一种高强度耐磨聚酰胺复合材料及其制备方法

文档序号:10527684阅读:409来源:国知局
一种高强度耐磨聚酰胺复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强度耐磨聚酰胺复合材料及其制备方法,所述复合材料按重量份组成包括:聚酰胺66 30-70份,接枝型增韧剂3-10份,共聚型增韧剂3-10份,耐磨母粒10-50份,耐磨增强填料20-40份,热稳定剂0.1-3份,成核剂0.1-3份,润滑剂0.1-3份和硅烷偶联剂0.1-1份;先按重量份数称取聚酰胺66、接枝型增韧剂、共聚型增韧剂、耐磨母粒和耐磨增强填料加入混合机中混合均匀;再按重量份称取热稳定剂、成核剂、润滑剂和硅烷偶联剂倒入混料机中与前述混合物一起混合均匀;将最终均匀混合液投入双螺杆挤出后经注塑机注塑成型得复合材料;具有高刚性、高韧性、高耐热、高耐磨以及加工精度高等优点。
【专利说明】
一种高强度耐磨聚酿胺复合材料及其制备方法
技术领域
[OOCM ]本发明涉及尚分子材料领域,特别涉及一种尚刚性、尚初性、尚耐热、尚耐磨以及 高尺寸稳定性的聚酰胺复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代材料科学的飞速发展,越来越多的金属材料被工程塑料所替代;工程塑 料常被用来制作齿轮、轴承、轴套等结构功能件,温度、湿度以及转速等因素都会对材料的 使用寿命有很大的影响,从而要求耐磨工程塑料具有较低的摩擦系数和摩擦损耗,同时还 应该具有高刚性、高韧性、高耐热的特性;目前一般的耐磨工程塑料具有以下不足之处:1. 耐磨填料的添加量较大,导致材料的刚性或者韧性不够,且不能同时兼顾2.材料的耐温性 不够,持续高温工作下,制件容易变形3.材料的热稳定性不佳,长时间工作后,机械性能下 降明显4.普通耐磨工程塑料的存在较大的后收缩问题,尺寸稳定性不佳,安装精度低;聚酰 胺(polyamide,简称PA)俗称尼龙,它是大分子主链重复单元中含有酰胺基团的高聚物的总 称;聚酰胺具有良好的综合性能,包括力学性能、耐热性、耐磨损性和耐化学药品性和自润 滑性,摩擦系数低,并具有一定的阻燃性能;聚酰胺66作为聚酰胺家族中的重要品种,虽然 具有许多优点,但作为一些特殊耐磨结构功能件的应用,还需进一步提高材料的刚性、韧 性、耐热、耐磨性能,减小吸水率提高尺寸稳定性。

【发明内容】

[0003] 为了提高聚酰胺材料的机械性能、耐热性能、耐磨性能以及高尺寸稳定性,本发明 提供一种高强度耐磨聚酰胺复合材料及其制备方法。
[0004] 为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:一种高强度耐磨聚酰胺复合材 料,所述复合材料按重量份组成包括:聚酰胺66 30-70份,接枝型增韧剂3-10份,共聚型增 韧剂3-10份,耐磨母粒10-50份,耐磨增强填料20-40份,热稳定剂0.1-3份,成核剂0.1-3份, 润滑剂〇. 1-3份和硅烷偶联剂0.1-1份。
[0005] 作为本发明进一步改进的,所述接枝型增韧剂为线性低密度聚乙烯接枝马来酸 酐、乙烯-辛烯接枝马来酸酐、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐、乙烯-丙烯接枝马来酸酐和乙 烯-辛烯接枝丙烯酸的一种或两种以上。
[0006] 作为本发明进一步改进的,所述的共聚型增韧剂为乙烯和马来酸酐间规共聚物、 苯乙烯-马来酸酐无规共聚物、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 种或两种以上。
[0007] 所述耐磨母粒材料按重量份组成包括:低聚酰胺66 60-80份,耐磨填料10-40份, 润滑剂〇. 1-3份,硅烷偶联剂0.1-3份,热稳定剂0.1-3份;所述低聚酰胺为相对粘度为2.0-2.6的PA66;所述耐磨填料为二硫化钼、低分子量聚四氟乙烯、石墨、改性硅油、二氧化硅的 一种或两种以上。
[0008] 作为本发明进一步改进的,所述耐磨增强填料为表面经过硅氧烷处理的无碱玻璃 纤维、玻璃微珠、芳纶纤维的一种或两种以上。
[0009] 作为本发明进一步改进的,所述热稳定剂为受阻酚稳定剂、亚磷酸酯稳定剂、内酯 稳定剂、无机铜盐复合稳定剂(碘化亚铜与碘化钾的混合物)、有机铜盐复合稳定剂(有机铜 盐与有机卤素增效剂的混合物)的一种或两种以上。
[0010] 作为本发明进一步改进的,所述成核剂为2,2'_亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷 酸酯钠 、褐煤酸盐、对二甲基二亚苄基山梨醇、苯甲酸钠、纳米级滑石粉的一种或两种以上。
[0011] 作为本发明进一步改进的,所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、改性乙撑双硬脂酰 胺、改性聚乙烯蜡的一种或两种以上。
[0012] 作为本发明进一步改进的,所述硅烷偶联剂为3_氨丙基二乙氧基硅烷、γ -(2,3-环氧丙氧)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种或两种以上。
[0013] 制备高强度耐磨聚酰胺复合材料方法,包括以下步骤: 步骤一,按重量份称取低聚酰胺66 60-80份,耐磨填料10-40份,润滑剂0.1-3份,硅烷 偶联剂0.1-3份,热稳定剂0.1-3份,投入高速混合机中充分混合,使得硅烷偶联剂、热稳定 剂、润滑剂材料分散均匀,混合时间8分钟;将混合好的耐磨母粒加入双螺杆挤出机熔融共 混,挤出造粒,经充分塑化、熔融从双螺杆挤出机挤出、拉条、切粒、烘干包装待用; 步骤二,按重量份称取聚酰胺66 30-70份,接枝型增韧剂3-10份,共聚型增韧剂3-10 份,耐磨母粒10-50份,耐磨增强填料20-40份,加入高速混合机中充分混合,混合时间为10 分钟; 步骤三,按重量份称取热稳定剂0.1-3份,成核剂0.1-3份,润滑剂0.1-3份和硅烷偶联 剂0.1-1份,倒入高速混合机中同上面的混合物一起充分混合,混合时间为10分钟; 步骤四,将混合好的材料加入双螺杆挤出机进行熔融共混,挤出造粒,其中短玻纤从侧 喂料加入,经充分塑化、熔融,从双螺杆挤出、拉条、切粒,烘干;双螺杆挤出机的长径比为 40: 1,双螺杆挤出机一区至六区的温度分别为230°C~280°C,真空度-0.04ΜΡΑ~-0.07MPA,螺杆转速为400~550转/分,将所制得的材料经注塑机注塑成型。
[0014] 由于上述技术方案的运用,本发明与现有技术相比具有下列优点:本发明采用不 同种类聚酰胺材料,保证材料良好的加工性能和较高的机械物理性能;本发明高强度耐磨 聚酰胺复合材料的制备方法,操作简单,易于生产;本发明聚酰胺复合材料具有成型周期 短,生产效率高,对高强度耐磨工程塑料的制备有积极的意义;本发明高强度耐磨聚酰胺复 合材料易于加工成各种结构复杂的耐磨制品(轴承、轴套、齿轮等),相比于以前的耐磨聚酰 胺复合材料具有高刚性、高韧性、高耐热、高耐磨以及加工精度高等优点,对结构功能材料 的"以塑代钢"产生了巨大的推动作用。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合实施例对本发明制备方法作进一步说明: 实施例1: 采用以下重量百分比的原料 聚酰胺66 (以下简称A)(粘度为2.6-3.0) 42% 接枝型增韧剂(以下简称B) 7% 共聚型增韧剂(以下简称C) 3% 耐磨母粒(以下简称D) 15% 耐磨增强填料(以下简称E)(复合材料,短纤)30% 热稳定剂(以下简称F) 0.7% 成核剂(以下简称G) 0.8% 润滑剂(以下简称H) 1% 硅烷偶联剂(以下简称I) 0.5% 将上述组分通过以下工艺方法制得PA66复合材料 步骤一,耐磨母粒的制备: 低粘聚酰胺尼龙66(粘度为2.0-2.6), 82.5% 耐磨填料1 (合肥金鑫的二硫化钼,分子量160.07 ) 6% 耐磨填料2(上海华谊石墨0号,900目) 10% 润滑剂 1% 硅烷偶联剂 0.3% 热稳定剂 0.2% 将制备耐磨母粒的几种材料置于高速混合机中充分混合,使得硅烷偶联剂、热稳定剂、 润滑剂材料分散均匀,混合时间8分钟。
[0016] 将混合好的耐磨母粒加入双螺杆挤出机熔融共混,挤出造粒,经充分塑化、熔融从 双螺杆挤出机挤出、拉条、切粒、烘干包装待用。
[0017] 将A\B\C\D\E材料加入高速混合机中充分混合,混合时间为10分钟。
[0018] 将F\G\H\I倒入高速混合机中同上面的混合物一起充分混合,混合时间为10分钟。
[0019] 将混合好的材料加入双螺杆挤出机进行熔融共混,挤出造粒,其中短玻纤从侧喂 料加入,经充分塑化、恪融,从双螺杆挤出、拉条、切粒,烘干;双螺杆挤出机的长径比为40: 1,双螺杆挤出机一区至六区的温度分别为230°C~280°C,真空度-0.04MPA~-0.07MPA,螺 杆转速为400~550转/分,将所制得的材料经注塑机注塑成型。
[0020] 实施例2: 采用以下重量百分比的原料: 聚酰胺66 (粘度为2.6-3.0) 46% 接枝型增韧剂 6% 共聚型增韧剂 3% 耐磨母粒 12% 耐磨增强填料(巨石玻纤,988A-2000) 30% 热稳定剂 0.7% 成核剂 0.8% 润滑剂 1% 硅烷偶联剂 0.5% 耐磨母粒的制备采用以下重量百分比: 低粘聚酰胺尼龙66(粘度为2.0-2.6), 86.5% 耐磨填料1 (合肥金鑫的二硫化钼,分子量160.07 ) 6% 耐磨填料2(上海华谊石墨0号,900目) 6% 润滑剂 1% 硅烷偶联剂 0.3% 热稳定剂 0.2% 耐磨母粒的制备同实施例1相同。
[0021]复合材料的制备,巨石玻纤从双螺杆挤出机的玻纤口引入,其余同实施例1相同。
[0022] 实施例3: 采用以下重量百分比的原料: 聚酰胺66 46% 接枝型增韧剂 5% 共聚型增韧剂 3% 耐磨母粒 13% 耐磨增强填料(巨石玻纤,988A-2000) 30% 热稳定剂 0.7% 成核剂 0.8% 润滑剂 1% 硅烷偶联剂 0.5% 耐磨母粒的制备采用以下重量百分比: 低粘聚酰胺尼龙66(粘度为2.0-2.6), 81.5% 耐磨填料1 (合肥金鑫的二硫化钼,分子量160.07 ) 7% 耐磨填料2(日本大金L-5) 10% 润滑剂 1% 硅烷偶联剂 0.3% 热稳定剂 0.2% 实施例3的复合材料的制备同实施例2。
[0023] 实施例4: 采用以下重量的百分比原料: 聚酰胺66 45% 接枝型增韧剂 5% 共聚型增韧剂 5% 耐磨母粒 12% 耐磨增强填料(巨石玻纤,988A-2000) 30% 热稳定剂 0.7% 成核剂 0.8% 润滑剂 1% 硅烷偶联剂 0.5% 耐磨母粒的制备: 低粘聚酰胺尼龙66(粘度为2.0-2.6),78.5% 耐磨填料(日本大金L-5) 20% 润滑剂 1% 硅烷偶联剂 0.3% 热稳定剂 0.2% 实施例4的复合材料的制备同实施例2。
[0024]将上述实施例1~4制得的聚酰胺复合材料分别通过注塑机注塑成型,然后进行力 学性能测试.其中拉伸强度按照IS0527测试,测试速度为50mm/min,弯曲强度和弯曲模量按 照IS0178测试,测试速率为2mm/min;简支梁缺口冲击强度按照IS0180进行测试。
[0025]耐磨测试方法:将实施例1~4的复合材料分别通过注塑机连续注塑成型,分别制 得齿轮,将齿轮安装在转动轴上,在高速旋转下200小时,观察齿轮的磨损情况;实验室环境 条件:23 ± 2°C,50 ± 5%RH。
[0026] 本发明采用接枝型增韧剂,改善了增强填料与聚酰胺树脂的界面强度,提高了材 料的低温韧性和常温韧性;采用共聚型增韧剂,提高了材料的韧性的同时,改善了材料的加 工性能,增加材料的机械性能;采用复合耐磨母粒,提高了耐磨剂在聚酰胺树脂内部的分 散,增加了耐磨效果,减少了单一耐磨剂的用量,对材料的机械性能影响较小;耐磨增强填 料的加入降低了材料的吸水率,提高了尺寸稳定性;采用成核剂,缩短了成型周期,降低了 耐磨材料制品的后收缩,提高了制件的精密度;采用热稳定剂解决了尼龙高温易老化的问 题;另外极性润滑剂加强了各组份间的分散混合,硅烷偶联剂加强了各组份间的界面强度, 使得本发明制备的耐磨材料具有较高的刚性、韧性、耐热性以及尺寸稳定性;从上表可以看 出,通过此方法制得的复合材料具有高刚性、高韧性、高耐热,精度高、超耐磨、自润滑、重量 轻等优点。
[0027] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人 士能够了解本发明的内容并加以实施,并不能以此限制本发明的保护范围,凡根据本发明 精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种高强度耐磨聚酰胺复合材料,其特征在于,所述复合材料按重量份组成包括:聚 酰胺66 30-70份,接枝型增韧剂3-10份,共聚型增韧剂3-10份,耐磨母粒10-50份,耐磨增强 填料20-40份,热稳定剂0.1-3份,成核剂0.1-3份,润滑剂0.1-3份和硅烷偶联剂0.1-1份。2. 根据权利要求1所述的一种高强度耐磨聚酰胺复合材料,其特征在于,所述接枝型增 韧剂为线性低密度聚乙烯接枝马来酸酐、乙烯-辛烯接枝马来酸酐、三元乙丙橡胶接枝马来 酸酐、乙烯-丙烯接枝马来酸酐和乙烯-辛烯接枝丙烯酸的一种或两种以上。3. 根据权利要求1所述的一种高强度耐磨聚酰胺复合材料,其特征在于,所述的共聚型 增韧剂为乙烯和马来酸酐间规共聚物、苯乙烯-马来酸酐无规共聚物、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种或两种以上。4. 根据权利要求1所述的一种高强度耐磨聚酰胺复合材料,其特征在于,所述耐磨母粒 材料按重量份组成包括:低聚酰胺66 60-80份,耐磨填料10-40份,润滑剂0.1-3份,硅烷偶 联剂〇. 1-3份,热稳定剂0.1-3份;所述低聚酰胺为相对粘度为2.0-2.6的PA66;所述耐磨填 料为二硫化钼、低分子量聚四氟乙烯、石墨、改性硅油、二氧化硅的一种或两种以上。5. 根据权利要求1所述的一种高强度耐磨聚酰胺复合材料,其特征在于,所述耐磨增强 填料为表面经过硅氧烷处理的无碱玻璃纤维、玻璃微珠、芳纶纤维的一种或两种以上。6. 根据权利要求1所述的一种高强度耐磨聚酰胺复合材料,其特征在于,所述热稳定剂 为受阻酚稳定剂、亚磷酸酯稳定剂、内酯稳定剂、无机铜盐复合稳定剂(碘化亚铜与碘化钾 的混合物)、有机铜盐复合稳定剂(有机铜盐与有机卤素增效剂的混合物)的一种或两种以 上。7. 根据权利要求1所述的一种高强度耐磨聚酰胺复合材料,其特征在于,所述成核剂为 2,2'_亚甲基双(4,6_二叔丁基苯基)磷酸酯钠、褐煤酸盐、对二甲基二亚苄基山梨醇、苯甲 酸钠、纳米级滑石粉的一种或两种以上。8. 根据权利要求1所述的一种高强度耐磨聚酰胺复合材料,其特征在于,所述润滑剂为 季戊四醇硬脂酸酯、改性乙撑双硬脂酰胺、改性聚乙烯蜡的一种或两种以上。9. 根据权利要求1所述的一种高强度耐磨聚酰胺复合材料,其特征在于,所述硅烷偶联 剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ -(2,3_环氧丙氧)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种或两种以上。10. 制备权利要求1所述的高强度耐磨聚酰胺复合材料的方法,其特征在于,包括以下 步骤: 步骤一,按重量份称取低聚酰胺6660-80份,耐磨填料10-40份,润滑剂0.1-3份,硅烷偶 联剂〇. 1-3份,热稳定剂0.1-3份,投入高速混合机中充分混合,使得硅烷偶联剂、热稳定剂、 润滑剂材料分散均匀,混合时间8分钟;将混合好的耐磨母粒加入双螺杆挤出机熔融共混, 挤出造粒,经充分塑化、熔融从双螺杆挤出机挤出、拉条、切粒、烘干包装待用; 步骤二,按重量份称取聚酰胺6630-70份,接枝型增韧剂3-10份,共聚型增韧剂3-10份, 耐磨母粒10-50份,耐磨增强填料20-40份,加入高速混合机中充分混合,混合时间为10分 钟; 步骤三,按重量份称取热稳定剂0.1-3份,成核剂0.1-3份,润滑剂0.1-3份和硅烷偶联 剂0.1-1份,倒入高速混合机中同上面的混合物一起充分混合,混合时间为10分钟; 步骤四,将混合好的材料加入双螺杆挤出机进行熔融共混,挤出造粒,其中短玻纤从侧 喂料加入,经充分塑化、熔融,从双螺杆挤出、拉条、切粒,烘干;双螺杆挤出机的长径比为 40: 1,双螺杆挤出机一区至六区的温度分别为230°C~280°C,真空度-0.04MPA~- 0.07MPA,螺杆转速为400~550转/分,将所制得的材料经注塑机注塑成型。
【文档编号】C08J3/22GK105885399SQ201610049997
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年1月25日
【发明人】瞿锡娟, 张电海, 何宏武, 彭耀
【申请人】南京德尔隆工程塑料有限公司
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