一种用于塑料保持架的复合材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及塑料保持架技术领域，尤其是涉及一种用于塑料保持架的复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.滚动轴承在工作时，特别是载荷复杂且高速旋转时，保持架要承受很大的离心力、冲击和振动，保持架和滚动体之间存在较大的滑动摩擦，并产生大量的热量，力和热共同作用的结果会导致保持架故障，严重时会造成保持架烧伤和断裂，因此用于保持架的材料要求耐磨性好、抗冲击韧性强，而且要求导热性好、易加工。
3.常用的保持架按材料种类划分主要有金属保持架和非金属保持架，其中，金属保持架虽然强度较优，但易被腐蚀、易磨损，且加工难度高；非金属保持架常采用聚合物及其复合材料，聚合物材料具有良好的强度、弹性匹配和滑动性，使塑料保持架与滚动元件表面产生相对运动时只产生很小的摩擦，使轴承的发热和磨损降到最低，有效避免了金属材料的弊端。其中，pa66的疲劳强度较高、耐热性较好、干摩擦系数较低，被广泛用于塑料保持架，但pa66分子主链上含有重复酰胺基团导致其吸湿性加大，在相对湿度大于80％条件下，空气中的水分渗透到pa66材料内部，因而会降低pa66的硬度；当空气中相对湿度小于50％时，pa66中所含的水分会蒸发到空气中，同样会使pa66变脆，会降低pa66的抗拉强度。


技术实现要素：

4.为了改善pa66因吸湿性导致硬度和抗拉强度下降的技术缺陷，本技术提供一种用于塑料保持架的复合材料及其制备方法。
5.第一方面，本技术提供一种用于塑料保持架的复合材料，采用如下技术方案实现：一种用于塑料保持架的复合材料，按重量份计，其制备原料包括pa66 40-60份、sap树脂10-20份、碳纤维5-10份、氨基硅烷偶联剂3-5份、马来酸酐接枝聚合物2-5份和润滑剂2-4份。
6.通过采用上述技术方案，sap树脂是一类含有亲水基团和交联结构的大分子，sap树脂与水接触时，水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到sap树脂中，链上的电离基团由于链上同离子之间的静电斥力而使高分子链伸展溶胀，形成水凝胶，有效抑制空气中的水分渗透到pa66内部；同时sap树脂本身的交联网状结构及氢键作用又限制了凝胶的无限膨胀，有效减少了复合材料所含的水分蒸发到空气中的量，从而使复合材料不易变脆。氨基硅烷偶联剂中的氨基和c-o-si分别用来偶联有机高分子和碳纤维，增加碳纤维与pa66、sap树脂的相容性和粘结性，提高了体系的分散性。氨基硅烷偶联剂与马来酸酐接枝聚合物共同作用，进一步提高了碳纤维与pa66、sap树脂的相容性，更有利于氨基硅烷偶联剂、sap树脂和马来酸酐接枝聚合物间发挥氢键作用，进一步抑制了pa66中酰胺基的吸湿性，从而提高了复合材料在相对湿度大于80％条件下的硬度，且再将复合材料置于空气中相对湿度小于50％的环境下也不易变脆、复合材料的抗拉强度得到明显提高。
7.优选的，所述氨基硅烷偶联剂为双氨基硅烷偶联剂。
8.双氨基硅烷偶联剂是双氨基双官能团偶联剂，双氨基硅烷偶联剂中的双氨基对sap树脂和马来酸酐接枝聚合物间氢键有更好的效果，且对pa66和碳纤维的偶合效果更好，可以进一步提高复合材料在相对湿度大于80％条件下的硬度以及再置于相对湿度小于50％的条件下的抗拉强度。
9.优选的，所述双氨基硅烷偶联剂为cg-792和/或cg-si550。
10.更优选的，所述双氨基硅烷偶联剂由cg-792和cg-si550按质量比为1:(1.2-1.6)混合而成。
11.本技术人在研究过程中发现，双氨基硅烷偶联剂cg-792、双氨基硅烷偶联剂cg-si550与sap树脂和马来酸酐接枝聚合物对降低pa66的吸湿性效果较好。尤其是双氨基硅烷偶联剂cg-792和双氨基硅烷偶联剂cg-si550复配，可以显著提高复合材料在相对湿度大于80％条件下的硬度以及再置于相对湿度小于50％的条件下的抗拉强度。
12.优选的，所述pa66为玻纤增强pa66。
13.玻纤增强pa66的力学性能、尺寸稳定性、耐热性、耐老化性能比pa66的力学性能、尺寸稳定性、耐热性、耐老化性能均有明显提高，可以降低pa66的极性，从而降低pa66的吸湿性，玻纤增强pa66还能提高塑料保持架的耐磨性。
14.优选的，所述玻纤增强pa66中玻璃纤维的含量为30wt％。
15.玻纤增强pa66中玻璃纤维的含量过高会使其中的玻璃纤维在注塑过程中会沿流动方向取向，容易使塑料保持架变形，出现翘曲现象，且玻璃纤维含量过高也会降低塑料保持架的耐磨性；而玻纤增强pa66中玻璃纤维的含量过低，塑料保持架的耐磨性提高较弱，且复合材料吸湿后的硬度和抗拉强度较低。本技术人在研究过程中发现，玻纤增强pa66中玻璃纤维的含量为30wt％时，塑料保持架的耐磨性较好、不出现翘曲现象，且复合材料吸湿后的硬度和抗拉强度较高。
16.优选的，所述马来酸酐接枝聚合物为hdpe-g-mah。
17.优选的，所述润滑剂为77g33l型玻璃纤维增强pa12。
18.第二方面，本技术提供一种用于塑料保持架的复合材料的制备方法，采用如下的技术方案：一种用于塑料保持架的复合材料的制备方法，包括如下步骤：将pa66、sap树脂、碳纤维和氨基硅烷偶联剂混合均匀，再加入马来酸酐接枝聚合物和润滑剂混合熔融，造粒，得用于塑料保持架的复合材料。
19.通过采用上述技术方案，本技术用于塑料保持架的复合材料的制备方法操作简单，适用性广。
20.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术通过sap树脂与水接触水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到sap树脂中，有效抑制空气中的水分渗透到pa66内部，sap树脂本身的交联网状结构及氨基硅烷偶联剂、sap树脂和马来酸酐接枝聚合物间氢键作用有效减少了复合材料所含的水分蒸发到空气中的量，从而使复合材料不易变脆，进一步抑制了pa66中酰胺基的吸湿性，提高了复合材料吸湿后的硬度和拉伸强度。
21.2、本技术优选采用双氨基硅烷偶联剂，双氨基硅烷偶联剂中的双氨基对sap树脂和马来酸酐接枝聚合物间氢键有更好的效果，且对pa66和碳纤维的偶合效果更好；双氨基
硅烷偶联剂cg-792、双氨基硅烷偶联剂cg-si550与sap树脂和马来酸酐接枝聚合物对降低pa66的吸湿性效果较好。
22.3、本技术控制玻纤增强pa66中玻璃纤维的含量为30wt％，可以提高塑料保持架的耐磨性，塑料保持架不出现翘曲现象，且复合材料吸湿后的硬度和抗拉强度较高。
具体实施方式
23.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
24.本技术使用的原料均可通过市售获得；其中，pa66，牌号为美国杜邦st801，购买自美国杜邦；玻纤增强pa66，玻璃纤维的含量为30wt％，牌号为美国首诺r530h，购买自美国首诺；玻纤增强pa66，玻璃纤维的含量为15wt％，牌号为法国罗地亚a 548b2 v15，购买自法国罗地亚；玻纤增强pa66，玻璃纤维的含量为35wt％，牌号为日本旭化成14g35，购买自日本旭化成；sap树脂，牌号为住友sa60n，购买自日本住友；碳纤维，牌号为2299x 126107a，购买自美国rtp；3-氨基丙基三乙氧基硅烷，牌号为cg-550，购买自南京辰工有机硅材料有限公司；双氨基硅烷偶联剂，牌号为cg-si550，购买自南京辰工有机硅材料有限公司；双氨基硅烷偶联剂，牌号为cg-792，n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，购买自南京辰工有机硅材料有限公司；双氨基硅烷偶联剂，牌号为cg-602，n-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，购买自南京辰工有机硅材料有限公司；马来酸酐接枝聚合物，hdpe-g-mah，接枝率为0.5-1％，牌号为m100，购买自苏州陆拓物资有限公司；马来酸酐接枝聚合物，lldpe-g-mah，接枝率为0.5-1％，牌号为m226*，购买自苏州陆拓物资有限公司；润滑剂，77g33l型玻璃纤维增强pa12，购买自美国杜邦。实施例
25.实施例1-12提供了一种用于塑料保持架的复合材料，以下以实施例1为例进行说明。
26.实施例1提供的用于塑料保持架的复合材料，其制备步骤为：将0.4kg pa66、0.1kg sap树脂、0.05kg碳纤维和0.03kg 3-氨基丙基三乙氧基硅烷混合均匀，再加入0.02kg hdpe-g-mah和0.02kg 77g33l型玻璃纤维增强pa12混合，加热至熔融，造粒，得用于塑料保持架的复合材料。
27.实施例2-3，与实施例1不同之处在于，各制备原料的质量不同，具体见表1。
28.表1实施例1-3用于塑料保持架的复合材料各制备原料的质量/kg
实施例4-8，与实施例3不同之处在于，氨基硅烷偶联剂不同，具体见表2。
29.表2实施例3-8氨基硅烷偶联剂的组成实施例9，与实施例7不同之处在于，pa66等质量替换为玻纤增强pa66，其中玻纤增强pa66中玻璃纤维的含量为15wt％。
30.实施例10-11，与实施例9不同之处在于，玻纤增强pa66中玻璃纤维的含量不同，具体见表3。
31.表3实施例9-11玻纤增强pa66中玻璃纤维的含量实施例12，与实施例3不同之处在于，hdpe-g-mah等质量替换为lldpe-g-mah。
32.对比例对比例1，与实施例1不同之处在于，sap树脂等质量替换为pa66。
33.对比例2，与实施例1不同之处在于，3-氨基丙基三乙氧基硅烷等质量替换为hdpe-g-mah。
34.对比例3，与实施例1不同之处在于，hdpe-g-mah等质量替换为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
35.性能检测试验针对本技术实施例1-12和对比例1-3提供的用于塑料保持架的复合材料以及pa66，进行如下的性能检测。
36.1、抗拉强度：将实施例1-12和对比例1-3所述用于塑料保持架的复合材料以及pa66在相对湿度为90％的环境下放置7d，后再置于相对湿度为40％的空气中14d，材料处理后按照astm d638-2010标准测试拉伸强度，测试结果见表4。
37.2、邵氏硬度：将实施例1-12和对比例1-3所述用于塑料保持架的复合材料以及pa66在相对湿度为90％的环境下放置7d，材料处理后按照gb/t 2411-2008标准测试邵氏硬度，测试结果见表4。
38.表4抗拉强度和邵氏硬度试验结果以下针对表4的测试数据，详细说明本技术。
39.对比实施例1和对比例1的实验数据可知，本技术加入sap树脂，显著提高了复合材料在相对湿度为90％的环境下放置7d后的邵氏硬度以及在相对湿度为90％的环境下放置7d、再置于相对湿度为40％的空气中14d后的抗拉强度。这是由于sap树脂与水接触时，水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到sap树脂中，链上的电离基团由于链上同离子之间的静电斥力而使高分子链伸展溶胀，形成水凝胶，有效抑制空气中的水分渗透到pa66内部；同时sap树脂本身的交联网状结构及氢键作用又限制了凝胶的无限膨胀，有效减少了复合材料所含的水分蒸发到空气中的量，从而使复合材料不易变脆。
40.对比实施例1和对比例2-3的实验数据可知，氨基硅烷偶联剂与马来酸酐接枝聚合物共同作用，进一步提高了碳纤维与pa66、sap树脂的相容性，更有利于氨基硅烷偶联剂、sap树脂和马来酸酐接枝聚合物间发挥氢键作用，进一步抑制了pa66中酰胺基的吸湿性，从而提高了复合材料在相对湿度为90％条件下的硬度，且复合材料在相对湿度为90％的环境下放置7d、再置于相对湿度为40％的空气中14d后的抗拉强度也得到明显提高。
41.对比实施例3和实施例4-6的实验数据可知，与实施例3单氨基硅烷偶联剂相比，实施例4-6采用双氨基硅烷偶联剂可以进一步提高复合材料在相对湿度90％条件下的硬度以及再置于相对湿度40％的条件下的抗拉强度。这是由于双氨基硅烷偶联剂中的双氨基对sap树脂和马来酸酐接枝聚合物间氢键有更好的效果，且对pa66和碳纤维的偶合效果更好。
42.对比实施例4和实施例5-6的实验数据可知，双氨基硅烷偶联剂cg-792、双氨基硅
烷偶联剂cg-si550与sap树脂和马来酸酐接枝聚合物对降低pa66的吸湿性效果较好。
43.对比实施例5-6和实施例7-8的实验数据可知，双氨基硅烷偶联剂cg-792和双氨基硅烷偶联剂cg-si550复配使用，可以显著提高复合材料在相对湿度大于80％条件下的硬度以及再置于相对湿度小于50％的条件下的抗拉强度。
44.对比实施例7和实施例9的实验数据可知，玻纤增强pa66降低了pa66的吸湿性，提高了复合材料吸湿后的硬度和抗拉强度。
45.对比实施例3和实施例12的实验数据可知，实施例3采用hdpe-g-mah，实施例12采用lldpe-g-mah，实施例3对应复合材料在相对湿度为90％的环境下放置7d后的邵氏硬度以及在相对湿度为90％的环境下放置7d、再置于相对湿度为40％的空气中14d后的抗拉强度均明显高于lldpe-g-mah，这可能是由于hdpe-g-mah的吸水性比lldpe-g-mah的吸水性低，hdpe-g-mah可以抑制水蒸气和空气的渗透，从而提高了复合材料吸湿后的硬度和抗拉强度。
46.应用例应用例1-12提供了一种塑料保持架，以下以应用例1为例进行说明。
47.应用例1提供的塑料保持架，其制备步骤为：将实施例1制备的用于塑料保持架的复合材料，真空干燥后置于料桶内，经过电阻加热熔化成半液体状态，得半液体复合料；移动螺杆加压，使半液态复合料注入成型模具内，经过保温、冷却后得塑料保持架。
48.注：本技术塑料保持架的制备方法采用常规方法，所采用的成型模具也是市售常用的模具。
49.应用例2-12，与应用例1不同之处仅在于，用于塑料保持架的复合材料来源不同，具体见表5。
50.表5应用例1-12用于塑料保持架的复合材料来源12用于塑料保持架的复合材料来源应用对比例应用对比例1-3，与应用例1不同之处仅在于，用于塑料保持架的复合材料来源不同，具体见表6。
51.表6应用对比例1-3用于塑料保持架的复合材料来源应用对比例应用对比例1应用对比例2应用对比例3用于塑料保持架的复合材料来源对比例1对比例2对比例3应用对比例4，与应用例1不同之处仅在于，实施例1制备的用于塑料保持架的复合材料等质量替换为pa66。
52.性能检测试验
针对本技术应用例1-12和应用对比例1-4提供的塑料保持架，进行如下的性能检测。
53.3、摩擦系数：将应用例1-14和应用对比例1-5所述塑料保持架分别置于cft-1试验机中，设置频率20hz、载荷30n、时间1h，测试塑料保持架的干摩擦系数，测试结果见表7。
54.表7塑料保持架的摩擦系数试验结果塑料保持架干摩擦系数塑料保持架干摩擦系数应用例10.15应用例90.12应用例20.16应用例100.11应用例30.15应用例110.13应用例40.14应用例120.16应用例50.14应用对比例10.18应用例60.14应用对比例20.19应用例70.13应用对比例30.18应用例80.13应用对比例40.17从表7提供的实验测试数据可知，本技术制备的用于塑料保持架的复合材料对应塑料保持架的干摩擦系数不高于pa66对应塑料保持架的干摩擦系数，说明本技术用于塑料保持架的复合材料不仅解决了pa66易吸湿的问题，还一定程度上提高了对应塑料保持架的耐磨性。
55.其中，对比应用例7和应用例9的实验数据可知，玻纤增强pa66对应塑料保持架的干摩擦系数比pa66对应塑料保持架的干摩擦系数低，说明玻纤增强pa66提高了塑料保持架的耐磨性。
56.对比应用例9和应用例10-11的实验数据可知，应用例9玻纤增强pa66中玻璃纤维的含量为15wt％，应用例10玻纤增强pa66中玻璃纤维的含量为30wt％，应用例11玻纤增强pa66中玻璃纤维的含量为35wt％，而应用例10对应塑料保持架的干摩擦系数低于应用例9对应塑料保持架的干摩擦系数，更低于应用例11对应塑料保持架的干摩擦系数，说明玻纤增强pa66中玻璃纤维的含量为30wt％对应塑料保持架的耐磨性较好。
57.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。