在一個具體實施方案中，所述碳納米管均勻或非均勻地分布在所述尼龍復合材料 中。
[0020] 本發(fā)明第一方面任一項所述的尼龍復合材料，所述潤滑油選擇但不限于基礎油、 礦物油、動物油、植物油、石油潤滑油、合成潤滑油、潤滑脂、油脂、甘油、皂類物質、蠟類物質 的一種或幾種。
[0021] 在一個具體實施方案中，所述碳納米管為單壁碳納米管和/或多壁碳納米管，所 述碳納米管的直徑優(yōu)選為5~50nm(例如10~30nm或15~30nm)，長度優(yōu)選為10~ 30 μ m (例如 15 ~30 μ m 或 20 ~30 μ m)。
[0022] 在一個具體實施方案中，所述碳納米管為化學或物理改性碳納米管。所述化學或 物理改性可以選用本領域技術人員常用的，提高納米材料在有機溶劑中相容性和分散性的 改性方法，如濃酸處理、表面活性劑處理、表面接枝、表面包覆等。
[0023] 在一個具體實施方案中，所述碳納米管經濃酸處理改性。具體地，首先量取10g碳 納米管，配制硝酸：硫酸為1:1的混合溶液300ml，碳納米管和混合溶液倒入500ml的三口 燒瓶中，攪拌加熱至（40~45) °C，保溫（1~1. 5) h，減壓蒸餾干燥，稀釋至中性，再減壓蒸 餾干燥。
[0024] 本發(fā)明第一方面任一項所述的尼龍復合材料，其具有以下一項或多項材料性能指 標：
[0025] 1)拉伸強度：80 ~140MPa，優(yōu)選 90 ~130MPa，
[0026] 2)彎曲強度：90 ~120MPa，優(yōu)選 100 ~120MPa，
[0027] 3)壓縮強度：90 ~130MPa，優(yōu)選 100 ~120MPa，
[0028] 4)斷裂伸長率：30~75%，優(yōu)選50~75%，
[0029] 5)無缺口沖擊強度（使用50J擺錘測試，只記錄是否斷裂）：不斷裂，
[0030] 6)缺口沖擊強度：5 ~20KJ/m2,優(yōu)選 10 ~20KJ/m2，
[0031] 7)摩擦系數（干態(tài)）μ :μ彡0· 35(例如μ彡0· 3、μ彡0· 25、μ彡0· 2、μ彡0· 15 或 μ 彡 0· 12),
[0032] 8)磨損量（2 小時，20kg) W2。：W2。彡 2. 5mg，優(yōu)選 K 2mg 或 Κ 1. 5mg，
[0033] 9)磨損量（2 小時，40kg) W4。：W4。彡 4mg，優(yōu)選 W4。彡 3mg 或 W4。彡 2. 6mg。
[0034] 本發(fā)明第二方面提供一種本發(fā)明第一方面任一項所述尼龍復合材料的制備方法， 包括將潤滑油和碳納米管加入到尼龍聚合原料中，適當地分散，然后使尼龍聚合原料聚合、 成型。
[0035] 優(yōu)選地，所述尼龍聚合原料為己二胺、己二酸、癸二酸、癸二胺或己內酰胺中一種 或幾種的混合物。
[0036] 優(yōu)選地，所述成型為澆鑄成型、離心鑄造成型、注射成型或擠出成型。
[0037] 本發(fā)明尼龍復合材料的制備方法可以采用常規(guī)的尼龍聚合及成型方法，例如在聚 合前將潤滑油和碳納米管加入到熔融己內酰胺中，適當地分散，然后使己內酰胺聚合、成 型。
[0038] 在一個具體實施方案中，尼龍復合材料的制備方法包括：
[0039] (1)以己內酰胺為尼龍聚合原料，加熱至完全熔融，
[0040] ⑵加入潤滑油，攪拌加熱至（120±5) °C，使己內酰胺和潤滑油混合均勻，
[0041] (3)加入催化劑，加熱至（135±5) °C，
[0042] (4)加入碳納米管，保溫3~5min,
[0043] (5)加入活化劑，
[0044] (6)澆鑄成型。
[0045] 步驟（1)~（4)優(yōu)選在脫水條件下進行，優(yōu)選采用減壓蒸餾方法或無水氣體保護 (例如無水氮氣保護）方法實現(xiàn)脫水條件。
[0046] 優(yōu)選地，所述催化劑為具有強堿性的堿金屬、堿土金屬、金屬氧化物或衍生物的一 種或多種，例如NaOH、Κ0Η、乙醇鈉中的一種或多種。催化劑還可以選用本領域人員常用的 陰離子催化聚合催化劑。
[0047] 優(yōu)選地，所述活化劑為異氰酸酯、例如芳香族異氰酸酯或脂肪族異氰酸酯的一種 或多種，例如甲苯二異氰酸酯（tdi)或異佛爾酮二異氰酸酯（iroi)的一種或多種?；罨瘎?還可以選用本領域人員常用的陰離子催化聚合活化劑。
[0048] 本發(fā)明第三方面提供一種機械零部件，由本發(fā)明第一方面任一項所述尼龍復合材 料制得。
[0049] 在一個具體實施方案中，所述機械零部件為滑塊、滑輪或滑道等耐磨零部件，例如 用于工廠機械起重機的滑塊、滑輪或滑道等耐磨零部件。
[0050] 本發(fā)明的有益效果
[0051] 本發(fā)明尼龍復合材料包含100份尼龍材料，0. 1~15份潤滑油，0. 1~5份碳納米 管。發(fā)明人出人意料地發(fā)現(xiàn)，這種尼龍復合材料具有較好的耐磨性能，例如具有較低的磨損 量，尤其是較低的高負荷（40kg)磨損量以及較低的摩擦系數。
[0052] 發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)本發(fā)明尼龍復合材料的力學性能也很好，例如具有較高的拉伸強 度、彎曲強度、壓縮強度、斷裂伸長率或沖擊強度。
[0053] 進一步，本發(fā)明尼龍復合材料的制備方法簡單、成本低廉，適于大批量生產。該材 料可加工成滑塊、滑輪、滑道等的機械零部件，由于其摩擦系數低、耐磨性好、又具有很好的 力學性能，因此其制備的零件潤滑效果佳、使用周期長、質量穩(wěn)定性高，在材料領域和工程 機械領域都具有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0054] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：
[0055] 圖1為實施例1尼龍復合材料的電子顯微鏡圖片。
【具體實施方式】
[0056] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
[0057] 實施例1
[0058] 在真空脫水環(huán)境下，將己內酰胺200g加熱至完全熔融，加入l.Og基礎油（長城 250SN)，攪拌加熱至（120 ± 5) °C，使己內酰胺和基礎油混合均勻，加入0. 8gNa0H，加熱至 (135±5) °C，加入3. 0g經濃酸處理改性的碳納米管（直徑10~30nm，長度20~30 μ m)， 保溫3min。然后加入0.6g甲苯二異氰酸酯，迅速澆鑄到預熱后的模具，保溫一定時間后完 成聚合反應，即獲得尼龍復合材料。
[0059] 濃酸處理改性碳納米管的方法為：將碳納米管分散于硝酸：硫酸重量比為1:1的 混合溶液，攪拌加熱至（40~45) °C，保溫1. 5h，減壓蒸餾干燥，稀釋至中性，再減壓蒸餾干 燥。<