本發(fā)明屬于尼龍材料領(lǐng)域，尤其涉及一種耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

增強尼龍復(fù)合材料具有物理機械性能高、熱穩(wěn)定性好、電氣性能佳、耐腐蝕等特點，被廣泛應(yīng)用于汽車、電子電氣、國防軍工和機械設(shè)備等行業(yè)。且隨著“以塑代鋼”、“汽車輕量化”、“節(jié)能減排”等政策的逐步實施，尼龍復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。

相比其它類工程塑料，尼龍材料通常被用于齒輪、軸承等制造領(lǐng)域，但是尼龍在干態(tài)條件下摩擦系數(shù)高、耐磨性能差，限制了其在工程機械領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。目前澆注尼龍(MC尼龍)能較好改善材料的耐磨性能，但澆注尼龍存在強度低、報廢率高、生產(chǎn)效率低等問題。尼龍6、尼龍66等樹脂通過復(fù)合材料改性手段可以在一定程度上改善其耐磨性能，如添加石墨、二硫化鉬、碳化硅等耐磨劑，但是這些改性手段通常存在以下問題：

(1)耐磨劑以無機材料為主，難以解決其與尼龍的相容性問題：添加量少，耐磨性能改善不明顯；添加量大，會嚴(yán)重?fù)p失復(fù)合材料的力學(xué)強度；

(2)耐磨劑的加入對基材的韌性影響較大，導(dǎo)致復(fù)合材料的抗沖性能及制品抗摔性能均無法滿足要求；

(3)諸如石墨、二硫化鉬及碳化硅等耐磨劑均為黑色或深色的填料，所制備復(fù)合材料以黑色為主，而當(dāng)今各主機廠所用EPS渦輪均要求為本色，無法滿足使用要求。

公開號CN105647173A的中國專利申請，公開了一種耐磨尼龍復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料是以耐高溫尼龍為基材、二硫化鉬作為耐磨改性劑，該復(fù)合材料的優(yōu)勢體現(xiàn)在熱變形溫度高，但是韌性較差，且該復(fù)合材料未經(jīng)增強改性，導(dǎo)致其強度、韌性均無法滿足EPS渦輪應(yīng)用要求；同時，采用二硫化鉬為黑色填料，無法制備出本色耐磨尼龍復(fù)合材料，同樣滿足不了EPS渦輪應(yīng)用要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，該尼龍復(fù)合材料具有力學(xué)強度好、摩擦系數(shù)低、耐磨性能優(yōu)及抗沖擊性能好等特點。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料，以重量份計，包括以下組份：

尼龍樹脂：20-80份；

纖維材料：10-50份；

耐磨劑：8-40份；

表面處理劑：0.1-2份

潤滑劑：0.1-1.0份；和

抗氧劑：0.1-0.6份；

其中，所述表面處理劑為全氟聚醚。本發(fā)明創(chuàng)造性地選擇全氟聚醚作為表面處理劑，可以有效提高耐磨劑、纖維與尼龍樹脂基體之間的相容性，在不增加復(fù)合材料硬度的前提下降低了復(fù)合材料的磨耗，改善了復(fù)合材料的抗沖擊性能。

上述的復(fù)合材料，優(yōu)選的，所述尼龍樹脂為尼龍6、尼龍66、尼龍11、尼龍12、尼龍612、尼龍1212、芳香族尼龍中的一種或幾種與共聚型尼龍的組合物；其中，所述共聚型尼龍為尼龍6和尼龍66的共聚樹脂；其為已內(nèi)酰胺與PA66鹽在催化劑、水及引發(fā)單體通過水解聚合制備得到。選擇尼龍樹脂中含有共聚型尼龍，可以保證復(fù)合材料具有高抗沖性能。共聚尼龍可提供復(fù)合材料更好的沖擊性能，但流動性稍差，將其它尼龍樹脂與共聚尼龍樹脂復(fù)合，可提高復(fù)合材料的加工性能。

上述的復(fù)合材料，優(yōu)選的，所述共聚型尼龍是由單體投料質(zhì)量比為10:90～90:10的尼龍6與尼龍66的共聚而成。進一步優(yōu)選的，所述尼龍6與尼龍66的單體投料質(zhì)量比為40:60。

上述的復(fù)合材料，優(yōu)選的，所述耐磨劑為片狀耐磨劑與球形耐磨劑(包括類球形耐磨劑)的混合物；其中，所述片狀耐磨劑占耐磨劑的質(zhì)量含量不超過20％。本發(fā)明選用外觀以球形或類球形球磨劑為主，并與層狀耐磨劑復(fù)配使用，可以改善復(fù)合材料的加工性能，使得復(fù)合材料耐磨、摩擦系數(shù)低，且不會磨損與它接觸的零部件。

上述的復(fù)合材料，優(yōu)選的，所述片狀耐磨劑選自勃姆石、滑石粉中的一種或兩種；所述球形耐磨劑為聚四氟乙烯、納米二氧化硅中的一種或兩種。

上述的復(fù)合材料，優(yōu)選的，所述全氟聚醚的重均分子量在1000-5000。全氟聚醚的分子量太低，加工過程中易揮發(fā)，達(dá)不到效果；而分子量太高，粘度大，不利于加工過程中下料。

上述的復(fù)合材料，優(yōu)選的，所述潤滑劑選自硬脂酸鈣、乙撐雙硬脂酰胺和芥酸酰胺中的一種或幾種；

所述抗氧劑選自受阻酚類抗氧劑(如245、1098)和亞磷酸酯類抗氧劑(如TNP、168)中的一種或幾種；

所述纖維材料選自連續(xù)性玻璃纖維、短切型玻璃纖維、連續(xù)性碳纖維及短切型碳纖維中的一種或幾種。

作為一個總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明提供一種上述的復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將不同型號的耐磨劑中速混合均勻；

(2)升溫至90-100℃，再加入全氟聚醚高速混合均勻；

(3)將尼龍樹脂、潤滑劑、抗氧劑添加至步驟(2)得到的混合物中，繼續(xù)混合均勻；

(4)將步驟(3)后得到的混合物與纖維材料通過雙螺桿擠出機熔融共混擠出、牽引、冷卻、切粒，即制備出所述耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料。

上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(1)中，混合速度為200-300轉(zhuǎn)/分鐘、混合時間為2-3分鐘；

所述步驟(2)中，混合速度為300-400轉(zhuǎn)/分鐘、混合時間為2-3分鐘；

所述步驟(3)中，混合的時間為2-3分鐘。

作為一個總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供上述的耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料或由上述的制備方法獲得的所述耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料在汽車EPS電動助力轉(zhuǎn)向用渦輪、汽車軸套、耐熱及強度和韌性要求高的車用塑料零部件中的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明的耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料，摩擦系數(shù)低、耐磨性能好、力學(xué)強度高、耐熱性好、韌性及抗沖擊性能優(yōu)異、成型收縮率低、尺寸穩(wěn)定性好、材料流動性好、易于加工成型。

(2)本發(fā)明的耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料中引入了含共聚型尼龍樹脂作為基體，通過共聚型尼龍中尼龍66打亂尼龍6分子的規(guī)整排列、降低體系結(jié)晶度，使尼龍6中無定形區(qū)增加、減弱氫鍵作用，結(jié)合纖維材料的增強技術(shù)，確保復(fù)合材料的高強度、高韌性，使復(fù)合材料表現(xiàn)出高強度、高抗沖等優(yōu)異的性能。

(3)本發(fā)明的耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料中引入全氟聚醚，并結(jié)合耐磨劑表面處理技術(shù)，解決耐磨劑與基材之間的相容性問題，可以有效提高耐磨劑、纖維與尼龍樹脂基體之間的相容性，在不增加復(fù)合材料硬度的前提下降低了復(fù)合材料的磨耗，改善了復(fù)合材料的抗沖擊性能。

(4)本發(fā)明選擇球形耐磨劑和片狀耐磨劑的復(fù)合使用，發(fā)揮耐磨劑間的協(xié)效作用，可有效降低復(fù)合材料的摩擦系數(shù)、提高耐磨性能；且所選取的耐磨劑均為本色，解決了長期以來耐磨復(fù)合材料及制品的顏色問題。

(5)本發(fā)明的耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料，其制備方法簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1制備的耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料的電鏡掃面照片一。

圖2為本發(fā)明實施例1制備的耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料的電鏡掃面照片二。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說明書附圖和較佳的實施例對本文發(fā)明做更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體實施例。

除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。

除非另有特別說明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設(shè)備等均可通過市場購買得到或者可通過現(xiàn)有方法制備得到。

各實施例和對比例的耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料的組份見表1所示：

表1 實施實例和對比實例物料配方表

注：表1中的共聚尼龍中尼龍6與尼龍66的質(zhì)量比為8：2；全氟聚醚重均分子量為4500。

按照表1中的配方制成耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料，其制備方法具體步驟如下：

(1)將聚四氟乙烯、納米二氧化硅、滑石粉和勃姆石混合均勻，混合速度為250轉(zhuǎn)/分鐘、混合時間為3分鐘；

(2)將步驟(1)混合的耐磨劑升溫至100℃，再加入全氟聚醚高速混合均勻，混合速度為250轉(zhuǎn)/分鐘、混合時間為3分鐘；

(3)將共聚尼龍、尼龍66、潤滑劑芥酸酰胺、抗氧劑1098、抗氧劑168添加至步驟(2)得到的混合物中，繼續(xù)混合3分鐘，混合均勻；

(4)將步驟(3)后得到的混合物與纖維材料通過雙螺桿擠出機熔融共混擠出、牽引、冷卻、切粒，即制備出耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料。

對比例也采用相同的方法制備，將所制備的耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料經(jīng)烘干、注塑制成標(biāo)準(zhǔn)樣條進行檢測。

對于實施例1和對比例1-7進行拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度、熱變形溫度、體積磨損率、摩擦系數(shù)、磨耗量、磨痕寬度等一系列性能測試，測試結(jié)果如表2所示。

表2 實施實例和對比實例的材料性能測試結(jié)果

注：表2中的：1、摩擦系數(shù)測試標(biāo)準(zhǔn)為GB-3960-83、樣條尺寸為：30mm*6mm*7mm、試驗中上轉(zhuǎn)軸保持靜止，下轉(zhuǎn)軸以200轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)動，摩擦副做滑動摩擦，對磨2小時，負(fù)荷20公斤，試驗環(huán)境溫度：23±5℃。

2、熱變形溫度測試標(biāo)準(zhǔn)為：GB/T 1634-2004(0.45MPa，B法)。

3、體積摩損率測試：將復(fù)合材料注塑成標(biāo)準(zhǔn)摩擦測試試塊，試塊經(jīng)100℃干燥2小時后，置于干燥皿中冷卻4h后備用。摩擦?xí)r間2h，滑動速度為0.43m/s，載荷300N。用感量為0.01mg的精密電子天平測定磨損質(zhì)量損失，并根據(jù)聚合物基體和填料的相對密度及實驗參數(shù)將磨損質(zhì)量換為體積磨損率。對每一組試件均在相同的實驗條件下進行4次重復(fù)實驗，選較為接近的3個數(shù)據(jù)平均值作為實驗結(jié)果。

由本發(fā)明對比4-7的實驗數(shù)據(jù)可見：耐磨劑能有效地改善復(fù)合材料的耐磨性能，當(dāng)耐磨劑的添加量為10％時，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)、磨耗量、體積磨損率及磨痕寬度分別下降了35.9％、37％、31.1％、29.6％，但復(fù)合材料的沖擊強度下降27.9％、韌性損失嚴(yán)重，其難以滿足在汽車EPS電動助力轉(zhuǎn)向用渦輪及汽車軸套等對材料沖擊要求較高的領(lǐng)域應(yīng)用。

與對比例4-7相比，本發(fā)明實施例1及對比例1-3中均通過引入共聚尼龍，大大提升了復(fù)合材料的韌性，其沖擊強度及斷裂伸長率分別提升了38.3％、132.1％。

本發(fā)明通過耐磨體系的優(yōu)化及耐磨劑的表面處理技術(shù)，發(fā)揮了耐磨劑間的協(xié)效作用、促進了耐磨劑與尼龍基體相容，復(fù)合材料的耐磨性能得到進一步提升，同時韌性得以保持，制備出綜合性能優(yōu)異的耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料。本發(fā)明采用共聚尼龍作為基體樹脂，結(jié)合耐磨劑的復(fù)配及表面處理工藝，能夠有效的解決耐磨劑與基體相容性差、復(fù)合材料韌性差等問題，并且這種技術(shù)對耐磨型復(fù)合材料體系具有普遍的適用性。

圖1和圖2為本發(fā)明實施例1制備的耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料不同拍攝角度的電鏡掃面照片，其中，灰色圓柱狀為玻璃纖維、納米級白色顆粒狀為耐磨劑。由圖1-2可以看出，通過本發(fā)明實施例1的配方體系，結(jié)合熔融共混擠出工藝，玻璃纖維及耐磨劑均表現(xiàn)出與尼龍基體較好的相容性、很少被拔出，且耐磨劑與玻璃纖維能相互作用、并均勻分布于樹脂基體中，確保了復(fù)合材料優(yōu)異的耐磨性能、抗沖擊性能及力學(xué)綜合性能，同時直觀地證明了復(fù)合材料制備技術(shù)的可行性。

因此，由本發(fā)明所提出的配方體系，結(jié)合耐磨劑復(fù)配及表面處理技術(shù)，能制備出綜合性能優(yōu)異的耐磨高抗沖尼龍復(fù)合材料，此類材料可廣泛應(yīng)用于汽車EPS電動助力轉(zhuǎn)向用渦輪及汽車軸套等耐磨、耐熱及強度和韌性要求較高的車用塑料零部件領(lǐng)域。