CN111087806A - 一种高强耐磨尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强耐磨尼龙复合材料及其制备方法，所述复合材料由以下重量份原料组成：40‑70份尼龙树脂、20‑40份纤维增强材料、5‑20.5份耐磨剂、0.2‑0.5份润滑剂和0.2‑0.5份抗氧剂。所述制备方法包括：首先将尼龙树脂与耐磨剂、抗氧剂、润滑剂按重量份称取，将尼龙树脂在100‑120℃下干燥4‑5h后与耐磨剂、润滑剂和抗氧剂混合搅拌，得到混合料；将纤维增强材料加入混合料中进行熔融挤出造粒，得到高强耐磨尼龙复合材料。所得材料既具有很高的强度，同时又兼顾优异的耐磨性能，可以用于高承载和高耐磨的场合，可广泛应用于汽车、工程机械、船舶等领域。

Description

一种高强耐磨尼龙复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及尼龙复合材料领域，特别涉及一种高强耐磨尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术
尼龙是高分子化合物聚酰胺(PA)的商品名称，种类颇多，是应用最广泛的工程塑料之一。尼龙有较高的结晶度、拉伸强度大、弯曲强度高、耐化性能好、对酸碱稳定性和耐溶剂性好，广泛应用于电子、交通、建筑、航空和汽车领域。尼龙复合材料由于具有突出的超韧性和高阻氧性，被视为一种优异的工程材料，具有广泛的应用前景。
但是，纯的尼龙材料摩擦系数高，且吸水率大，尺寸稳定性较差，难以满足某些实际工况的应用。专利CN101343409B公开了一种碳纤维增强热塑性树脂复合材料，使用经表面处理后的碳纤维增强尼龙、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯和ABS等热塑性塑料，并加入聚四氟乙烯以降低摩擦系数，但该专利未能解决高承载时材料磨损过大的问题。专利CN201710229515.2公布了一种碳纤维增强尼龙复合材料及其制备方法，碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。碳纤维的加入会大大提高材料的刚性使得碳纤维增强热塑性(树脂基)复合材料(LCFT)具有质量轻、性能高、生产效率高、易回收、可循环重复使用等突出特点，但其耐磨度不高限制了应用领域。专利CN201910049646.1公布了一种3D打印用高强耐磨尼龙复合材料及其制备方法和应用，具有耐高温、力学性能优良、高强度、高耐磨和层间粘合力强的的优点，可广泛推广应用于FDM(熔融沉积成型法)技术领域但其强度耐磨度不足以满足汽车，工程等领域。
因此，有必要提供一种在高承载、高耐磨的尼龙复合材料，以满足汽车、工程机械、船舶等领域的要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高强耐磨尼龙复合材料及其制备方法，其目的是为了制备出强度和耐磨性兼顾的复合材料，可用于要求高承载和高耐磨的场合。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强耐磨尼龙复合材料，所述复合材料由40-70份尼龙树脂、20-40份纤维增强材料、5-20.5份耐磨剂、0.2-0.5份润滑剂和0.2-0.5份抗氧剂组成。
上述高强耐磨尼龙复合材料，优选地，所述的尼龙树脂包括尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙612、尼龙46和尼龙6T中的一种或几种。
上述高强耐磨尼龙复合材料，优选地，所述纤维增强材料包括玻璃纤维和/或碳纤维。
上述高强耐磨尼龙复合材料，优选地，所述耐磨剂包括聚四氟乙烯微粉、二硫化钼、芳纶粉末、硅酮母粒、石墨、超高分子量聚乙烯和硅灰石中的一种或几种，不同耐磨剂的复合，可以利用各自的特点达到最好的耐磨效果，同时还可以兼顾成本，达到最好的性价比。
上述高强耐磨尼龙复合材料，优选地，所述润滑剂包括改性乙撑双脂肪酸酰胺、聚乙烯蜡、E蜡和硬脂酸钙中的一种或几种。
上述高强耐磨尼龙复合材料，优选地，所述抗氧剂包括抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂1010和抗氧剂H3336中的一种或几种。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了上述高强耐磨尼龙复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按重量份数称取40-70份尼龙树脂、20-40份纤维增强材料、5-20.5份耐磨剂、0.2-0.5份润滑剂和0.2-0.5份抗氧剂；
(2)将步骤(1)称取的尼龙树脂在100-120℃下干燥4-5h；
(3)将步骤(2)处理后的尼龙树脂与步骤(1)称取的耐磨剂、润滑剂和抗氧剂混合搅拌，得到混合料；
(4)将步骤(1)称取的纤维增强材料加入步骤(3)所得混合料中进行熔融挤出造粒，得到高强耐磨尼龙复合材料。
上述制备方法中，优选地，步骤(3)中的搅拌速度为300-400r/min。
步骤(4)中熔融挤出造粒的温度为270-310℃。
上述制备方法中，优选地，所述步骤(4)所得高强耐磨尼龙复合材料的拉伸强度大于185MPa；弯曲强度大于256MPa；摩擦系数小于0.3079。
本发明有如下的有益效果：
(1)本发明所采用的纤维增强材料为高强度和高模量的特种玻璃纤维或碳纤维，制得的复合材料拉伸强度大于185MPa；弯曲强度大于256MPa；摩擦系数小于0.3079，适用于重载商用车、工程机械等领域。
(2)本发明可以进行不同耐磨剂聚四氟乙烯微粉，二硫化钼，芳纶粉末，硅酮母粒，石墨，超高分子量聚乙烯，硅灰石之间的组合复配，制得了一系列不同性能的复合材料，包括高强度、高耐磨性、高性价比和低成本等。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1
(1)按重量份数称取尼龙树脂PA66 50份，称取PTFE(聚四氟乙烯微粉)20份作为耐磨剂，TAF(改性乙撑双脂肪酸酰胺)0.5份作为润滑剂，抗氧剂168 0.2份和抗氧剂1098 0.2份作为抗氧化剂；
(2)将尼龙树脂PA66在100℃下干燥4h；
(3)将干燥处理后的尼龙树脂PA66与PTFE，润滑剂TAF，抗氧剂168，抗氧剂1098用高速搅拌机混合均匀，从主喂料喂入双螺杆挤出机；
(4)将30份高强玻璃纤维作为增强材料，通过侧喂料喂入挤出机，在270℃条件下熔融挤出造粒，即得到高强耐磨尼龙复合材料。
实施例2
(1)按重量份数称取尼龙树脂PA66 50份，称取PTFE(聚四氟乙烯微粉)5份和硅酮母粒0.5份作为耐磨剂，TAF(改性乙撑双脂肪酸酰胺)0.5份作为润滑剂，抗氧剂168 0.2份和抗氧剂1098 0.2份作为抗氧剂；
(2)将尼龙树脂PA66在120℃下干燥4h；
(3)将干燥处理后的尼龙树脂PA66与PTFE，硅酮母粒、TAF、抗氧剂168，抗氧剂1098用高速搅拌机混合均匀，从主喂料喂入双螺杆挤出机；
(4)将30份短切碳纤维作为增强纤维，通过侧喂料喂入挤出机，在280℃条件下熔融挤出造粒，即得到高强耐磨尼龙复合材料。
实施例3
(1)按重量份数称取尼龙树脂PA66 50份，称取PTFE 10份、二硫化钼5份和超高分子量聚乙烯5份作为耐磨剂，TAF 0.5份作为润滑剂，抗氧剂168 0.2份和抗氧剂1098 0.2份作为抗氧剂；
(2)将尼龙树脂PA66在110℃下干燥4.5h；
(3)将干燥处理后的尼龙树脂PA66与PTFE聚四氟乙烯微粉，二硫化钼，超高分子量聚乙烯、TAF，抗氧剂168，抗氧剂1098用高速搅拌机混合均匀，从主喂料喂入双螺杆挤出机；
(4)将15份高强玻璃纤维与15份短切碳纤维通过侧喂料喂入挤出机，在270℃条件下熔融挤出造粒，即得到高强耐磨尼龙复合材料。
实施例4
(1)按重量份数称取尼龙树脂PA66 50份，称取PTFE 5份、石墨5份、硅灰石10份和硅酮母粒0.5份作为耐磨剂，TAF 0.5份作为润滑剂，抗氧剂168 0.2份和抗氧剂1098 0.2份作为抗氧剂；
(2)将尼龙树脂PA66在120℃下干燥5h；
(3)将干燥处理后的尼龙树脂PA66与PTFE、石墨、硅灰石、硅酮母粒、TAF、抗氧剂168和抗氧剂1098用高速搅拌机混合均匀，从主喂料喂入双螺杆挤出机；
(4)将30份玻璃纤维作为增强材料，通过侧喂料喂入挤出机，在260℃条件下熔融挤出造粒，即得到高强耐磨尼龙复合材料。
实施例5
(1)按重量份数称取将尼龙树脂PA66 60份，称取PTFE 5份、超高分子量聚乙烯5份和硅灰石10份和硅酮粉0.5份作为耐磨剂，TAF 0.5份作为润滑剂，抗氧剂168 0.2份和抗氧剂1098 0.2份作为抗氧剂；
(2)将尼龙树脂PA66在100℃下干燥4.5h；
(3)将干燥处理后的尼龙树脂PA66与PTFE，超高分子量聚乙烯、硅灰石、硅酮母粒、TAF、抗氧剂168和抗氧剂1098用高速搅拌机混合均匀，从主喂料喂入双螺杆挤出机；
(4)将20份碳纤维作为增强材料，通过侧喂料喂入挤出机，在270℃条件下熔融挤出造粒，即得到高强耐磨尼龙复合材料。
表1实施例1-5的配方组成
Figure BDA0002341817110000051
表2实施例1-5制得的复合材料用注塑机注塑塑料标准测试样条，具体力学性能及摩擦磨损性能
Figure BDA0002341817110000052
Figure BDA0002341817110000061
以上所述是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于，所述复合材料由以下重量份的原料组成：40-70份尼龙树脂、20-40份纤维增强材料、5-20.5份耐磨剂、0.2-0.5份润滑剂和0.2-0.5份抗氧剂。
2.根据权利要求1所述的高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于，所述尼龙树脂包括尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙612、尼龙46和尼龙6T中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于，所述纤维增强材料包括玻璃纤维和/或碳纤维。
4.根据权利要求1所述的高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于，所述耐磨剂包括聚四氟乙烯微粉、二硫化钼、芳纶粉末、硅酮母粒、石墨、超高分子量聚乙烯和硅灰石中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于，所述润滑剂包括改性乙撑双脂肪酸酰胺、聚乙烯蜡、E蜡和硬脂酸钙中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于，所述抗氧剂包括抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂1010和抗氧剂H3336中的一种或几种。
7.一种如权利要求1～6中任一项所述高强耐磨尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量份称取40-70份尼龙树脂、20-40份纤维增强材料、5-20.5份耐磨剂、0.2-0.5份润滑剂和0.2-0.5份抗氧剂；
(2)将步骤(1)称取的尼龙树脂在100-120℃下干燥4-5h；
(3)将步骤(2)处理后的尼龙树脂与步骤(1)称取的耐磨剂、润滑剂和抗氧剂混合搅拌，得到混合料；
(4)将步骤(1)称取的纤维增强材料加入步骤(3)所得混合料中进行熔融挤出造粒，得到高强耐磨尼龙复合材料。
8.根据权利要求7所述的高强耐磨尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的搅拌速度为300-400r/min。
9.根据权利要求7所述的高强耐磨尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中熔融挤出造粒的温度为270-310℃。
10.根据权利要求7所述的高强耐磨尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所得高强耐磨尼龙复合材料的拉伸强度大于185MPa；弯曲强度大于256MPa；摩擦系数小于0.3079。
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