一種高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法，所述復(fù)合材料按重量份組成包括：聚酰胺66 30-70份，接枝型增韌劑3-10份，共聚型增韌劑3-10份，耐磨母粒10-50份，耐磨增強(qiáng)填料20-40份，熱穩(wěn)定劑0.1-3份，成核劑0.1-3份，潤滑劑0.1-3份和硅烷偶聯(lián)劑0.1-1份；先按重量份數(shù)稱取聚酰胺66、接枝型增韌劑、共聚型增韌劑、耐磨母粒和耐磨增強(qiáng)填料加入混合機(jī)中混合均勻；再按重量份稱取熱穩(wěn)定劑、成核劑、潤滑劑和硅烷偶聯(lián)劑倒入混料機(jī)中與前述混合物一起混合均勻；將最終均勻混合液投入雙螺桿擠出后經(jīng)注塑機(jī)注塑成型得復(fù)合材料；具有高剛性、高韌性、高耐熱、高耐磨以及加工精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種高強(qiáng)度耐磨聚釀胺復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[OOCM ]本發(fā)明涉及尚分子材料領(lǐng)域，特別涉及一種尚剛性、尚初性、尚耐熱、尚耐磨以及 高尺寸穩(wěn)定性的聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代材料科學(xué)的飛速發(fā)展，越來越多的金屬材料被工程塑料所替代;工程塑 料常被用來制作齒輪、軸承、軸套等結(jié)構(gòu)功能件，溫度、濕度以及轉(zhuǎn)速等因素都會(huì)對材料的 使用壽命有很大的影響，從而要求耐磨工程塑料具有較低的摩擦系數(shù)和摩擦損耗，同時(shí)還 應(yīng)該具有高剛性、高韌性、高耐熱的特性；目前一般的耐磨工程塑料具有以下不足之處：1. 耐磨填料的添加量較大，導(dǎo)致材料的剛性或者韌性不夠，且不能同時(shí)兼顧2.材料的耐溫性 不夠，持續(xù)高溫工作下，制件容易變形3.材料的熱穩(wěn)定性不佳，長時(shí)間工作后，機(jī)械性能下 降明顯4.普通耐磨工程塑料的存在較大的后收縮問題，尺寸穩(wěn)定性不佳，安裝精度低;聚酰 胺(polyamide，簡稱PA)俗稱尼龍，它是大分子主鏈重復(fù)單元中含有酰胺基團(tuán)的高聚物的總 稱;聚酰胺具有良好的綜合性能，包括力學(xué)性能、耐熱性、耐磨損性和耐化學(xué)藥品性和自潤 滑性，摩擦系數(shù)低，并具有一定的阻燃性能;聚酰胺66作為聚酰胺家族中的重要品種，雖然 具有許多優(yōu)點(diǎn)，但作為一些特殊耐磨結(jié)構(gòu)功能件的應(yīng)用，還需進(jìn)一步提高材料的剛性、韌 性、耐熱、耐磨性能，減小吸水率提高尺寸穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了提高聚酰胺材料的機(jī)械性能、耐熱性能、耐磨性能以及高尺寸穩(wěn)定性，本發(fā)明 提供一種高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù)合材 料，所述復(fù)合材料按重量份組成包括:聚酰胺66 30-70份，接枝型增韌劑3-10份，共聚型增 韌劑3-10份，耐磨母粒10-50份，耐磨增強(qiáng)填料20-40份，熱穩(wěn)定劑0.1-3份，成核劑0.1-3份， 潤滑劑〇. 1-3份和硅烷偶聯(lián)劑0.1-1份。
[0005] 作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的，所述接枝型增韌劑為線性低密度聚乙烯接枝馬來酸 酐、乙烯-辛烯接枝馬來酸酐、三元乙丙橡膠接枝馬來酸酐、乙烯-丙烯接枝馬來酸酐和乙 烯-辛烯接枝丙烯酸的一種或兩種以上。
[0006] 作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的，所述的共聚型增韌劑為乙烯和馬來酸酐間規(guī)共聚物、 苯乙烯-馬來酸酐無規(guī)共聚物、乙烯和丙烯酸甲酯共聚物、乙烯和丙烯酸丁酯共聚物中的一 種或兩種以上。
[0007] 所述耐磨母粒材料按重量份組成包括:低聚酰胺66 60-80份，耐磨填料10-40份， 潤滑劑〇. 1-3份，硅烷偶聯(lián)劑0.1-3份，熱穩(wěn)定劑0.1-3份;所述低聚酰胺為相對粘度為2.0-2.6的PA66;所述耐磨填料為二硫化鉬、低分子量聚四氟乙烯、石墨、改性硅油、二氧化硅的 一種或兩種以上。
[0008] 作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的，所述耐磨增強(qiáng)填料為表面經(jīng)過硅氧烷處理的無堿玻璃 纖維、玻璃微珠、芳綸纖維的一種或兩種以上。
[0009] 作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的，所述熱穩(wěn)定劑為受阻酚穩(wěn)定劑、亞磷酸酯穩(wěn)定劑、內(nèi)酯 穩(wěn)定劑、無機(jī)銅鹽復(fù)合穩(wěn)定劑(碘化亞銅與碘化鉀的混合物）、有機(jī)銅鹽復(fù)合穩(wěn)定劑(有機(jī)銅 鹽與有機(jī)鹵素增效劑的混合物)的一種或兩種以上。
[0010] 作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的，所述成核劑為2，2'_亞甲基雙(4,6-二叔丁基苯基)磷 酸酯鈉 、褐煤酸鹽、對二甲基二亞芐基山梨醇、苯甲酸鈉、納米級(jí)滑石粉的一種或兩種以上。
[0011] 作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的，所述潤滑劑為季戊四醇硬脂酸酯、改性乙撐雙硬脂酰 胺、改性聚乙烯蠟的一種或兩種以上。
[0012] 作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的，所述硅烷偶聯(lián)劑為3_氨丙基二乙氧基硅烷、γ -（2，3-環(huán)氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的一種或兩種以上。
[0013] 制備高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù)合材料方法，包括以下步驟： 步驟一，按重量份稱取低聚酰胺66 60-80份，耐磨填料10-40份，潤滑劑0.1-3份，硅烷 偶聯(lián)劑0.1-3份，熱穩(wěn)定劑0.1-3份，投入高速混合機(jī)中充分混合，使得硅烷偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定 劑、潤滑劑材料分散均勻，混合時(shí)間8分鐘;將混合好的耐磨母粒加入雙螺桿擠出機(jī)熔融共 混，擠出造粒，經(jīng)充分塑化、熔融從雙螺桿擠出機(jī)擠出、拉條、切粒、烘干包裝待用； 步驟二，按重量份稱取聚酰胺66 30-70份，接枝型增韌劑3-10份，共聚型增韌劑3-10 份，耐磨母粒10-50份，耐磨增強(qiáng)填料20-40份，加入高速混合機(jī)中充分混合，混合時(shí)間為10 分鐘； 步驟三，按重量份稱取熱穩(wěn)定劑0.1-3份，成核劑0.1-3份，潤滑劑0.1-3份和硅烷偶聯(lián) 劑0.1-1份，倒入高速混合機(jī)中同上面的混合物一起充分混合，混合時(shí)間為10分鐘； 步驟四，將混合好的材料加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混，擠出造粒，其中短玻纖從側(cè) 喂料加入，經(jīng)充分塑化、熔融，從雙螺桿擠出、拉條、切粒，烘干;雙螺桿擠出機(jī)的長徑比為 40: 1，雙螺桿擠出機(jī)一區(qū)至六區(qū)的溫度分別為230°C~280°C，真空度-0.04ΜΡΑ~-0.07MPA，螺桿轉(zhuǎn)速為400~550轉(zhuǎn)/分，將所制得的材料經(jīng)注塑機(jī)注塑成型。
[0014] 由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明采用不 同種類聚酰胺材料，保證材料良好的加工性能和較高的機(jī)械物理性能;本發(fā)明高強(qiáng)度耐磨 聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，操作簡單，易于生產(chǎn);本發(fā)明聚酰胺復(fù)合材料具有成型周期 短，生產(chǎn)效率高，對高強(qiáng)度耐磨工程塑料的制備有積極的意義;本發(fā)明高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù) 合材料易于加工成各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的耐磨制品（軸承、軸套、齒輪等），相比于以前的耐磨聚酰 胺復(fù)合材料具有高剛性、高韌性、高耐熱、高耐磨以及加工精度高等優(yōu)點(diǎn)，對結(jié)構(gòu)功能材料 的"以塑代鋼"產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明制備方法作進(jìn)一步說明： 實(shí)施例1: 采用以下重量百分比的原料 聚酰胺66 (以下簡稱A)(粘度為2.6-3.0) 42% 接枝型增韌劑（以下簡稱B) 7% 共聚型增韌劑（以下簡稱C) 3% 耐磨母粒(以下簡稱D) 15% 耐磨增強(qiáng)填料(以下簡稱E)(復(fù)合材料，短纖）30% 熱穩(wěn)定劑（以下簡稱F) 0.7% 成核劑（以下簡稱G) 0.8% 潤滑劑（以下簡稱H) 1% 硅烷偶聯(lián)劑（以下簡稱I) 0.5% 將上述組分通過以下工藝方法制得PA66復(fù)合材料 步驟一，耐磨母粒的制備： 低粘聚酰胺尼龍66(粘度為2.0-2.6)， 82.5% 耐磨填料1 (合肥金鑫的二硫化鉬，分子量160.07 ) 6% 耐磨填料2(上海華誼石墨0號(hào)，900目） 10% 潤滑劑 1% 硅烷偶聯(lián)劑 0.3% 熱穩(wěn)定劑 0.2% 將制備耐磨母粒的幾種材料置于高速混合機(jī)中充分混合，使得硅烷偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑、 潤滑劑材料分散均勻，混合時(shí)間8分鐘。
[0016] 將混合好的耐磨母粒加入雙螺桿擠出機(jī)熔融共混，擠出造粒，經(jīng)充分塑化、熔融從 雙螺桿擠出機(jī)擠出、拉條、切粒、烘干包裝待用。
[0017] 將A\B\C\D\E材料加入高速混合機(jī)中充分混合，混合時(shí)間為10分鐘。
[0018] 將F\G\H\I倒入高速混合機(jī)中同上面的混合物一起充分混合，混合時(shí)間為10分鐘。
[0019] 將混合好的材料加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混，擠出造粒，其中短玻纖從側(cè)喂 料加入，經(jīng)充分塑化、恪融，從雙螺桿擠出、拉條、切粒，烘干;雙螺桿擠出機(jī)的長徑比為40: 1，雙螺桿擠出機(jī)一區(qū)至六區(qū)的溫度分別為230°C~280°C，真空度-0.04MPA~-0.07MPA，螺 桿轉(zhuǎn)速為400~550轉(zhuǎn)/分，將所制得的材料經(jīng)注塑機(jī)注塑成型。
[0020] 實(shí)施例2: 采用以下重量百分比的原料： 聚酰胺66 (粘度為2.6-3.0) 46% 接枝型增韌劑 6% 共聚型增韌劑 3% 耐磨母粒 12% 耐磨增強(qiáng)填料（巨石玻纖，988A-2000) 30% 熱穩(wěn)定劑 0.7% 成核劑 0.8% 潤滑劑 1% 硅烷偶聯(lián)劑 0.5% 耐磨母粒的制備采用以下重量百分比： 低粘聚酰胺尼龍66(粘度為2.0-2.6)， 86.5% 耐磨填料1 (合肥金鑫的二硫化鉬，分子量160.07 ) 6% 耐磨填料2(上海華誼石墨0號(hào)，900目） 6% 潤滑劑 1% 硅烷偶聯(lián)劑 0.3% 熱穩(wěn)定劑 0.2% 耐磨母粒的制備同實(shí)施例1相同。
[0021]復(fù)合材料的制備，巨石玻纖從雙螺桿擠出機(jī)的玻纖口引入，其余同實(shí)施例1相同。
[0022] 實(shí)施例3: 采用以下重量百分比的原料： 聚酰胺66 46% 接枝型增韌劑 5% 共聚型增韌劑 3% 耐磨母粒 13% 耐磨增強(qiáng)填料(巨石玻纖，988A-2000) 30% 熱穩(wěn)定劑 0.7% 成核劑 0.8% 潤滑劑 1% 硅烷偶聯(lián)劑 0.5% 耐磨母粒的制備采用以下重量百分比： 低粘聚酰胺尼龍66(粘度為2.0-2.6)， 81.5% 耐磨填料1 (合肥金鑫的二硫化鉬，分子量160.07 ) 7% 耐磨填料2(日本大金L-5) 10% 潤滑劑 1% 硅烷偶聯(lián)劑 0.3% 熱穩(wěn)定劑 0.2% 實(shí)施例3的復(fù)合材料的制備同實(shí)施例2。
[0023] 實(shí)施例4: 采用以下重量的百分比原料： 聚酰胺66 45% 接枝型增韌劑 5% 共聚型增韌劑 5% 耐磨母粒 12% 耐磨增強(qiáng)填料(巨石玻纖，988A-2000) 30% 熱穩(wěn)定劑 0.7% 成核劑 0.8% 潤滑劑 1% 硅烷偶聯(lián)劑 0.5% 耐磨母粒的制備： 低粘聚酰胺尼龍66(粘度為2.0-2.6)，78.5% 耐磨填料（日本大金L-5) 20% 潤滑劑 1% 硅烷偶聯(lián)劑 0.3% 熱穩(wěn)定劑 0.2% 實(shí)施例4的復(fù)合材料的制備同實(shí)施例2。
[0024]將上述實(shí)施例1~4制得的聚酰胺復(fù)合材料分別通過注塑機(jī)注塑成型，然后進(jìn)行力 學(xué)性能測試.其中拉伸強(qiáng)度按照IS0527測試，測試速度為50mm/min，彎曲強(qiáng)度和彎曲模量按 照IS0178測試，測試速率為2mm/min;簡支梁缺口沖擊強(qiáng)度按照IS0180進(jìn)行測試。
[0025]耐磨測試方法:將實(shí)施例1~4的復(fù)合材料分別通過注塑機(jī)連續(xù)注塑成型，分別制 得齒輪，將齒輪安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，在高速旋轉(zhuǎn)下200小時(shí)，觀察齒輪的磨損情況;實(shí)驗(yàn)室環(huán)境 條件：23 ± 2°C，50 ± 5%RH。
[0026] 本發(fā)明采用接枝型增韌劑，改善了增強(qiáng)填料與聚酰胺樹脂的界面強(qiáng)度，提高了材 料的低溫韌性和常溫韌性;采用共聚型增韌劑，提高了材料的韌性的同時(shí)，改善了材料的加 工性能，增加材料的機(jī)械性能;采用復(fù)合耐磨母粒，提高了耐磨劑在聚酰胺樹脂內(nèi)部的分 散，增加了耐磨效果，減少了單一耐磨劑的用量，對材料的機(jī)械性能影響較??；耐磨增強(qiáng)填 料的加入降低了材料的吸水率，提高了尺寸穩(wěn)定性;采用成核劑，縮短了成型周期，降低了 耐磨材料制品的后收縮，提高了制件的精密度;采用熱穩(wěn)定劑解決了尼龍高溫易老化的問 題；另外極性潤滑劑加強(qiáng)了各組份間的分散混合，硅烷偶聯(lián)劑加強(qiáng)了各組份間的界面強(qiáng)度， 使得本發(fā)明制備的耐磨材料具有較高的剛性、韌性、耐熱性以及尺寸穩(wěn)定性;從上表可以看 出，通過此方法制得的復(fù)合材料具有高剛性、高韌性、高耐熱，精度高、超耐磨、自潤滑、重量 輕等優(yōu)點(diǎn)。
[0027] 上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人 士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明 精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料按重量份組成包括:聚 酰胺66 30-70份，接枝型增韌劑3-10份，共聚型增韌劑3-10份，耐磨母粒10-50份，耐磨增強(qiáng) 填料20-40份，熱穩(wěn)定劑0.1-3份，成核劑0.1-3份，潤滑劑0.1-3份和硅烷偶聯(lián)劑0.1-1份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述接枝型增 韌劑為線性低密度聚乙烯接枝馬來酸酐、乙烯-辛烯接枝馬來酸酐、三元乙丙橡膠接枝馬來 酸酐、乙烯-丙烯接枝馬來酸酐和乙烯-辛烯接枝丙烯酸的一種或兩種以上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述的共聚型 增韌劑為乙烯和馬來酸酐間規(guī)共聚物、苯乙烯-馬來酸酐無規(guī)共聚物、乙烯和丙烯酸甲酯共 聚物、乙烯和丙烯酸丁酯共聚物中的一種或兩種以上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述耐磨母粒 材料按重量份組成包括:低聚酰胺66 60-80份，耐磨填料10-40份，潤滑劑0.1-3份，硅烷偶 聯(lián)劑〇. 1-3份，熱穩(wěn)定劑0.1-3份;所述低聚酰胺為相對粘度為2.0-2.6的PA66;所述耐磨填 料為二硫化鉬、低分子量聚四氟乙烯、石墨、改性硅油、二氧化硅的一種或兩種以上。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述耐磨增強(qiáng) 填料為表面經(jīng)過硅氧烷處理的無堿玻璃纖維、玻璃微珠、芳綸纖維的一種或兩種以上。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述熱穩(wěn)定劑 為受阻酚穩(wěn)定劑、亞磷酸酯穩(wěn)定劑、內(nèi)酯穩(wěn)定劑、無機(jī)銅鹽復(fù)合穩(wěn)定劑(碘化亞銅與碘化鉀 的混合物）、有機(jī)銅鹽復(fù)合穩(wěn)定劑(有機(jī)銅鹽與有機(jī)鹵素增效劑的混合物）的一種或兩種以 上。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述成核劑為 2,2'_亞甲基雙(4,6_二叔丁基苯基)磷酸酯鈉、褐煤酸鹽、對二甲基二亞芐基山梨醇、苯甲 酸鈉、納米級(jí)滑石粉的一種或兩種以上。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述潤滑劑為 季戊四醇硬脂酸酯、改性乙撐雙硬脂酰胺、改性聚乙烯蠟的一種或兩種以上。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián) 劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ -（2,3_環(huán)氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰 氧)丙基三甲氧基硅烷的一種或兩種以上。10. 制備權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度耐磨聚酰胺復(fù)合材料的方法，其特征在于，包括以下 步驟： 步驟一，按重量份稱取低聚酰胺6660-80份，耐磨填料10-40份，潤滑劑0.1-3份，硅烷偶 聯(lián)劑〇. 1-3份，熱穩(wěn)定劑0.1-3份，投入高速混合機(jī)中充分混合，使得硅烷偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑、 潤滑劑材料分散均勻，混合時(shí)間8分鐘;將混合好的耐磨母粒加入雙螺桿擠出機(jī)熔融共混， 擠出造粒，經(jīng)充分塑化、熔融從雙螺桿擠出機(jī)擠出、拉條、切粒、烘干包裝待用； 步驟二，按重量份稱取聚酰胺6630-70份，接枝型增韌劑3-10份，共聚型增韌劑3-10份， 耐磨母粒10-50份，耐磨增強(qiáng)填料20-40份，加入高速混合機(jī)中充分混合，混合時(shí)間為10分 鐘； 步驟三，按重量份稱取熱穩(wěn)定劑0.1-3份，成核劑0.1-3份，潤滑劑0.1-3份和硅烷偶聯(lián) 劑0.1-1份，倒入高速混合機(jī)中同上面的混合物一起充分混合，混合時(shí)間為10分鐘； 步驟四，將混合好的材料加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混，擠出造粒，其中短玻纖從側(cè) 喂料加入，經(jīng)充分塑化、熔融，從雙螺桿擠出、拉條、切粒，烘干;雙螺桿擠出機(jī)的長徑比為 40: 1，雙螺桿擠出機(jī)一區(qū)至六區(qū)的溫度分別為230°C~280°C，真空度-0.04MPA~- 0.07MPA，螺桿轉(zhuǎn)速為400~550轉(zhuǎn)/分，將所制得的材料經(jīng)注塑機(jī)注塑成型。
【文檔編號(hào)】C08J3/22GK105885399SQ201610049997
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年1月25日
【發(fā)明人】瞿錫娟, 張電海, 何宏武, 彭耀
【申請人】南京德爾隆工程塑料有限公司