一种尼龙复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工程机械零部件材料领域，具体涉及滑块、滑轮、滑道材料领域。
【背景技术】
[0002] 起重机作为一种垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械，是国家基础设施建 设和重大工程建设中不可缺少的机械设备，在吊装过程中，起重机伸缩臂举升和降落时的 平缓顺畅、是否有抖动、定位精确是起重机作业时的关键性能要求，是评价起重机整体性能 的关键一环。作为起重机中的关键零部件，尼龙滑块主要安装在伸缩臂的间隙中，滑块阻止 了臂与臂之间的直接摩擦磨损，降低了摩擦力和磨损量，提高了起重臂的性能和稳定性，同 时起到支撑臂与臂之间压力的作用。因此滑块的性能直接影响了起重臂的稳定，影响了起 重机整车的性能。
[0003] 目前使用的滑块材料主要是普通尼龙，在使用过程中摩擦力较大，造成起重机伸 缩臂开始举升和下落时阻力大、不平稳，同时经过一段时间使用后，滑块磨损严重，导致臂 与臂之间间隙增大，造成起重臂震动较大，起重臂作业时稳定性和精准性降低。
[0004] 现有技术还需要耐磨性更好的尼龙材料。
【发明内容】
[0005] 本发明的一个目的是提供一种高耐磨的尼龙复合材料。本发明的另一个目的是提 供一种高耐磨尼龙复合材料的制备方法。本发明的再一个目的是提供一种高耐磨的机械零 部件，例如滑块、滑轮或滑道。
[0006] 为此，本发明第一方面提供一种尼龙复合材料，其包含：
[0007] 100份尼龙材料，0· 1~15份润滑油（例如0· 2~0· 8份、0· 5~15份，4~6份、 5~8份、5~15份、10~15份，优选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份碳纳米管（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，优选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] 在一个具体实施方案中，所述尼龙复合材料包含：尼龙材料为100份，润滑油5~ 15份，碳纳米管0.5~0.8份。
[0009] 在一个具体实施方案中，所述尼龙复合材料包含：尼龙材料为100份，润滑油 0· 2~0· 8份（优选0· 5份），碳纳米管1. 2~1. 8份（优选1. 5份）。
[0010] 在一个具体实施方案中，所述尼龙复合材料包含：尼龙材料为100份，润滑油13~ 15份（优选15份），碳纳米管0· 2~0· 8份（优选0· 5份）。
[0011] 在一个具体实施方案中，所述尼龙复合材料包含：尼龙材料为100份，润滑油5~ 8份（优选6. 7份），碳纳米管0· 5~1份（优选0· 8份）。
[0012] 在一个具体实施方案中，所述尼龙复合材料包含：尼龙材料为100份，润滑油4~ 6份（优选5份），碳纳米管0· 3~0· 9份（优选0· 6份）。
[0013] 在一个具体实施方案中，所述尼龙材料为铸型尼龙。
[0014] 在一个具体实施方案中，所述润滑油以油滴的形式在尼龙复合材料中分布，例如 均匀地分布。
[0015] 在一个具体实施方案中，所述润滑油为液态或半固态。
[0016] 优选地，油滴的形状为球形或类球形。
[0017] 优选地，油滴的尺寸为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] 在一个具体实施方案中，所述碳纳米管分布在所述尼龙复合材料中。
[0019] 在一个具体实施方案中，所述碳纳米管均匀或非均匀地分布在所述尼龙复合材料 中。
[0020] 本发明第一方面任一项所述的尼龙复合材料，所述润滑油选择但不限于基础油、 矿物油、动物油、植物油、石油润滑油、合成润滑油、润滑脂、油脂、甘油、皂类物质、蜡类物质 的一种或几种。
[0021] 在一个具体实施方案中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管，所 述碳纳米管的直径优选为5~50nm(例如10~30nm或15~30nm)，长度优选为10~ 30 μ m (例如 15 ~30 μ m 或 20 ~30 μ m)。
[0022] 在一个具体实施方案中，所述碳纳米管为化学或物理改性碳纳米管。所述化学或 物理改性可以选用本领域技术人员常用的，提高纳米材料在有机溶剂中相容性和分散性的 改性方法，如浓酸处理、表面活性剂处理、表面接枝、表面包覆等。
[0023] 在一个具体实施方案中，所述碳纳米管经浓酸处理改性。具体地，首先量取10g碳 纳米管，配制硝酸：硫酸为1:1的混合溶液300ml，碳纳米管和混合溶液倒入500ml的三口 烧瓶中，搅拌加热至（40~45) °C，保温（1~1. 5) h，减压蒸馏干燥，稀释至中性，再减压蒸 馏干燥。
[0024] 本发明第一方面任一项所述的尼龙复合材料，其具有以下一项或多项材料性能指 标：
[0025] 1)拉伸强度：80 ~140MPa，优选 90 ~130MPa，
[0026] 2)弯曲强度：90 ~120MPa，优选 100 ~120MPa，
[0027] 3)压缩强度：90 ~130MPa，优选 100 ~120MPa，
[0028] 4)断裂伸长率：30~75%，优选50~75%，
[0029] 5)无缺口冲击强度（使用50J摆锤测试，只记录是否断裂）：不断裂，
[0030] 6)缺口冲击强度：5 ~20KJ/m2,优选 10 ~20KJ/m2，
[0031] 7)摩擦系数（干态）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)磨损量（2 小时，20kg) W2。：W2。彡 2. 5mg，优选 K 2mg 或 Κ 1. 5mg，
[0033] 9)磨损量（2 小时，40kg) W4。：W4。彡 4mg，优选 W4。彡 3mg 或 W4。彡 2. 6mg。
[0034] 本发明第二方面提供一种本发明第一方面任一项所述尼龙复合材料的制备方法， 包括将润滑油和碳纳米管加入到尼龙聚合原料中，适当地分散，然后使尼龙聚合原料聚合、 成型。
[0035] 优选地，所述尼龙聚合原料为己二胺、己二酸、癸二酸、癸二胺或己内酰胺中一种 或几种的混合物。
[0036] 优选地，所述成型为浇铸成型、离心铸造成型、注射成型或挤出成型。
[0037] 本发明尼龙复合材料的制备方法可以采用常规的尼龙聚合及成型方法，例如在聚 合前将润滑油和碳纳米管加入到熔融己内酰胺中，适当地分散，然后使己内酰胺聚合、成 型。
[0038] 在一个具体实施方案中，尼龙复合材料的制备方法包括：
[0039] (1)以己内酰胺为尼龙聚合原料，加热至完全熔融，
[0040] ⑵加入润滑油，搅拌加热至（120±5) °C，使己内酰胺和润滑油混合均匀，
[0041] (3)加入催化剂，加热至（135±5) °C，
[0042] (4)加入碳纳米管，保温3~5min,
[0043] (5)加入活化剂，
[0044] (6)浇铸成型。
[0045] 步骤（1)~（4)优选在脱水条件下进行，优选采用减压蒸馏方法或无水气体保护 (例如无水氮气保护）方法实现脱水条件。
[0046] 优选地，所述催化剂为具有强碱性的碱金属、碱土金属、金属氧化物或衍生物的一 种或多种，例如NaOH、Κ0Η、乙醇钠中的一种或多种。催化剂还可以选用本领域人员常用的 阴离子催化聚合催化剂。
[0047] 优选地，所述活化剂为异氰酸酯、例如芳香族异氰酸酯或脂肪族异氰酸酯的一种 或多种，例如甲苯二异氰酸酯（tdi)或异佛尔酮二异氰酸酯（iroi)的一种或多种。活化剂 还可以选用本领域人员常用的阴离子催化聚合活化剂。
[0048] 本发明第三方面提供一种机械零部件，由本发明第一方面任一项所述尼龙复合材 料制得。
[0049] 在一个具体实施方案中，所述机械零部件为滑块、滑轮或滑道等耐磨零部件，例如 用于工厂机械起重机的滑块、滑轮或滑道等耐磨零部件。
[0050] 本发明的有益效果
[0051] 本发明尼龙复合材料包含100份尼龙材料，0. 1~15份润滑油，0. 1~5份碳纳米 管。发明人出人意料地发现，这种尼龙复合材料具有较好的耐磨性能，例如具有较低的磨损 量，尤其是较低的高负荷（40kg)磨损量以及较低的摩擦系数。
[0052] 发明人还发现本发明尼龙复合材料的力学性能也很好，例如具有较高的拉伸强 度、弯曲强度、压缩强度、断裂伸长率或冲击强度。
[0053] 进一步，本发明尼龙复合材料的制备方法简单、成本低廉，适于大批量生产。该材 料可加工成滑块、滑轮、滑道等的机械零部件，由于其摩擦系数低、耐磨性好、又具有很好的 力学性能，因此其制备的零件润滑效果佳、使用周期长、质量稳定性高，在材料领域和工程 机械领域都具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0054] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0055] 图1为实施例1尼龙复合材料的电子显微镜图片。
【具体实施方式】
[0056] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0057] 实施例1
[0058] 在真空脱水环境下，将己内酰胺200g加热至完全熔融，加入l.Og基础油（长城 250SN)，搅拌加热至（120 ± 5) °C，使己内酰胺和基础油混合均匀，加入0. 8gNa0H，加热至 (135±5) °C，加入3. 0g经浓酸处理改性的碳纳米管（直径10~30nm，长度20~30 μ m)， 保温3min。然后加入0.6g甲苯二异氰酸酯，迅速浇铸到预热后的模具，保温一定时间后完 成聚合反应，即获得尼龙复合材料。
[0059] 浓酸处理改性碳纳米管的方法为：将碳纳米管分散于硝酸：硫酸重量比为1:1的 混合溶液，搅拌加热至（40~45) °C，保温1. 5h，减压蒸馏干燥，稀释至中性，再减压蒸馏干 燥。<