專利名稱：鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料的制備方法，具體涉及一種利用催化活化陰離子開環(huán)聚合制備鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
建立在催化活化陰離子開環(huán)聚合基礎(chǔ)上開發(fā)制造的鑄型尼龍制件具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和良好的耐磨自潤(rùn)滑性，在冶金、礦山、交通、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域已部分代替有色金屬及合金鋼制造滑塊、軸套、軸瓦、托輥、滑輪、凸輪、導(dǎo)向輪等耐磨機(jī)械部件。對(duì)鑄型尼龍進(jìn)行復(fù)合和改性的研究開發(fā)以優(yōu)化綜合性能和提高使用壽命為目的，公開號(hào)CN 1796092A的中國(guó)專利申請(qǐng)和授權(quán)公告號(hào)CN 1233713C的中國(guó)專利提供了各自的鈦酸鉀晶須填充鑄型尼龍復(fù)合材料的制備方法，鈦酸鉀晶須填充鑄型尼龍復(fù)合材料的磨損量減少，耐磨性明顯改善。 但是，鈦酸鉀晶須填充鑄型尼龍復(fù)合材料的摩擦系數(shù)有所增加，如授權(quán)公告號(hào)CN 1233713C 的中國(guó)專利測(cè)試數(shù)據(jù)為摩擦系數(shù)由0 0. 01增加至0. 01 0. 06。尤其在礦山機(jī)械的特殊載荷傳動(dòng)(多屬重載、頻繁啟動(dòng)導(dǎo)致承受震動(dòng)載荷)、機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊(不便于添加潤(rùn)滑劑)、工作條件惡劣(存在巖塵且潮濕)的環(huán)境下，在滿足機(jī)械部件(如尼龍繩輪)耐磨性要求的基礎(chǔ)上，減小摩擦力、不損傷對(duì)磨件(如鋼絲繩)、提高抗沖擊韌性和尺寸穩(wěn)定性同樣非常重要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料的制備方法， 通過該制備方法得到的復(fù)合材料保持了普通鑄型尼龍的較高拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，同時(shí)強(qiáng)化自潤(rùn)滑、減摩、耐磨、尺寸穩(wěn)定性和抗震性能，尤其適于礦山機(jī)械部件的使用要求。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是在內(nèi)酰胺單體中加入硅油、鈦酸鉀晶須和偶聯(lián)劑，通過氫氧化鈉-甲苯二異氰酸酯催化活化體系引發(fā)內(nèi)酰胺陰離子開環(huán)聚合反應(yīng)，于常壓下將反應(yīng)物料鑄入已預(yù)熱保溫模具中完成聚合并同時(shí)成型。其中，單體內(nèi)酰胺由己內(nèi)酰胺和十二內(nèi)酰胺組成，均為聚合級(jí)工業(yè)品，配比為 90:10質(zhì)量份數(shù)；硅油為道康寧公司的聚二甲基硅氧烷(XIAMETER PMX-0210)，相對(duì)密度
0.96，動(dòng)粘滯度100 cSt，加入量為內(nèi)酰胺單體質(zhì)量的4 6% ；鈦酸鉀晶須為上海晶須復(fù)合材料制造有限公司的六鈦酸鉀晶須，純度> 96wt%，相對(duì)密度3. 2士0. 1，平均直徑0. 3
1.0 μ m，平均長(zhǎng)度10 50 μ m，加入量為內(nèi)酰胺單體質(zhì)量的8 10% ；偶聯(lián)劑為聯(lián)合碳化物公司的Y-氨基丙基三乙氧基硅烷(A-1100)，加入量為六鈦酸鉀晶須質(zhì)量的1%;催化劑為氫氧化鈉，試劑級(jí)，加入量為內(nèi)酰胺單體質(zhì)量的0. 10 0. 18% ；活化劑為甲苯二異氰酸酯， 試劑級(jí)，加入量為內(nèi)酰胺單體質(zhì)量的0. 15 0. 38% ；模具為離心轉(zhuǎn)動(dòng)模具，不銹鋼或普通鋼材質(zhì)，預(yù)熱溫度為180 200°C，轉(zhuǎn)速為100 300rpm。本發(fā)明鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料的制備方法包括以下具體步驟 (1)濃縮反應(yīng)活性料制備將上述1/3質(zhì)量的己內(nèi)酰胺和氫氧化鈉同時(shí)投入不銹鋼活
性料釜中，減壓至-0. 099MPa以下真空度，于120 135°C溫度下反應(yīng)，蒸餾脫除水份，維持減壓狀態(tài)30min，得到含有己內(nèi)酰胺鈉鹽的濃縮反應(yīng)活性料，解除真空，通入干燥氮?dú)庵脸?，保持濃縮反應(yīng)活性料溫度為160 180°C ；
(2)功能配料懸浮體制備將上述剩余2/3質(zhì)量的己內(nèi)酰胺和十二內(nèi)酰胺、硅油、 鈦酸鉀晶須、偶聯(lián)劑同時(shí)投入不銹鋼配料釜中，于120 135 °C溫度下混合均勻，減壓至-0. 099MPa以下真空度，蒸餾脫除水份，維持減壓狀態(tài)30min，得到功能配料懸浮體，解除真空，通入干燥氮?dú)庵脸?，保持功能配料懸浮體溫度為160 180°C ；
(3)反應(yīng)液澆鑄聚合將步驟1的濃縮反應(yīng)活性料、步驟2的功能配料懸浮體和上述活化劑甲苯二異氰酸酯迅速混合成為反應(yīng)液，澆鑄入溫度為180 200°C的模具內(nèi)，反應(yīng)澆鑄液溫度160 180°C，模具轉(zhuǎn)速為100 300rpm，反應(yīng)澆鑄液聚合并凝固成型5min后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，保溫30min，逐步冷卻脫模，得到鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料。本發(fā)明的有益效果在于
1、由本發(fā)明制備方法得到的鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料在保持了普通鑄型尼龍所具備的較高拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，有效強(qiáng)化了自潤(rùn)滑、減摩、耐磨、尺寸穩(wěn)定性和抗震性能，尤其適合于礦山機(jī)械部件的使用要求。2、現(xiàn)有的制備方法是單釜工藝，即在活性料釜中制備己內(nèi)酰胺鈉鹽后再加入各種功能配料繼續(xù)脫水，需反復(fù)減壓常壓，易導(dǎo)致單體氧化等副反應(yīng)，而本發(fā)明制備方法采用了雙釜并聯(lián)同步工藝，簡(jiǎn)單高效，具有工業(yè)實(shí)用價(jià)值。
圖1是普通鑄型尼龍對(duì)比例的磨損參數(shù)圖。圖2是本發(fā)明制備的鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料實(shí)施例3的磨損參數(shù)圖。圖3是普通鑄型尼龍對(duì)比例的磨損二維形貌圖。圖4是本發(fā)明制備的鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料實(shí)施例3的磨損二維形貌圖。圖5是普通鑄型尼龍對(duì)比例的磨損三維形貌圖。圖6是本發(fā)明制備的鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料實(shí)施例3的磨損三維形貌圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)解決方案作進(jìn)一步說明，這些實(shí)施例不能理解為是對(duì)技術(shù)解決方案的限制。實(shí)施例1 依以下具體步驟制備復(fù)合材料
(1)濃縮反應(yīng)活性料制備將1500g己內(nèi)酰胺和7g氫氧化鈉同時(shí)投入不銹鋼活性料釜中，減壓至-0. 099MPa以下真空度，于120°C反應(yīng)，蒸餾脫除水份，維持減壓狀態(tài)30min，得到含有己內(nèi)酰胺鈉鹽的濃縮反應(yīng)活性料，解除真空，通入干燥氮?dú)庵脸?，保持濃縮反應(yīng)活性料溫度為160°C ；
(2)功能配料懸浮體制備將3000g己內(nèi)酰胺和500g十二內(nèi)酰胺、200g聚二甲基硅氧烷(XIAMETER PMX-0210)、420g六鈦酸鉀晶須、4. 2g γ -氨基丙基三乙氧基硅烷(Α-1100)同時(shí)投入不銹鋼配料釜中，于120°C混合均勻，減壓至-0. 099MPa以下真空度，蒸餾脫除水份， 維持減壓狀態(tài)30min，得到功能配料懸浮體，解除真空，通入干燥氮?dú)庵脸?，保持功能配料懸浮體溫度為160°C ；
(3)反應(yīng)液澆鑄聚合將步驟1的濃縮反應(yīng)活性料、步驟2的功能配料懸浮體和Ilg甲苯二異氰酸酯迅速混合成為反應(yīng)液，澆鑄入溫度為180°C的模具內(nèi)，澆鑄液溫度160°C，模具轉(zhuǎn)速為300rpm，澆鑄液聚合并凝固成型5min后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，保溫30min，逐步冷卻脫模得到鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料。實(shí)施例2 依以下具體步驟制備復(fù)合材料
(1)濃縮反應(yīng)活性料制備將1500g己內(nèi)酰胺和5g氫氧化鈉同時(shí)投入不銹鋼活性料釜中，減壓至-0. 099MPa以下真空度，于125°C反應(yīng)，蒸餾脫除水份，維持減壓狀態(tài)30min，得到含有己內(nèi)酰胺鈉鹽的濃縮反應(yīng)活性料，解除真空，通入干燥氮?dú)庵脸?，保持濃縮反應(yīng)活性料溫度為170°C ；
(2)功能配料懸浮體制備將3000g己內(nèi)酰胺和500g十二內(nèi)酰胺、300g聚二甲基硅氧烷(XIAMETER PMX-0210)硅油、460g鈦酸鉀晶須、4. 6g γ -氨基丙基三乙氧基硅烷(Α-1100) 同時(shí)投入不銹鋼配料釜中，于125°C混合均勻，減壓至-0. 099MPa以下真空度，蒸餾脫除水份，維持減壓狀態(tài)30min，得到功能配料懸浮體，解除真空，通入干燥氮?dú)庵脸海３止δ芘淞蠎腋◇w溫度為170°C ；
(3)反應(yīng)液澆鑄聚合將步驟1的濃縮反應(yīng)活性料、步驟2的功能配料懸浮體和7.5g甲苯二異氰酸酯迅速混合成為反應(yīng)液，澆鑄入溫度為190°C的模具內(nèi)，澆鑄液溫度170°C，模具轉(zhuǎn)速為200rpm，澆鑄液聚合并凝固成型5min后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，保溫30min，逐步冷卻脫模得到鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料。實(shí)施例3 依以下具體步驟制備復(fù)合材料
(1)濃縮反應(yīng)活性料制備將1500g己內(nèi)酰胺和9g氫氧化鈉同時(shí)投入不銹鋼活性料釜中，減壓至-0. 099MPa以下真空度，于135°C反應(yīng)，蒸餾脫除水份，維持減壓狀態(tài)30min，得到含有己內(nèi)酰胺鈉鹽的濃縮反應(yīng)活性料，解除真空，通入干燥氮?dú)庵脸?，保持濃縮反應(yīng)活性料溫度為180°C ；
(2)功能配料懸浮體制備將3000g己內(nèi)酰胺和500g十二內(nèi)酰胺、260g聚二甲基硅氧烷(XIAMETER PMX-0210)硅油、400g鈦酸鉀晶須、4g γ -氨基丙基三乙氧基硅烷(Α-1100)同時(shí)投入不銹鋼配料釜中，于135°C混合均勻，減壓至-0. 099MPa以下真空度，蒸餾脫除水份， 維持減壓狀態(tài)30min，得到功能配料懸浮體，解除真空，通入干燥氮?dú)庵脸?，保持功能配料懸浮體溫度為180°C ；
(3)反應(yīng)液澆鑄聚合將步驟1的濃縮反應(yīng)活性料、步驟2的功能配料懸浮體和15g甲苯二異氰酸酯迅速混合成為反應(yīng)液，澆鑄入溫度為200°C的模具內(nèi)，澆鑄液溫度180°C，模具轉(zhuǎn)速為lOOrpm，澆鑄液聚合并凝固成型5min后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，保溫30min，逐步冷卻脫模得到鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料。實(shí)施例4 依以下具體步驟制備復(fù)合材料
(1)濃縮反應(yīng)活性料制備將1500g己內(nèi)酰胺和7g氫氧化鈉同時(shí)投入不銹鋼活性料釜中，減壓至-0. 099MPa以下真空度，于130°C反應(yīng)，蒸餾脫除水份，維持減壓狀態(tài)30min，得到含有己內(nèi)酰胺鈉鹽的濃縮反應(yīng)活性料，解除真空，通入干燥氮?dú)庵脸?，保持濃縮反應(yīng)活性料溫度為175°C ；
(2)功能配料懸浮體制備將3000g己內(nèi)酰胺和500g十二內(nèi)酰胺、220g聚二甲基硅氧烷(XIAMETER PMX-0210)硅油、500g鈦酸鉀晶須、5g γ -氨基丙基三乙氧基硅烷(A-1100)同時(shí)投入配料釜中，于130°C混合均勻，減壓至-0. 099MPa以下真空度，蒸餾脫除水份，維持減壓狀態(tài)30min，得到功能配料懸浮體，解除真空，通入干燥氮?dú)庵脸?，保持功能配料懸浮體溫度為1750C ；
(3)反應(yīng)液澆鑄聚合將步驟1的濃縮反應(yīng)活性料、步驟2的功能配料懸浮體和19g甲苯二異氰酸酯迅速混合成為反應(yīng)液，澆鑄入溫度為195°C的模具內(nèi)，澆鑄液溫度175°C，模具轉(zhuǎn)速為150rpm，澆鑄液聚合并凝固成型5min后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，保溫30min，逐步冷卻脫模，得到鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料。采用實(shí)施例2的復(fù)合材料制造鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)繩輪，應(yīng)用于露天礦的傾斜巷道長(zhǎng)距離運(yùn)送散裝物料，全長(zhǎng)2km、帶寬1.2 m、最大傾角15. 5°、平均帶速lm/s、平均輸送量300t/h，其平均使用壽命達(dá)91 小時(shí)，是原鑄鐵繩輪平均使用壽命的7. 6倍，同時(shí)也極大地改善了對(duì)鋼絲繩的磨損。對(duì)比例以5000g己內(nèi)酰胺單體為例聚合，催化劑氫氧化鈉加入量為己內(nèi)酰胺單體質(zhì)量的0. 14%，活化劑甲苯二異氰酸酯加入量為己內(nèi)酰胺單體質(zhì)量的0. 30% ；將5000g己內(nèi)酰胺和7g氫氧化鈉同時(shí)投入活性料釜中，減壓至-0. 099MPa以下真空度，于120 135 °C 溫度下反應(yīng)，蒸餾脫除水份，維持減壓狀態(tài)30min，得到含有己內(nèi)酰胺鈉鹽的反應(yīng)活性料，解除真空，通入干燥氮?dú)庵脸海３址磻?yīng)活性料溫度為160°C ；將15g甲苯二異氰酸酯迅速與反應(yīng)活性料混合，澆鑄入溫度為180°C的模具內(nèi)，澆鑄液溫度160°C，模具轉(zhuǎn)速為300rpm， 澆鑄液聚合并凝固成型5min后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，保溫30min，逐步冷卻脫模得到普通鑄型尼龍材料。對(duì)比例采用通用工藝生產(chǎn)普通鑄型尼龍，測(cè)試其主要機(jī)械性能、物理性能和摩擦性能，與實(shí)施例比較。對(duì)比例和實(shí)施例的機(jī)械性能和物理性能如表1所示。表1 對(duì)比例和實(shí)施例的機(jī)械性能和物理性能
機(jī)械性能物理性能拉伸強(qiáng)度 / IPa WVW穹曲強(qiáng)度 / HPa WVW缺口沖擊強(qiáng)度 / kj/m:線膨脹系數(shù) / IO-5K-1吸水率(飽和) / %對(duì)比例82.17116. 33.785.8實(shí)施例178.39102.94,252.6實(shí)施例279.9110.95.25.43.4實(shí)施例381.6120. 76.464.3實(shí)施例480.50116. 35.95.83.9
在相同條件下經(jīng)UMT-2MT摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和ADE非接觸式三維形貌儀測(cè)試的對(duì)比例和實(shí)施例3的摩擦性能如表2所示。
表2 對(duì)比例和實(shí)施例3的摩擦性能
權(quán)利要求
1.鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料的制備方法，其特征在于在內(nèi)酰胺單體中加入硅油、鈦酸鉀晶須和偶聯(lián)劑，通過氫氧化鈉-甲苯二異氰酸酯催化活化體系引發(fā)內(nèi)酰胺陰離子開環(huán)聚合反應(yīng)，于常壓下將反應(yīng)物料鑄入已預(yù)熱保溫模具中完成聚合并同時(shí)成型，得到鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料；其中，單體內(nèi)酰胺由己內(nèi)酰胺和十二內(nèi)酰胺組成，均為聚合級(jí)工業(yè)品，配比為90:10質(zhì)量份數(shù)；硅油為道康寧公司的聚二甲基硅氧烷(XIAMETER PMX-0210)，相對(duì)密度0.96，動(dòng)粘滯度100 cSt，加入量為內(nèi)酰胺單體質(zhì)量的 4 6% ；鈦酸鉀晶須為上海晶須復(fù)合材料制造有限公司的六鈦酸鉀晶須，純度> 96wt%，相對(duì)密度3. 2 士 0. 1，平均直徑0.3 1.0 μ m，平均長(zhǎng)度10 50 μ m，加入量為內(nèi)酰胺單體質(zhì)量的8 10%;偶聯(lián)劑為聯(lián)合碳化物公司的Y-氨基丙基三乙氧基硅烷(A-1100)，加入量為六鈦酸鉀晶須質(zhì)量的1% ；催化劑為氫氧化鈉，試劑級(jí)，加入量為內(nèi)酰胺單體質(zhì)量的0. 10 0. 18%;活化劑為甲苯二異氰酸酯，試劑級(jí)，加入量為內(nèi)酰胺單體質(zhì)量的0. 15 0. 38%;模具為離心轉(zhuǎn)動(dòng)模具，不銹鋼或普通鋼材質(zhì)，預(yù)熱溫度為180 200°C，轉(zhuǎn)速為100 300rpm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該制備方法包括以下具體步驟(1)濃縮反應(yīng)活性料制備將上述1/3質(zhì)量的己內(nèi)酰胺和氫氧化鈉同時(shí)投入不銹鋼活性料釜中，減壓至-0. 099MPa以下真空度，于120 135°C溫度下反應(yīng)，蒸餾脫除水份，維持減壓狀態(tài)30min，得到含有己內(nèi)酰胺鈉鹽的濃縮反應(yīng)活性料，解除真空，通入干燥氮?dú)庵脸?，保持濃縮反應(yīng)活性料溫度為160 180°C ；(2)功能配料懸浮體制備將上述剩余2/3質(zhì)量的己內(nèi)酰胺和十二內(nèi)酰胺、硅油、 鈦酸鉀晶須、偶聯(lián)劑同時(shí)投入不銹鋼配料釜中，于120 135 °C溫度下混合均勻，減壓至-0. 099MPa以下真空度，蒸餾脫除水份，維持減壓狀態(tài)30min，得到功能配料懸浮體，解除真空，通入干燥氮?dú)庵脸?，保持功能配料懸浮體溫度為160 180°C ；(3)反應(yīng)液澆鑄聚合將步驟1的濃縮反應(yīng)活性料、步驟2的功能配料懸浮體和上述活化劑甲苯二異氰酸酯迅速混合成為反應(yīng)液，澆鑄入溫度為180 200°C的模具內(nèi)，反應(yīng)澆鑄液溫度160 180°C，模具轉(zhuǎn)速為100 300rpm，反應(yīng)澆鑄液聚合并凝固成型5min后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，保溫30min，逐步冷卻脫模，得到鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料的制備方法，該制備方法通過采用雙釜并聯(lián)同步工藝，在內(nèi)酰胺單體中加入硅油、鈦酸鉀晶須和偶聯(lián)劑，以氫氧化鈉-甲苯二異氰酸酯為催化活化體系，引發(fā)內(nèi)酰胺陰離子開環(huán)聚合反應(yīng)，于常壓下完成聚合并同時(shí)成型。本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單高效，具有工業(yè)實(shí)用價(jià)值，所制備的鑄型尼龍/硅油/鈦酸鉀晶須復(fù)合材料保持了普通鑄型尼龍的較高拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，有效強(qiáng)化了自潤(rùn)滑、減摩、耐磨、尺寸穩(wěn)定性和抗震性能，尤其適合于礦山機(jī)械部件的使用要求。
文檔編號(hào)C08L83/04GK102391502SQ201110283650
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者丁紅燕, 吳潔, 周蘇閩, 李年蓮, 程曉春, 胡杰, 蔣金龍, 金葉玲 申請(qǐng)人:淮陰工學(xué)院