一种耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法和应用，具体涉及一种具 有高强度、低吸湿性，耐湿、耐候、自润滑性优异的耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法 和应用。
【背景技术】
[0002] 轴承是机械的重要传动部件，包括两种类型：一类是滚动轴承，一类是滑动轴承。 滚动轴承用于重载调整传动，滑动轴承用于低速轻载传动。传统意义上讲，轴承是用耐磨金 属合金材料制造的，金属合金材料具有高强度，承载负荷大等特点，但是由于其制造的部件 体积大，易腐蚀、易磨损，需要定期添加润滑油，定期维护。
[0003] 近年来，人们尝试使用高分子材料作滑动轴承，如聚甲醛（POM)、聚酯（PET)、橡胶 或尼龙等。其中，聚甲醛由于具有优良的自润滑性与耐磨性，已广泛用于轻工、食品、医疗 器械润滑轴承，但因 POM机械强度较低，耐热性耐候性较差，只能用于负荷不大的场合，不 适合室外或使用温度较高的场合；PET机械强度较POM高，尺寸稳定性较好，但低温韧性差， 耐老化性较低，也不适合高扭矩场合；近年来出现的水润滑轴承采用耐磨橡胶作基材，与芳 纶、尼龙纤维复合，具有很高的强度，广泛用于船舶传动轴承，但橡胶基轴承耐温性差，不适 合无油润滑轴承；尼龙具有优良的机械性能、耐温耐寒性、耐磨耐候性，广泛用于机械部件， 但由于尼龙吸湿性大，尺寸稳定性差，因此，一般尼龙不适合用于制造对配合尺寸精度要求 高的部件。
[0004] 随着机械轻量化、小型化、精密化发展，对润滑轴承的需求越来越大，同时，对轴承 材料性能要求越来越高，不但要求耐磨、耐候、耐温，还要求具有较高的承载能力。采用耐 磨、耐温、耐候、自润滑复合高分子材料制造润滑轴承，提高轴承的使用寿命，减少轴承维护 费用越来越受到关注。
[0005] CN101864168B公开的技术方案，通过碳纤维、聚乙烯的辐射预处理、尼龙/聚四氟 乙烯/碳纤维复合材料的制备及尼龙/聚四氟乙烯/碳纤维复合材料的辐射交联改性等步 骤制得了性能优异的耐磨自润滑性能和物理机械性能，但其工序复杂、生产工艺带宽窄、生 产周期长、生产成本高。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有高强度、低吸湿性，耐湿、耐候、自润 滑性能优异的耐磨自润滑尼龙复合材料。
[0007] 本发明进一步所要解决的技术问题是，提供一种简单，方便，成本低廉的耐磨自润 滑尼龙复合材料的制备方法。
[0008] 本发明更进一步所要解决的技术问题是，提供一种耐磨自润滑尼龙复合材料的应 用。
[0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种耐磨自润滑尼龙复合材料， 由以下组分按重量份组成： 尼龙树脂：100~140份(优选110~130份）； 增强纤维：20~40份(优选25~35份）； 憎水材料：2~5份(优选3~4份）； 耐磨剂：2~6份(优选3~4份）； 润滑剂：〇. 5~5份(优选1~3份）； 抗紫外光吸收剂：〇. 2~1份(优选0. 3~0. 4份）； 抗氧剂：〇. 2~1份(优选0. 3~0. 6份）； 相容剂~5份(优选2~3份)。
[0010] 进一步，所述尼龙树脂为尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙1010、尼龙610、尼 龙612或尼龙46中的一种或几种。
[0011] 进一步，所述增强纤维为碳纤维、芳纶纤维或超高分子量聚乙烯纤维中的一种或 几种，所述纤维直径为8~20 μ m。所述纤维即具有很好的增强作用，又具有优异的耐摩擦 性能，尤其是碳纤维和芳纶纤维还具有耐高温性能，与尼龙树脂共混能大幅提高其机械强 度、耐磨性与耐热性，使其制品具有耐热、耐磨及高承载能力。
[0012] 进一步，所述憎水材料为聚烯烃和/或聚酯类；所述聚烯烃包括聚乙烯，高密度聚 乙烯（HDPE)、低密度聚乙烯（LDPE)、线性低密度聚乙烯（LLDPE)，聚丙烯（PP)等，所述聚酯 类包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)、聚对苯二甲酯丁二醇酯（PBT)等。在尼龙树脂中引入 具有憎水性的聚烯烃或聚酯，可降低尼龙树脂的吸湿性，从而提高其制品的尺寸稳定性，以 适应于轴承对尺寸精度的要求。
[0013] 进一步，所述耐磨剂为聚四氟乙烯（PTFE)和/或二硫化钼（M〇S2)。加入耐磨剂可 有效提高材料的耐磨性能。
[0014] 进一步，所述润滑剂为乙撑双硬酯酰胺和/或硅酮。增加润滑剂后可增强材料表 面的润滑性，降低其摩擦系数，使得所制备的尼龙复合材料具有优异的自润滑性。
[0015] 进一步，所述抗紫外光吸收剂为水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、 三嗪类或受阻胺类中的一种或几种。其中，所述受阻胺类抗紫外光吸收剂包括4-苯甲酰氧 基-2, 2, 6, 6-四甲基哌啶（744)、六甲基磷酰三胺（HPT)等，所述苯酮类抗紫外光吸收剂包 括2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮（UV-531)、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮（UV-9)等。
[0016] 进一步，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或胺类抗氧剂；所述受阻酚类抗氧剂 包括四[β_ (3,5_二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯（1010)等，所述胺类抗氧剂 包括Ν，Ν' -双-(3- (3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酰基）己二胺（1098 )、二（2, 2, 4, 6-四 甲基-3-哌啶胺基）-间苯二甲酰胺（SEED)等。加入抗氧剂可防止复合尼龙的热氧老化。
[0017] 进一步，所述相容剂为环氧类化合物与丙烯酸类化合物的共聚物；所述环氧类化 合物与丙烯酸类共聚物包括乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(如牌 号PTW或AX8900)等。相容剂可增强尼龙树脂与憎水材料聚烯烃或聚酯间的相容性，提高 共混材料的力学性能。
[0018] 本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：一种耐磨自润滑尼龙复合材 料的制备方法：将100~140份尼龙树脂、2~5份憎水材料、2~6份耐磨剂、0. 5~5份 润滑剂、〇. 2~1份抗紫外光吸收剂、0. 2~1份抗氧剂和1~5份相容剂混合，加入料斗， 连续计量喂入双螺杆挤出机，将20~40份增强纤维从侧喂计量螺杆喂入双螺杆挤出机，与 主料会合进入混炼区，在230~250°C，主机转速250~400rpm下共混，经冷却，切粒，干燥， 即成。
[0019] 本发明更进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：采用注射成型工艺，将所 述耐磨自润滑尼龙复合材料应用于制备润滑轴承。
[0020] 本发明的有益效果如下： (1) 本发明材料各原料的配比合理，本发明耐磨自润滑尼龙复合材料拉伸强度高达 170MPa，弯曲强度高达230MPa，说明力学性能优异；摩擦系数低，小于0. 25,说明自润滑性 能好；磨耗小，小于0. 23mg/24h ;吸水率小于2. 3%，说明具有低吸湿性，材料尺寸稳定性好； 老化性能优异，拉伸强度保持率可达89%，弯曲强度保持率可达87%，无缺口冲击强度保持 率可达 88%，具有耐磨、耐老化、自润滑等特点，适用于制造润滑轴承、轴套、机械齿轮、矿山 托辊等领域； (2) 本发明应用注射成型工艺用耐磨自润滑尼龙复合材料制备润滑轴承，改变了传统 金属制品浇注成型的方式，生产周期短、操作简单、成本低，适合于大规模生产，经客户使用 评估，使用寿命较现有轴承制品延长2倍。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0022] 本发明实施例所使用的原料、简称如下，如无特殊说明，均通过常规商业途径获 得： 尼龙树脂：尼龙46 :PA6 ;尼龙66 :PA66 ;尼龙11 :PA11 ;尼龙12 :PA12 ;尼龙1010 : PA1010 ;尼龙 612 :PA612 ;尼龙 46 :PA46 ; 增强纤维：碳纤维(纤维直径为8 μ m);芳纶纤维(纤维直径为13 μ m);超高分子量聚乙 烯(直径为20μπι); 憎水材料：低密度聚乙烯：LDPE ;聚对苯二甲酸乙二醇酯：PET ;聚对苯二甲酯丁二醇 酯：PBT ; 耐磨剂：聚四氟乙烯：PTFE ;MoS2; 润滑剂：乙撑双硬酯酰胺：EBS ;硅酮； 抗紫外光吸收剂：2_羟基-4-正辛氧基二苯甲酮：UV351 ; 抗氧剂：168、1098 ; 相容剂：乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物：PTW。
[0023] 实施例1~15 耐磨自润滑尼龙复合材料： 具体原料及配比如表1所示： 表1实施例1~15组分重量份配比表
【主权项】
1. 一种耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：由以下组分及重量份组成： 尼龙树脂：100~140份； 增强纤维：20~40份； 憎水材料：2~5份； 耐磨剂：2~6份； 润滑剂：〇. 5~5份； 抗紫外光吸收剂：〇. 2~1份； 抗氧剂：〇. 2~1份； 相容剂~5份。
2. 根据权利要求1所述耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：所述尼龙树脂为尼龙 6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙1010、尼龙610、尼龙612或尼龙46中的一种或几种。
3. 根据权利要求1或2所述耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：所述增强纤维为 碳纤维、芳纶纤维或超高分子量聚乙烯纤维中的一种或几种。
4. 根据权利要求1~3之一所述耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：所述憎水材 料为聚烯烃和/或聚酯类。
5. 根据权利要求1~4之一所述耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：所述耐磨剂 为聚四氟乙烯和/或二硫化钼。
6. 根据权利要求1~5之一所述耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：所述润滑剂 为乙撑双硬酯酰胺和/或硅酮。
7. 根据权利要求1~6之一所述耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：所述抗紫外 光吸收剂为水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类或受阻胺类中的一种 或几种。
8. 根据权利要求1~7之一所述耐磨自润滑尼龙复合材料，其特征在于：所述抗氧剂 为受阻酚类抗氧剂和/或胺类抗氧剂；所述相容剂为环氧类化合物与丙烯酸类化合物的共 聚物。
9. 如权利要求1~8之一所述耐磨自润滑尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：将 100~140份尼龙树脂、2~5份憎水材料、2~6份耐磨剂、0. 5~5份润滑剂、0. 2~1份 抗紫外光吸收剂、〇. 2~1份抗氧剂和1~5份相容剂混合，加入料斗，连续计量喂入双螺 杆挤出机，将20~40份增强纤维从侧喂计量螺杆喂入双螺杆挤出机，与主料会合进入混炼 区，在230~250°C，主机转速250~400rpm下共混，经冷却，切粒，干燥，即成。
10. 如权利要求1~8之一所述耐磨自润滑尼龙复合材料的应用，其特征在于：采用注 射成型工艺，将所述耐磨自润滑尼龙复合材料应用于制备润滑轴承。
【专利摘要】一种耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法和应用，所述尼龙复合材料由以下组分组成：尼龙树脂，增强纤维，憎水材料，耐磨剂，润滑剂，抗紫外光吸收剂，抗氧剂和相容剂。所述制备方法是将尼龙树脂，憎水材料，耐磨剂，润滑剂，抗紫外光吸收剂，抗氧剂和相容剂混合，加入料斗，连续计量喂入双螺杆挤出机，将增强纤维从侧喂计量螺杆喂入双螺杆挤出机，与主料会合进入混炼区共混，经冷却、切粒、干燥，即成。按照本发明方法所制得的尼龙复合材料具有高强度、低吸湿性，耐磨、耐湿、耐候、自润滑性优异等特点，尺寸稳定性好，使用寿命长，可广泛应用于润滑轴承、轴套、机械齿轮、矿山托辊等领域。
【IPC分类】B29C47-40, B29C45-00, C08K13-04, C08K7-06, C08L77-06, C08L23-06
【公开号】CN104788950
【申请号】CN201510213124
【发明人】陈如意, 刘军, 李冬发
【申请人】长沙五犇新材料科技有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月30日