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