專利名稱：一種含油鑄型尼龍復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含油鑄型尼龍復(fù)合材料，特別是采用液體石蠟和石墨烯改性的鑄型尼龍復(fù)合材料，屬于高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鑄型尼龍(monomer casting nylon,即MC尼龍),是在常壓下將熔融的原料己內(nèi)酰胺單體用強(qiáng)堿性的物質(zhì)作催化劑，與助催化劑一起，直接注入預(yù)熱到一定溫度的模具中，物料在模具內(nèi)很快的進(jìn)行聚合反應(yīng)，凝結(jié)成堅(jiān)韌的固體制件。鑄型尼龍聚合度高，分子量與結(jié)晶度大，具有比其它工程塑料更優(yōu)良的性能，被廣泛用來(lái)制造耐磨減摩零件，特別適用于制造注塑成型和壓制成型無(wú)法解決的大型制品。在許多領(lǐng)域中逐步替代銅、鋁、鋼鐵等多種金屬材料。一般的MC尼龍?jiān)趯?shí)際應(yīng)用中存在著強(qiáng)度模量較低，韌性較差，耐磨性欠佳。隨著MC尼龍?jiān)诤娇?、汽?chē)、電子電氣等行業(yè)的廣泛應(yīng)用以及各種器械向微型化、高性能化、高速·重載等方向的發(fā)展，對(duì)MC尼龍的韌性、剛性、摩擦磨損性等提出了更高要求，因此目前的MC尼龍正朝著高性能、多功能的方向發(fā)展。人們已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作。如中國(guó)發(fā)明專利CN1032345A公開(kāi)了一種添加增強(qiáng)劑玻璃纖維粉、潤(rùn)滑劑二硫化鑰和石墨的鑄型尼龍復(fù)合材料，研究表明所得復(fù)合材料具有優(yōu)良自潤(rùn)滑性能和尺寸穩(wěn)定性，另外抗壓、抗沖擊強(qiáng)度較高。如中國(guó)發(fā)明專利CN101121787A公開(kāi)了一種添加增強(qiáng)劑納米稀土、改性劑十二內(nèi)酰胺的鑄型尼龍復(fù)合材料，其韌性以及耐磨性高，且吸水率低、磨耗系數(shù)小。中國(guó)發(fā)明專利CN101195706A公開(kāi)了一種添加改性劑聚氨酯制備鑄型尼龍復(fù)合材料的制備方法，沖擊強(qiáng)度隨聚氨酯預(yù)聚體用量的增加而增大，摩擦學(xué)性能和抗靜電性能有了明顯改善，但其強(qiáng)度卻逐漸降低。中國(guó)發(fā)明專利CN102352035A公開(kāi)了一種較低含量的石墨烯改性的鑄型尼龍復(fù)合材料，鑄型尼龍的機(jī)械性能和摩擦性能得到提高；但其摩擦系數(shù)比較高，在一定程度上限制了其推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種含油鑄型尼龍復(fù)合材料，在保持復(fù)合材料機(jī)械性能的前提下，明顯降低其摩擦系數(shù)，并進(jìn)一步提高抗磨損性能。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種鑄型尼龍復(fù)合材料，是由含有摻有液體石蠟和石墨烯的己內(nèi)酰胺催化聚合而成，其中己內(nèi)酰胺液體石蠟石墨烯的重量比為 100 : (3 10) (O. 005 O. 075)。本發(fā)明的鑄型尼龍復(fù)合材料的制備方法如下包括以下制備步驟
(1)將己內(nèi)酰胺加熱至70 130°C，使之熔化，將己內(nèi)酰胺單體、液體石蠟和石墨烯按照上述重量比混合，利用在持續(xù)攪拌條件下的超聲方法，使石墨烯均勻分散在己內(nèi)酰胺單體中；持續(xù)攪拌條件下的超聲方法的超聲功率為180 200w，頻率為100 150Hz，攪拌速率為500 800rpm，溫度為100 120°C，分散時(shí)間O. 5 5h ;
(2)將混合后的石墨烯和己內(nèi)酰胺分散液加入反應(yīng)瓶中，于溫度110 150°C，在真空度為O. 07 O. 099MPa脫水5 40分鐘，加入催化劑，繼續(xù)真空脫水5 40分鐘，真空度保持O. 07 O. 099MPa ;其中催化劑與己內(nèi)酰胺的單體的重量比為O. I I :100 ；
(3)按照助催化劑與己內(nèi)酰胺單體的重量比為O. I 3 :100加入助催化劑，迅速混合均勻后澆鑄到預(yù)熱溫度至150 180°C的模具中保溫30 100分鐘后冷卻，獲得石墨烯改性的鑄型尼龍復(fù)合材料。本發(fā)明中的催化劑采用己內(nèi)酰胺聚合的常用堿性催化劑，如氫氧化鈉、甲醇鈉，也可以采用金屬鈉、金屬鉀、金屬鋰、氫氧化鉀、碳酸鈉，這些催化劑可以單獨(dú)使用也可以配合使用。助催化劑采用己內(nèi)酰胺聚合的常用助催化劑，如三苯甲烷三異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯，也可以采用乙酰基己內(nèi)酰胺、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯，這些助催化劑可以單獨(dú)使用也可以配合使用。凡是可以催化己內(nèi)酰胺聚合成鑄型尼龍的催化劑和助催化劑均可使用，對(duì)催化劑和助催化劑的選擇不會(huì)對(duì)本發(fā)明的結(jié)果造成較大影響。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明鑄型尼龍的摩擦學(xué)性能得到提高，特別是其中摩擦 系數(shù)明顯降低和抗磨損性能大大提高,摩擦系數(shù)為現(xiàn)有技術(shù)的23. 5% 41. 1%，體積磨損率為現(xiàn)有技術(shù)的31. 8%-55. 5%。從而能用此復(fù)合材料制備出應(yīng)用范圍更廣的制件。
具體實(shí)施例方式下面借助實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例I
采用己內(nèi)酰胺與石墨烯重量比為100 3 :0. 005的技術(shù)方案在己內(nèi)酰胺中摻入液體石蠟和石墨烯，催化聚合制成鑄型尼龍復(fù)合材料，具體制備方法如下
將100份己內(nèi)酰胺加入帶有持續(xù)攪拌條件下的超聲裝置的反應(yīng)釜中，于溫度70°C使己內(nèi)酰胺熔化，加入3份液體石蠟和O. 005份石墨烯，在超聲功率為190w，頻率為120Hz，機(jī)械攪拌速率為500rpm，溫度為100°C，分散2小時(shí)，得到石墨烯己內(nèi)酰胺分散液。于溫度110°C，真空度為O. 07MPa，脫水5分鐘。再加入O. I份金屬鉀作為催化劑，在真空度為O. 07MPa下繼續(xù)真空脫水5分鐘。打開(kāi)閥門(mén)解除真空，加入O. I份的甲苯二異氰酸酯，迅速攪拌均勻后澆鑄到預(yù)熱至150°C的模具中，保溫30分鐘后自然冷卻。獲得液體石蠟和石墨烯改性鑄型尼龍復(fù)合材料。實(shí)施例2
采用己內(nèi)酰胺與石墨烯重量比為100 10 :0. 075的技術(shù)方案在己內(nèi)酰胺中摻入石墨烯，催化聚合制成鑄型尼龍復(fù)合材料，具體制備方法如下
將100份己內(nèi)酰胺加入帶有持續(xù)攪拌條件下的超聲裝置的反應(yīng)釜中，于溫度130°C使己內(nèi)酰胺熔化，加入5份液體石蠟和O. 05份石墨烯，在超聲功率為200w，頻率為150Hz，機(jī)械攪拌速率為600rpm，溫度為120°C，分散5小時(shí)，得到石墨烯己內(nèi)酰胺分散液。于溫度150°C，真空度為O. 099MPa，脫水40分鐘。再加入I份碳酸鈉作為催化劑，在真空度為
O.099MPa下繼續(xù)真空脫水40分鐘。打開(kāi)閥門(mén)解除真空，加入I. 5份的二苯甲烷二異氰酸酯，迅速攪拌均勻后澆鑄到預(yù)熱至180°C的模具中，保溫100分鐘后自然冷卻。獲得液體石蠟和石墨烯改性鑄型尼龍復(fù)合材料。實(shí)施例3
采用己內(nèi)酰胺與石墨烯重量比為100 5 :0. 05的技術(shù)方案在己內(nèi)酰胺中摻入石墨烯，催化聚合制成鑄型尼龍復(fù)合材料，具體制備方法如下
將100份己內(nèi)酰胺加入帶有持續(xù)攪拌條件下的超聲裝置的反應(yīng)釜中，于溫度120°C使己內(nèi)酰胺熔化，加入10份液體石蠟和O. 05份石墨烯，在超聲功率為180w，頻率為100Hz，機(jī)械攪拌速率為SOOrpm，溫度為110°C，分散30分鐘，得到石墨烯己內(nèi)酰胺分散液。于溫度130°C，真空度為O. 095MPa，脫水20分鐘。再加入O. 25份氫氧化鈉作為催化劑，在真空度為O. 095MPa下繼續(xù)真空脫水30分鐘。打開(kāi)閥門(mén)解除真空，加入3. O份的三苯甲烷三異氰酸酯，迅速攪拌均勻后澆鑄到預(yù)熱至160°C的模具中，保溫I. 5小時(shí)后自然冷卻。獲得液體石蠟和石墨烯改性鑄型尼龍復(fù)合材料。對(duì)比例I 以不摻有液體石蠟的鑄型尼龍復(fù)合材料作為對(duì)比例。采用己內(nèi)酰胺與石墨烯重量比為100 :0. 05的技術(shù)方案在己內(nèi)酰胺中摻入石墨烯，催化聚合制成鑄型尼龍復(fù)合材料，具體制備方法如下
將100份己內(nèi)酰胺加入帶有持續(xù)攪拌條件下的超聲裝置的反應(yīng)釜中，于溫度120°C使己內(nèi)酰胺熔化，加入O. 05份石墨烯，在超聲功率為180w，頻率為100Hz，機(jī)械攪拌速率為SOOrpm，溫度為110°C，分散30分鐘，得到石墨烯己內(nèi)酰胺分散液。于溫度130°C，真空度為
O.095MPa，脫水20分鐘。再加入O. 25份氫氧化鈉作為催化劑，在真空度為O. 095MPa下繼續(xù)真空脫水30分鐘。打開(kāi)閥門(mén)解除真空，加入3. O份的三苯甲烷三異氰酸酯，迅速攪拌均勻后澆鑄到預(yù)熱至160°C的模具中，保溫I. 5小時(shí)后自然冷卻。獲得石墨烯改性鑄型尼龍復(fù)合材料。將實(shí)施例1-3及對(duì)比例進(jìn)行摩擦系數(shù)、體積磨損率的測(cè)定。采用MM200型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)在干摩擦狀態(tài)，加載200N，試驗(yàn)速率O. 43m/s，試驗(yàn)時(shí)間60分鐘，對(duì)偶采用GCrl5鋼環(huán)，直徑40mm。具體的測(cè)定結(jié)果如下表I所示。表I性能參數(shù)表
涵!!試項(xiàng)目P 實(shí)例U·實(shí)例力實(shí)例知對(duì)比倒P 摩擦系數(shù)。 0,2P O. 18。 O. 12^ O. qU '
體積麝損率·°
_O. 61 5 O. iQ*1 O. 35+5 I.
(ιο η)從上表可以看出，本發(fā)明液體石蠟和石墨烯改性的鑄型尼龍復(fù)合材料，其摩擦系數(shù)明顯降低，體積磨損率也得到比較明顯的下降。
權(quán)利要求
1.一種含油鑄型尼龍復(fù)合材料，其特征在于由以下重量比的原料聚合而成，己內(nèi)酰胺液體石蠟石墨烯=100 : (3 10) : (O. 005 O. 075)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的含油鑄型尼龍復(fù)合材料，其特征在于具體由以下重量比的原料聚合而成，己內(nèi)酰胺液體石蠟石墨烯=100 : (4 8) : (O. 02 O. 05)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種含油鑄型尼龍復(fù)合材料，是由含有摻有液體石蠟和石墨烯的己內(nèi)酰胺催化聚合而成，其中己內(nèi)酰胺液體石蠟石墨烯的重量比為100(3～10)(0.005～0.075)。本發(fā)明制得的復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能得到提高，特別是其中摩擦系數(shù)明顯降低和抗磨損性能大大提高，摩擦系數(shù)為現(xiàn)有技術(shù)的23.5%-41.1%，體積磨損率為現(xiàn)有技術(shù)的31.8%～55.5%，此復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于制件的原材料。
文檔編號(hào)C08K5/01GK102942694SQ20121039453
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者潘炳力, 杜錦屏, 成玉梅, 杜三明, 劉繼純, 張永振 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)