一种基于硫化锌和磷酸盐耐磨剂的耐磨尼龙材料及其制备方法与流程

1.本发明属于耐磨高分子材料技术领域，具体涉及一种基于硫化锌和磷酸盐新型耐磨剂的耐磨尼龙材料及其制备方法。


背景技术：

2.聚酰胺俗称尼龙（nylon），英文名称polyamide（简称pa），是分子主链上含有重复酰胺基团-[nhco]-热塑性树脂总称，包括脂肪族尼龙、半芳香族尼龙、全芳香族尼龙和脂环族尼龙，其中脂肪族尼龙品种最多、应用最广、产量最大，常见的脂肪族尼龙有pa6、pa66、pa610、pa1010、pa612、pa11、pa12、pa46等，半芳香族尼龙主要有pa4t、pa6t及其共聚物、pa9t、pa10t、pa12t等，全芳香族尼龙主要有芳纶1313和芳纶1414等，脂环族尼龙主要有pa6c和12c等。尼龙具有良好的综合性能：力学性能优异、耐热性好、耐化学药品好、自润滑性好、耐磨损性好且摩擦系数低，另外尼龙还具有一定的阻燃性，易于加工。尼龙正是因其具有良好的自润滑性、耐磨损性且摩擦系数低，因此耐磨尼龙材料常用作替代汽车、电子电器、家用电器、机械工业等上面的部分金属部件与金属配合使用，达到减轻重量、降低摩擦系数、减少磨损、延长使用寿命的作用，常使用耐磨尼龙材料的部件有涡轮、齿轮、轴承、叶轮、轴套、阀门、套筒、螺丝、螺母、轴套连接器、梭子等。
[0003]
尼龙作为耐磨材料使用，需要添加相应的耐磨助剂，常用的耐磨助剂主要有石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯(ptfe)、硅油以及玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、部分矿物晶须及矿物填料等，其中最常使用的还是石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯和硅油。如中国专利cn104046017a公开了一种耐磨的耐高温尼龙复合材料及其制备方法，该复合材料主要由65～95份的耐高温尼龙、5～35份的尼龙66、1～15份的耐磨剂、0.1～1.0份的抗氧剂、0.2～1.0份的润滑剂制备而成，该发明使用的耐磨剂为纯度≥99.9%的二硫化钼，该发明先将尼龙66与耐磨剂进行预混合，提高耐磨剂在复合材料中的分散性，从而提高复合材料的耐磨性能和耐热性能。以及中国专利cn101182388a公开了一种高耐磨高刚性增强尼龙66复合材料及其制备方法，由以下重量份原料组成：尼龙66 100份、成核剂0.1～15份、耐磨剂5～30份、热稳定剂和加工助剂0.5～3份、玻璃纤维15～105份，该发明使用的耐磨剂为聚四氟乙烯粉末和石墨，可使尼龙66复合材料达到最大静摩擦系数0.11，最大动摩擦系数0.07。
[0004]
上述两个专利采用都是将常用的二硫化钼、聚四氟乙烯和石墨耐磨剂添加于尼龙材料中达到提高尼龙66复合材料的耐磨性。但是，二硫化钼是灰黑色固体粉末，作为耐磨剂具有颜色上的局限性；聚四氟乙烯是白色高分子有机聚合物，作为耐磨剂其在颜色上没有限制，是最长使用的耐磨剂，但是其单独作耐磨剂耐磨损性不好，同时其耐辐射性能较差，受高能辐射后引起降解，电性能和力学性能均明显下降，并有一定的致癌性；石墨也是灰黑色固体粉末，作为耐磨剂也具有颜色上的局限性，一般与二硫化钼一块使用，同时其质软、导电，也进一步限制了其使用范围。加之，在某些苛刻耐磨环境使用的耐磨尼龙材料，往往需要其具有更优的耐磨性和更低的摩擦系数，因此，如何通过减少耐磨尼龙材料中耐磨剂
的使用量来满足相同耐磨环境的使用要求，降低原材料成本，拓展耐磨尼龙材料的应用范围，具有重要的研发意义。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于提供一种基于硫化锌和磷酸盐耐磨剂的耐磨尼龙材料，通过在尼龙树脂中添加基于硫化锌和磷酸盐混合物的sls产品，获得的耐磨尼龙材料较添加相同比例的二硫化钼具有更小的摩擦系数和更低的磨耗量，同时二硫化锌和磷酸盐的混合物是白色粉末，可赋予耐磨尼龙材料更大的适用范围，可广泛替代添加二硫化钼、聚四氟乙烯等传统耐磨剂的耐磨尼龙材料应用于汽车部件、机械配件、电子电气元件等上面的齿轮、轴承、叶轮、轴套等。
[0006]
本发明的另一目的在于提供一种基于硫化锌和磷酸盐耐磨剂的耐磨尼龙材料的制备方法。将称量好的各组分原料加入高速混合机混合后，经双螺杆挤出机熔融挤出造粒而制得，制备过程简单，易于控制，适于工业化生产，制得的耐磨剂耐磨尼龙材料相对添加二硫化钼的耐磨尼龙材料在不增加材料成本的基础上具有更优的耐磨性和更低的摩擦系数，且产品其他性能良好。
[0007]
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于硫化锌和磷酸盐耐磨剂的耐磨尼龙材料，由以下按重量百分比组成的原料制得：尼龙树脂
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83.5～98.5%耐磨剂
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1～15%抗氧剂
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0.1～0.3%润滑剂
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0.4～1.2%所述尼龙树脂包括脂肪族尼龙、半芳香族尼龙或者能形成合金的几种尼龙的混合物。
[0008]
进一步，所述脂肪族尼龙为pa6、pa66、pa46、pa610、pa1010、pa11、pa12中的任意一种；所述半芳香族尼龙为pa6t共聚物、pa9t、pa10t、pa12t、mxd6中的任意一种；所述能形成合金的几种尼龙的混合物如pa6/66、pa66/pa12/pa1010、ppa/pa46等。
[0009]
所述耐磨剂为基于硫化锌和磷酸盐混合物的耐磨剂，可选自奥地利特博科公司生产的sls耐磨剂。
[0010]
所述抗氧剂为抗氧剂h10。
[0011]
所述润滑剂为1000cs的二甲基硅油，可以提高耐磨剂和抗氧剂粉料在基体树脂中的均匀分散性，同时还起润滑作用。
[0012]
一种基于硫化锌和磷酸盐耐磨剂的耐磨尼龙材料的制备方法：将已干燥的重量百分比为83.5～98.5%的尼龙树脂和0.4～1.2%的润滑剂放入高速混合机中先混合1～2min，然后加入1～15%的耐磨剂、0.1～0.3%的抗氧剂后再混合2～3min，混合均匀后置于双螺杆挤出机料斗中，经双螺杆挤出机熔融挤出造粒，即得耐磨尼龙材料。
[0013]
所述的双螺杆挤出机的各区温度控制在225～320℃，螺杆转速控制在200～220rpm。
[0014]
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本发明是基于硫化锌和磷酸盐混合物的耐磨剂sls制得的耐磨尼龙材料，相比添加耐磨剂二硫化钼具有如下优势：（1）sls为白色粉末，而二硫化钼为金属光泽的灰黑色固体粉
末，相比二硫化钼，sls具有更广泛的颜色适用范围；（2）sls的密度为2.9g/cm3，而二硫化钼（mos2）的密度为4.8g/cm3，sls的密度比二硫化钼小，两者的价格又基本相当，以相同比例添加于尼龙树脂中时，添加sls耐磨剂的尼龙材料其密度更小，制作相同制件时添加sls耐磨剂的尼龙材料具有更优的价格优势；（3）更为突出的是，使用相同粒径相同比例的sls和二硫化钼时，添加sls的耐磨尼龙材料具有更小的摩擦系数和更低的磨损量，这意味着添加耐磨剂sls的耐磨尼龙材料能适应更苛刻耐磨环境的使用要求，或者说，在耐磨环境相同的情况下，基于硫化锌和磷酸盐混合物的sls耐磨剂制得的耐磨尼龙材料，可以在减少使用量的同时达到与其他耐磨尼龙材料相同的效果，从而降低了原材料成本。本发明耐磨尼龙材料可广泛替代添加二硫化钼、聚四氟乙烯等传统耐磨剂的耐磨尼龙材料应用于汽车部件、机械配件、电子电气元件等上面的齿轮、轴承、叶轮、轴套等。
具体实施方式
[0015]
以下为本发明实施例以及对比例中具体所采用的相关市售或供货商提供的原料，但不仅限于以下原料：1）pa6 y800 岳阳巴陵石化化工化纤有限公司；pa66 ep158 浙江华峰集团；pa46ts300 荷兰dsm公司。
[0016]
2）耐磨剂sls 500目 奥地利特博科公司；二硫化钼 500目 市售；3）抗氧剂h10 德国布吕格曼公司。
[0017]
4）润滑剂 1000cs二甲基硅油 美国道康宁公司。
[0018]
实施例1-8及对比例1-4按如下步骤制备一种基于硫化锌和磷酸盐耐磨剂的耐磨尼龙材料，各原料的重量百分比用量见表1所示：将已干燥的重量百分比为83.5～98.5%的尼龙树脂和0.4～1.2%的润滑剂放入高速混合机中先混合1～2min，然后加入1～15%的耐磨剂、0.1～0.3%的抗氧剂后再混合2～3min，混合均匀后置于双螺杆挤出机料斗中，经双螺杆挤出机熔融挤出造粒，即得耐磨尼龙材料，所述双螺杆挤出机各区温度控制在225～320℃，螺杆转速控制在200～220rpm。
[0019]
表1 实施例1-8和对比例1-4的重量百分比用量
产品性能测试：将上述实施例1-8及对比例1-4所得的耐磨尼龙材料放在鼓风烘箱中100～130℃条件下干燥4～6h，经注塑机注塑成力学性能样条及摩擦样条，并按照gb/t1040-2006、gb/t9341-2008、gb/t1843-2008、gb/t3960-2016的相关标准分别对其拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁缺口冲击强度、摩擦性能进行测试。性能测试数据如表2。
[0020]
表2 性能测试结果从表2中的性能测试结果，同时结合表1的配比可以看出：不管是在耐磨pa6 材料中，还是在耐磨pa66材料中，或者在耐磨pa6/pa66合金材料中以及耐磨高温尼龙46材料中，添加特博科耐磨剂sls的耐磨尼龙材料比添加耐磨剂二硫化钼的耐磨材料（耐磨剂的添加比例和粒径相同），其在机械性能上基本相当，但是添加耐磨剂sls的耐磨尼龙材料在摩擦系数和磨损量比添加二硫化钼耐磨剂的耐磨材料低很多，说明特博科耐磨剂sls添加在尼龙材料中比二硫化钼添加在尼龙材料中耐磨性更好。同时耐磨剂sls与耐磨剂二硫化钼成本基本相当，耐磨剂sls外观为白色粉末，比二硫化钼的灰黑色外观具有更广泛的适用性，因此基于硫化锌和磷酸盐耐磨剂的耐磨尼龙材料将具有更强的市场竞争力。
[0021]
以上所述实施例仅为了更好的阐述本发明，而并不用于限制本发明的范围，凡基于本发明上述内容作出的任何的修改、等同替换、改进等，均落入本发明保护范围内。