一種耐磨耐高溫尼龍納米復合材料的制作方法
【專利摘要】本發明屬于耐高溫尼龍復合材料領域，涉及一種尼龍納米復合材料及其制備方法。該材料由包括以下重量份的組分制成：尼龍鹽100份、納米氮化硅（Si3N4）0.1-2份、封端劑0.1-1份、催化劑0.1-0.6份、去離子水30-60份。本發明采用原位聚合的方法改善了納米氮化硅在基體內容易團聚的現象，提高了納米氮化硅與尼龍基體間的界面性能，提高了復合材料的耐磨性和力學性能。本方法所制備的耐磨耐高溫尼龍納米復合材料具有比純尼龍基體更好的耐磨性和力學性能，此方法簡單易行，適合大規模工業化生產。
【專利說明】一種耐磨耐高溫尼龍納米復合材料
【技術領域】
[0001]本發明屬于耐高溫尼龍復合材料領域，涉及一種尼龍納米復合材料及其制備方法。
技術背景
[0002]耐高溫尼龍的發展使工農業和民用設施更加的微型化輕量化和動力強勁化成為可能。耐高溫尼龍可以為某些部件帶來更高的耐溫性能，或是干脆替代了金屬原材料來生產這些部件。新型設備的裝置和組件也有用耐高溫尼龍代替金屬和熱固性材料的趨勢。這些都將會加大對耐高溫尼龍材料的需要量，從而帶動市場需求。
[0003]由于耐高溫尼龍在干摩擦條件下具有較高的摩擦系數，且吸水率較高，在一定程度上影響了其制品的尺寸穩定性，所以使得耐高溫尼龍材料的摩擦性能不高，難以滿足某些特殊【技術領域】的要求。為了適應更廣泛的工業用途和更苛刻的使用條件，一般采用較多的方法是，在耐高溫尼龍中添加聚四氟乙烯、聚乙烯和超高分子量聚乙烯等自身摩擦系數較低的高分子材料；添加碳纖維、芳綸纖維、二硫化鑰、石墨等纖維或粉體狀潤滑材料等。以上方法雖然可以改善耐高溫尼龍材料的摩擦磨損性能,但往往存在著材料加工性能差、物理機械性能下降和顏色單一等一系列缺點。
[0004]中國專利CN200910233112.0公布了一種自潤滑耐磨注塑級二硫化鑰填充高溫尼龍，其二硫化鑰添加量高 ，顏色單一，且機械性能受到一定的影響。CN201010262789.X專利公布了通過熔融共混法制備了一種尼龍66納米復合材料，此材料雖然解決了常用耐磨添加劑的缺點，但由于納米氮化硅容易團聚，且與尼龍基體相容性不好導致其對尼龍基體耐磨性的改善效果有所影響。本發明通過原位聚合法制備了尼龍/氮化硅納米復合材料，既解決了添加常用耐磨劑制備的復合材料存在的加工性差、物理機械性能下降和顏色單一等一系列缺點，又解決了納米氮化硅在基體中容易團聚，與基體相容性差等缺點。這種方法制備的尼龍/氮化硅納米復合材料耐磨、耐高溫、力學性能高、耐磨劑添加量少、顏色豐富。而目前使用原位聚合法制備耐磨耐高溫尼龍/氮化硅納米復合材料還未見報道。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種分散性好，相容性好，耐高溫，力學性能高的耐磨耐高溫尼龍納米復合材料。
[0006]本發明的另一目的在于提供上述耐磨耐高溫尼龍納米復合材料的制備方法。
[0007]為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案:
[0008]一種尼龍納米復合材料，由包括以下重量份的組分制成:
[0009]尼龍鹽100份
納米氮化硅0.1-2份
封端劑0.1-1份
催化劑0.1-0.6份
去離了.水 30-60份
[0010]所述的納米氮化硅優選為0.5-1份。
[0011]所述的封端劑優選為0.3-0.5份。
[0012]所述的催化劑優選為0.2-0.5份。
[0013]所述的去離子水優選為40-50份。
[0014]所述的尼龍鹽選自尼龍6T鹽、尼龍"7T鹽、尼龍8T鹽、尼龍9T鹽、尼龍IOT鹽、尼龍IlT鹽、尼龍12T鹽、尼龍61鹽、尼龍71鹽、尼龍81鹽、尼龍91鹽、尼龍101鹽、尼龍IlI鹽、尼龍121鹽中的一種或一種以上。
[0015]所述的納米氮化娃其平均粒度為10-30nm,優選20nm。
[0016]所述的封端劑 為苯甲酸、乙酸、丙酸或鄰苯二甲酸酐，優選苯甲酸。
[0017]所述的催化劑為磷酸鈉、磷酸鎂、磷酸鈣、亞磷酸鈉、亞磷酸鎂、亞磷酸鈣，亞磷酸鋅、次亞磷酸鈉、次亞磷酸鎂、次亞磷酸鈣和次亞磷酸鋅中的一種或一種以上，優選次亞磷酸鈉。
[0018]一種上述尼龍納米復合材料的制備方法，是采用原位聚合的方法進行制備，該方法包括以下步驟:
[0019](I)按上述配比稱取100份尼龍鹽、0.1-1份封端劑、0.1-0.6份催化劑，并將以上組分加入到高壓反應釜內；
[0020]稱取30-60份去離子水、0.1-2份納米氮化硅，并將納米氮化硅溶于去離子水中，制備成溶液，超聲攪拌，然后加入到高壓反應釜中；
[0021](2)用氮氣置換高壓反應釜內的空氣至少三次，然后通入氮氣作為反應保護氣；升溫至150-300°C，壓力達到1.5-3MPa，通過釋放反應釜內水蒸氣的辦法保持壓力在1.5-3MPa，恒壓反應時間為1-3小時；然后將反應釜內壓力泄壓至常壓，出料，在反應過程中，釜內溫度不超過330°C。
[0022]所述的步驟(1)中，超聲攪拌的時間為1-4小時；由于納米氮化硅容易團聚，通過將納米氮化硅置入去離子水中攪拌并超聲使納米氮化硅分散均勻。
[0023]本發明通過原位聚合反應，能改善納米氮化硅與尼龍基體間的相容性。
[0024]本發明的優點是解決了納米氮化硅容易團聚的缺點，改善了尼龍與納米氮化硅的相容性,制備出了具有耐磨、耐高溫、力學性能高的納米復合材料。
【具體實施方式】
[0025]下面結合具體實施例，對本發明做進一步詳細說明:
[0026]對比例I
[0027]I)稱取100份的尼龍IOT鹽、50份的去離子水、0.5份的苯甲酸、0.4份的次亞磷酸鈉，并將以上組分加入到高壓反應釜內；[0028]2)用氮氣置換高壓反應釜內的空氣至少三次，然后通入氮氣作為反應保護氣；升溫至150°C，并在50min內使壓力達到2.5MPa，通過釋放反應釜內水蒸氣的辦法保持壓力在2.5MPa，恒壓反應時間為2小時；然后將反應釜內壓力泄壓至常壓，出料，在反應過程中，釜內溫度不超過330°C。
[0029]對比例2
[0030]I)稱取對比例I制備的尼龍粒料100份，稱取納米氮化硅1份，將兩者通過高混機混合5min，加入雙螺桿擠出機料筒中，通過雙螺桿擠出機將納米氮化硅和尼龍粒料熔融共混，拉條，切粒；；
[0031]2)雙螺桿擠出機的各段溫度為:一區270°C，二區285°C，三區295°C，四區300°C，五區300°C，六區295°C，機頭295°C，螺桿轉速為200r/min ；
[0032]實施例1
[0033]I)稱取100份的尼龍IOT鹽、0.5份封端劑苯甲酸、0.4份催化劑次亞磷酸鈉，并將以上組分加入到高壓反應釜內；
[0034]稱取50份的去離子水、1份平均粒度為20nm的氮化硅并將其溶于去離子水中，制備成溶液，把制備的溶液至于超聲下攪拌1-4小時，然后加入到高壓反應釜中；
[0035]2)用氮氣置換高壓反應釜內的空氣至少三次，然后通入氮氣作為反應保護氣；升溫至150°C，并在50min內使壓力達到2.5MPa，通過釋放反應釜內水蒸氣的辦法保持壓力在2.5MPa，恒壓反應時間為2小時；然后將反應釜內壓力泄壓至常壓，出料，在反應過程中，釜內溫度不超過330°C。
[0036]實施例2
[0037]I)稱取100份的尼龍IOT鹽、0.5份的苯甲酸、0.4份的次亞磷酸鈉，并將以上組分加入到高壓反應爸內；
[0038]稱取50份的去離子水、0.1份平均粒度為20nm的氮化硅并將其溶于去離子水中，制備成溶液，把制備的溶液至于超聲下攪拌1-4小時，然后加入到高壓反應釜中；
[0039]2)用氮氣置換高壓反應釜內的空氣至少三次，然后通入氮氣作為反應保護氣；升溫至150°C，并在50min內使壓力達到2.5MPa，通過釋放反應釜內水蒸氣的辦法保持壓力在2.5MPa，恒壓反應時間為2小時；然后將反應釜內壓力泄壓至常壓，出料，在反應過程中，釜內溫度不超過330°C。
[0040]實施例3
[0041]1)稱取100份的尼龍IOT鹽、0.5份的苯甲酸、0.4份的次亞磷酸鈉，并將以上組分加入到高壓反應爸內；
[0042]稱取50份的去離子水、2份平均粒度為20nm的氮化硅并將其溶于去離子水中，制備成溶液，把制備的溶液至于超聲下攪拌1-4小時，然后加入到高壓反應釜中；
[0043]2)用氮氣置換高壓反應釜內的空氣至少三次，然后通入氮氣作為反應保護氣；升溫至150°C，并在50min內使壓力達到2.5MPa，通過釋放反應釜內水蒸氣的辦法保持壓力在2.5MPa，恒壓反應時間為2小時；然后將反應釜內壓力泄壓至常壓，出料，在反應過程中，釜內溫度不超過330°C。
[0044]實施例4
[0045]1)稱取100份的尼龍9T鹽、0.5份的苯甲酸、0.4份的次亞磷酸鈉，并將以上組分加入到高壓反應爸內；
[0046]稱取50份的去離子水、1份平均粒度為IOnm的氮化硅并將其溶于去離子水中，制備成溶液，把制備的溶液至于超聲下攪拌1-4小時，然后加入到高壓反應釜中；
[0047]2)用氮氣置換高壓反應釜內的空氣至少三次，然后通入氮氣作為反應保護氣；升溫至150°C，并在50min內使壓力達到2.5MPa，通過釋放反應釜內水蒸氣的辦法保持壓力在2.5MPa，恒壓反應時間為2小時；然后將反應釜內壓力泄壓至常壓，出料，在反應過程中，釜內溫度不超過330°C。
[0048]實施例5
[0049]I)稱取100份的尼龍101鹽、0.5份的苯甲酸、0.4份的次亞磷酸鈉，并將以上組分加入到高壓反應爸內；
[0050]稱取50份的去離子水、1份平均粒度為30nm的氮化硅并將其溶于去離子水中，制備成溶液，把制備的溶液至于超聲下攪拌1-4小時，然后加入到高壓反應釜中；
[0051]2)用氮氣置換高壓反應釜內的空氣至少三次，然后通入氮氣作為反應保護氣；升溫至150°C，并在50min內使壓力達到2.5MPa，通過釋放反應釜內水蒸氣的辦法保持壓力在2.5MPa，恒壓反應時間為2小時；然后將反應釜內壓力泄壓至常壓，出料，在反應過程中，釜內溫度不超過330°C。
[0052]實施例6
[0053]I)稱取100份的尼龍91鹽、0.5份的苯甲酸、0.4份的次亞磷酸鈉，并將以上組分加入到高壓反應爸內；`
[0054]稱取50份的去離子水、1份平均粒度為20nm的氮化硅并將其溶于去離子水中，制備成溶液，把制備的溶液至于超聲下攪拌1-4小時，然后加入到高壓反應釜中；
[0055]2)用氮氣置換高壓反應釜內的空氣至少三次，然后通入氮氣作為反應保護氣；升溫至150°C，并在50min內使壓力達到2.5MPa，通過釋放反應釜內水蒸氣的辦法保持壓力在
2.5MPa，恒壓反應時間為2小時；然后將反應釜內壓力泄壓至常壓，出料，在反應過程中，釜內溫度不超過330°C。
[0056]實施例7
[0057]I)稱取70份的尼龍6T鹽、30份的尼龍12T鹽、0.7份封端劑乙酸、0.3份的次亞
磷酸鈣，并將以上組分加入到高壓反應釜內；
[0058]稱取50份的去離子水、0.75份平均粒度為20nm的氮化硅并將其溶于去離子水中，制備成溶液，把制備的溶液至于超聲下攪拌1-4小時，然后加入到高壓反應釜中；
[0059]2)用氮氣置換高壓反應釜內的空氣至少三次，然后通入氮氣作為反應保護氣；升溫至150°C，并在50min內使壓力達到2.5MPa，通過釋放反應釜內水蒸氣的辦法保持壓力在
2.5MPa，恒壓反應時間為2小時；然后將反應釜內壓力泄壓至常壓，出料，在反應過程中，釜內溫度不超過330°C。
[0060]實施例8
[0061]I)稱取70份的尼龍6T鹽、30份的尼龍12T鹽、0.8份封端劑丙酸、0.5份的次亞
磷酸鋅，并將以上組分加入到高壓反應釜內；
[0062]稱取35份的去離子水、0.75份，平均粒度為20nm的氮化硅并將其溶于去離子水中，制備成溶液，把制備的溶液至于超聲下攪拌1-4小時，然后加入到高壓反應釜中；[0063]2)用氮氣置換高壓反應釜內的空氣至少三次，然后通入氮氣作為反應保護氣；升溫至150°C，并在50min內使壓力達到2.5MPa，通過釋放反應釜內水蒸氣的辦法保持壓力在
2.5MPa，恒壓反應時間為2小時；然后將反應釜內壓力泄壓至常壓，出料，在反應過程中，釜內溫度不超過330°C。
[0064]實施例9
[0065]I)稱取70份的尼龍6T鹽、30份的尼龍12T鹽、0.7份的乙酸、0.3份的次亞磷酸鈣，并將以上組分加入到高壓反應釜內；
[0066]稱取40份的去離子水、0.75份平均粒度為20nm的氮化硅并將其溶于去離子水中，制備成溶液，把制備的溶液至于超聲下攪拌1-4小時，然后加入到高壓反應釜中；
[0067]2)用氮氣置換高壓反應釜內的空氣至少三次，然后通入氮氣作為反應保護氣；升溫至160°C，并在60min內使壓力達到3MPa，通過釋放反應釜內水蒸氣的辦法保持壓力在3MPa，恒壓反應時間為1.5小時；然后將反應釜內壓力泄壓至常壓，出料，在反應過程中，釜內溫度不超過330°C。
`[0068]實施例10
[0069]I)稱取50份的尼龍7T鹽、50份的尼龍71鹽、0.1份封端劑乙酸、0.6份催化劑次
亞磷酸鎂，并將以上組分加入到高壓反應釜內；
[0070]稱取30份的去離子水、1.5份平均粒度為20nm的氮化硅并將其溶于去離子水中，制備成溶液，把制備的溶液至于超聲下攪拌1-4小時，然后加入到高壓反應釜中；
[0071]2)用氮氣置換高壓反應釜內的空氣至少三次，然后通入氮氣作為反應保護氣；升溫至160°C，并在60min內使壓力達到3MPa，通過釋放反應釜內水蒸氣的辦法保持壓力在3MPa，恒壓反應時間為1.5小時；然后將反應釜內壓力泄壓至常壓，出料，在反應過程中，釜內溫度不超過330°C。
[0072]實施例11
[0073]I)稱取40份的尼龍8T鹽、60份的尼龍8T鹽、1份的丙酸、0.1份催化劑次亞磷酸鈣，并將以上組分加入到高壓反應釜內；
[0074]稱取60份的去離子水、2份平均粒度為20nm的氮化硅并將其溶于去離子水中，制備成溶液，把制備的溶液至于超聲下攪拌1-4小時，然后加入到高壓反應釜中；
[0075]2)用氮氣置換高壓反應釜內的空氣至少三次，然后通入氮氣作為反應保護氣；升溫至160°C，并在60min內使壓力達到3MPa，通過釋放反應釜內水蒸氣的辦法保持壓力在3MPa，恒壓反應時間為1.5小時；然后將反應釜內壓力泄壓至常壓，出料，在反應過程中，釜內溫度不超過330°C。
[0076]上述部分實施例和對比例得到的尼龍/氮化硅納米復合材料的性能測試結果見下表1:
[0077]表1
[0078]
【權利要求】
1.一種尼龍納米復合材料，其特征在于:由包括以下重量份的組分制成: 尼龍鹽 100份， 納米氮化硅0.1-2份， 封端劑 0.1-1份， 催化劑 0.1-0.6份， 去尚子水 30-60份。
2.根據權利要求1所述的尼龍納米復合材料，其特征在于:所述的納米氮化硅為0.5-1份； 或所述的封端劑為0.3-0.5份； 或所述的催化劑為0.2-0.5份； 或所述的去離子水為40-50份。
3.根據權利要求1所述的尼龍納米復合材料，其特征在于:所述的尼龍鹽選自尼龍6T鹽、尼龍7T鹽、尼龍8T鹽、尼龍9T鹽、尼龍IOT鹽、尼龍IlT鹽、尼龍12T鹽、尼龍61鹽、尼龍71鹽、尼龍81鹽、尼龍 91鹽、尼龍101鹽、尼龍IlI鹽、尼龍121鹽中的一種或一種以上。
4.根據權利要求1所述的尼龍納米復合材料，其特征在于:所述的納米氮化硅其平均粒度為10_30nm,優選20nm。
5.根據權利要求1所述的尼龍納米復合材料，其特征在于:所述的封端劑為苯甲酸、乙酸、丙酸或鄰苯二甲酸酐，優選苯甲酸。
6.根據權利要求1所述的尼龍納米復合材料，其特征在于:所述的催化劑為磷酸鈉、磷酸鎂、磷酸鈣、亞磷酸鈉、亞磷酸鎂、亞磷酸鈣，亞磷酸鋅、次亞磷酸鈉、次亞磷酸鎂、次亞磷酸鈣和次亞磷酸鋅中的一種或一種以上，優選次亞磷酸鈉。
7.—種上述權利要求1-6中任一所述尼龍納米復合材料的制備方法，其特征在于:該制備方法為原位聚合法，該方法包括以下步驟: (1)按權利要求1所述的配比稱取100份尼龍鹽、0.1-1份封端劑、0.1-0.6份催化劑，并將以上組分加入到高壓反應釜內； 稱取30-60份去離子水、0.1-2份納米氮化硅，并將納米氮化硅溶于去離子水中，制備成溶液，超聲攪拌，然后加入到高壓反應釜中； (2)用氮氣置換高壓反應釜內的空氣至少三次，然后通入氮氣作為反應保護氣；升溫至150-300°C，壓力達到1.5-3MPa，通過釋放反應釜內水蒸氣的辦法保持壓力在1.5_3MPa，恒壓反應時間為1-3小時；然后將反應釜內壓力泄壓至常壓，出料，在反應過程中，釜內溫度不超過330°C。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟(1)中，超聲攪拌的時間為1-4小時。
【文檔編號】C08L77/00GK103804893SQ201210458319
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月14日 優先權日:2012年11月14日
【發明者】田文偉 申請人:上海杰事杰新材料(集團)股份有限公司