CN105542151B - 梅花形弹性元件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种梅花形弹性元件及其制备方法。该梅花形弹性元件主要由内酰胺、催化剂和嵌段预聚物通过反应注射成型方法制备得到，按重量份计，内酰胺为100份，催化剂为0.1～15份，嵌段预聚物为1～40份。制备方法包括(1)称取原料；(2)将催化剂与一部分内酰胺加入第一反应釜中，将另一部分内酰胺与嵌段预聚物加入第二反应釜中，加热使物料熔融，然后稳定；(3)将两反应釜内得到的活性料通过反应注射成型机混合并于模具中聚合，得到梅花形弹性元件。本发明的梅花形弹性元件低温韧性优异、耐磨性和抗冲击性好、寿命长，制备方法工艺简单、成型周期短、生产成本低。

Description

梅花形弹性元件及其制备方法

技术领域

本发明属于材料科学领域，涉及一种梅花形弹性元件及其制备方法，具体涉及一种反应注射尼龙梅花形弹性元件及其制备方法。

背景技术

目前，梅花形弹性元件主要分为聚氨酯弹性体元件和铸型尼龙弹性体元件两大类。现有的联轴器梅花形弹性元件主要由聚氨酯橡胶构成，其传递扭矩小，在交变频繁的场合，由于反复的压缩与回弹，内部易生热并由于热量的积累使得其寿命受到影响，在使用过程中更换频繁，其使用寿命约为20～30天，特别是在低转速、高扭矩、频繁交变的场合下容易出现由于热量积累而导致弹性体鼓球破碎，引起事故发生。而铸型尼龙弹性体的成型周期长，材料的抗冲击性能受到限制，且低温脆性和长时间耐热温度低等缺点也在一定程度上限制了它的推广应用。因此，如何提高梅花形弹性元件的性能和使用寿命成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种低温韧性优异、耐磨性和抗冲击性好、寿命长的梅花形弹性元件，还提供一种工艺简单、成型周期短、生产成本低的梅花形弹性元件的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种梅花形弹性元件，所述梅花形弹性元件主要由内酰胺、催化剂和嵌段预聚物通过反应注射成型方法制备得到，其中，按重量份计，所述内酰胺为100份，所述催化剂为0.1～15份，所述嵌段预聚物为1～40份。

上述的梅花形弹性元件中，优选的，所述内酰胺包括己内酰胺和/或十二内酰胺。

上述的梅花形弹性元件中，优选的，所述催化剂为己内酰胺盐或格氏试剂。

上述的梅花形弹性元件中，优选的，所述己内酰胺盐为己内酰胺钠或己内酰胺钾；所述格氏试剂为己内酰胺溴化镁或乙基溴化镁。

上述的梅花形弹性元件中，优选的，所述嵌段预聚物是由化合物A与化合物B反应制备得到，所述化合物A为多元醇，所述化合物B为异氰酸酯或具有酰亚胺结构的内酰胺；所述嵌段预聚物的数均分子量为1000～30000。

上述的梅花形弹性元件中，优选的，当所述嵌段预聚物是由多元醇与异氰酸酯反应制备时，多元醇所含羟基与异氰酸酯所含NCO基团的物质的量之比为1∶0.1～2；

当所述嵌段预聚物是由多元醇与具有酰亚胺结构的内酰胺反应制备时，多元醇所含羟基与具有酰亚胺结构的内酰胺所含酰亚胺基团的物质的量之比为1∶0.1～2。

上述的梅花形弹性元件中，优选的，所述多元醇包括丙二醇、丙三醇、丁二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚丙三醇和季戊四醇中的一种或多种的组合。

上述的梅花形弹性元件中，优选的，所述异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、三苯甲烷三异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或多种的组合；所述具有酰亚胺结构的内酰胺包括己二酰双己内酰胺、N-乙酰基己内酰胺、间苯二甲酰基己内酰胺和N-苯甲酰基己内酰胺中的一种或多种的组合。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的梅花形弹性元件的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量份计，称取内酰胺100份，催化剂0.1～15份，嵌段预聚物1～40份；

(2)将催化剂与一部分内酰胺加入第一反应釜中，将另一部分内酰胺与嵌段预聚物加入第二反应釜中，然后在氮气保护下、在80℃～140℃范围内对第一反应釜和第二反应釜进行加热，使第一反应釜和第二反应釜中的物料熔融并稳定；

(3)将第一反应釜和第二反应釜内得到的活性料通过反应注射成型机进行混合，然后注射到梅花形弹性元件模具的模腔内进行聚合，控制模具温度为140℃～180℃，得到梅花形弹性元件。

上述的制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，加入第一反应釜的内酰胺与加入第二反应釜的内酰胺的质量比为1∶1。

上述的制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，所述稳定的时间为10min～40min；所述步骤(3)中，所述聚合的时间为1min～5min。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明的梅花形弹性元件具有优异的低温韧性，良好的耐磨性、抗冲击性和抗疲劳性，使用寿命长，生产成本低且性能可调。本发明的梅花形弹性元件主要由反应注射尼龙构成，与聚氨酯弹性体相比，本发明主要优势体现在：(1)强度高、传递工程扭矩大；(2)特别适合交变频繁的场合，不易发热；(3)优异的耐候、抗老化性能，使用寿命可长达5到10年，有利于拓宽反应尼龙在工程机械上的应用。

2.本发明的制备方法采用了反应注射成型工艺，该工艺反应速度快，工艺简单，且稳定可控，可一次成型产品，且成型周期短，生产成本相对较低。本发明的梅花形弹性元件由反应注射尼龙构成，由于采用的是阴离子聚合方法，反应注射尼龙的分子量大，分子结构可调，在强度、刚度、耐磨性、蠕变等方面均具有显著的优势，并且反应注射尼龙有很好的耐温抗冲击性，可广泛应用于汽车、工程机械行业。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1

一种本发明的梅花形弹性元件，该梅花形弹性元件由100重量份内酰胺、6重量份催化剂和20重量份嵌段预聚物经反应注射成型方法制备得到。

本实施例中，内酰胺具体为己内酰胺，催化剂具体为己内酰胺溴化镁。嵌段预聚物是由聚丁二醇与甲苯二异氰酸酯经聚合反应制备得到，其中，聚丁二醇所含羟基与甲苯二异氰酸酯所含NCO基团的物质的量之比为1∶1。该嵌段预聚物的数均分子量为8000。

一种上述本实施例的梅花形弹性元件的制备方法，包括以下步骤：

(1)按上述重量份称取己内酰胺、己内酰胺溴化镁和和嵌段预聚物；

(2)将6份催化剂与50份己内酰胺加入第一反应釜，将另外50份己内酰胺与20份嵌段预聚物加入第二反应釜，然后均在氮气保护下、在110℃温度下对第一反应釜和第二反应釜进行加热，使反应釜内的物料熔融，并于该温度下稳定20分钟。

(3)将反应注射成型机的喷嘴与梅花形弹性元件模具的注射口对接，第一反应釜和第二反应釜内得到的活性料经反应注射成型机的混合腔高速碰撞混合后注射到模具的模腔内，保持模具温度为150℃，聚合2min后，停止加热，打开模具，取出制品，得到梅花形弹性元件。该梅花形弹性元件的性能测试见表1。

本发明的梅花形弹性元件主要应用于联轴器，市场容量大，以中联重科建筑起重机为例，一年需求量在1万件以上。

实施例2

一种本发明的梅花形弹性元件，该梅花形弹性元件由100重量份内酰胺(90份己内酰胺与10份十二内酰胺)、8重量份催化剂和30重量份嵌段预聚物经反应注射成型方法制备得到。

本实施例中，内酰胺具体为己内酰胺和十二内酰胺的混合物，催化剂具体为己内酰胺钠，嵌段预聚物是由聚丙三醇与三苯甲烷三异氰酸酯经聚合反应制备得到，其中，聚丙三醇所含羟基与三苯甲烷三异氰酸酯所含NCO基团的物质的量之比1∶0.8。该嵌段预聚物的数均分子量为15000。

一种上述本实施例的梅花形弹性元件的制备方法，包括以下步骤：

(1)按上述重量份称取己内酰胺、十二内酰胺、己内酰胺钠和嵌段预聚物；

(2)将8份催化剂与50份内酰胺(包括45份己内酰胺与5份十二内酰胺)加入第一反应釜，将另外50份内酰胺和30份嵌段预聚物加入第二反应釜，然后均在氮气保护下、在90℃温度下对第一反应釜和第二反应釜进行加热，使反应釜内的物料处于熔融状态，并稳定20分钟。

(3)将反应注射成型机的喷嘴与梅花形弹性元件模具的注射口对接，将第一反应釜、第二反应釜内得到的活性料经反应注射成型机的混合腔高速碰撞混合后注射到模具的模腔内，保持模具加热温度140℃，聚合1.5min后，停止加热，打开模具，取出制品，得到梅花形弹性元件。该梅花形弹性元件的性能测试见表1。

实施例3

一种本发明的梅花形弹性元件，该梅花形弹性元件由100重量份内酰胺、10重量份催化剂和35重量份嵌段预聚物经反应注射成型方法制备得到。

本实施例中，内酰胺具体为己内酰胺，催化剂具体为己内酰胺溴化镁，嵌段预聚物是由季戊四醇与间苯二甲酰基己内酰胺经聚合反应制备得到，其中，季戊四醇所含羟基与间苯二甲酰基己内酰胺所含酰亚胺基团的物质的量之比为1∶1.3。该嵌段预聚物的数均分子量为25000。

一种上述本实施例的梅花形弹性元件的制备方法，包括以下步骤：

(1)按上述重量份称取己内酰胺、己内酰胺溴化镁和嵌段预聚物；

(2)将10份催化剂与50份己内酰胺加入第一反应釜，将另外50份己内酰胺与35份嵌段预聚物加入第二反应釜，然后均在氮气保护下、在100℃温度下对第一反应釜和第二反应釜进行加热，使反应釜内的物料处于熔融状态，并稳定20分钟。

(3)将反应注射成型机的喷嘴与梅花形弹性元件模具的注射口对接，第一反应釜和第二反应釜内得到的活性料经反应注射成型机的混合腔高速碰撞混合后注射到模具的模腔内，保持模具加热温度160℃，聚合2.0min后，停止加热，打开模具，取出制品，得到梅花形弹性元件。该梅花形弹性元件的性能测试见表1。

如表1所示，是上述本发明的实施例1～3中梅花形弹性元件的性能测试数据。由表1可知，本发明的梅花形弹性元件具有很好的力学性能，达到了产品的技术指标。

表1 实施例1～3的梅花形弹性元件的性能测试数据

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种梅花形弹性元件，其特征在于，所述梅花形弹性元件主要由内酰胺、催化剂和嵌段预聚物通过反应注射成型方法制备得到，其中，按重量份计，所述内酰胺为100份，所述催化剂为6～15份，所述嵌段预聚物为20～40份；所述嵌段预聚物是由化合物A与化合物B反应制备得到，所述化合物A为多元醇，所述化合物B为异氰酸酯或具有酰亚胺结构的内酰胺；所述嵌段预聚物的数均分子量为1000～30000；当所述嵌段预聚物是由多元醇与异氰酸酯反应制备时，多元醇所含羟基与异氰酸酯所含NCO基团的物质的量之比为1∶0.1～2；当所述嵌段预聚物是由多元醇与具有酰亚胺结构的内酰胺反应制备时，多元醇所含羟基与具有酰亚胺结构的内酰胺所含酰亚胺基团的物质的量之比为1∶0.1～2；所述催化剂为己内酰胺盐或格氏试剂。

2.根据权利要求1所述的梅花形弹性元件，其特征在于，所述内酰胺包括己内酰胺和/或十二内酰胺。

3.根据权利要求1所述的梅花形弹性元件，其特征在于，所述己内酰胺盐为己内酰胺钠或己内酰胺钾；所述格氏试剂为己内酰胺溴化镁或乙基溴化镁。

4.根据权利要求1所述的梅花形弹性元件，其特征在于，所述多元醇包括丙二醇、丙三醇、丁二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚丙三醇和季戊四醇中的一种或多种的组合。

5.根据权利要求1所述的梅花形弹性元件，其特征在于，所述异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、三苯甲烷三异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或多种的组合；所述具有酰亚胺结构的内酰胺包括己二酰双己内酰胺、N-乙酰基己内酰胺和N-苯甲酰基己内酰胺中的一种或多种的组合。

6.一种如权利要求1～5中任一项所述的梅花形弹性元件的制备方法，包括以下步骤：

（1）按重量份计，称取内酰胺100份，催化剂6～15份，嵌段预聚物20～40份；

（2）将催化剂与一部分内酰胺加入第一反应釜中，将另一部分内酰胺与嵌段预聚物加入第二反应釜中，然后在氮气保护下、在80℃～140℃范围内对第一反应釜和第二反应釜进行加热，使第一反应釜和第二反应釜中的物料熔融并稳定；

（3）将第一反应釜和第二反应釜内得到的活性料通过反应注射成型机进行混合，然后注射到梅花形弹性元件模具的模腔内进行聚合，控制模具温度为140℃～180℃，得到梅花形弹性元件。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，加入第一反应釜的内酰胺与加入第二反应釜的内酰胺的质量比为1∶1。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述稳定的时间为10min～40min；所述步骤（3）中，所述聚合的时间为1min～5min。