專利名稱：一種增摩型尼龍復(fù)合材料及制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物復(fù)合材料及制備工藝，具體說是一種增摩型尼龍復(fù)合材料及制備工藝，它尤其適用于要求提高機(jī)械強(qiáng)度及抗蠕變能力強(qiáng)、摩擦系數(shù)高、耐磨損、耐腐蝕性能良好的工件材料。
背景技術(shù)：
聚酰胺樹酯(Polyamide，簡寫為PA，俗稱尼龍)是工程塑料發(fā)展最早的品種之一，目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、化工、機(jī)械、建筑等工業(yè)部門。尼龍是半晶態(tài)的高分子聚合物，其結(jié)晶度比一般高分子聚合物要低，一般只有25～40％，其分子為線型不對稱分子，分子鏈通常呈繞曲狀態(tài)。由于分子中存在氮、氧、氫原子，因而其分子鏈之間易形成氫鍵，由分子鏈與酰胺極性基團(tuán)引起的范德華力和氫鍵力使其分子間的作用力很大而且復(fù)雜，因此尼龍比一般聚合物材料有高的多的表面能，與另一物質(zhì)接觸時有較大的粘附力，摩擦系數(shù)較大。此外尼龍還具有比強(qiáng)度高，耐磨損，耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。但純尼龍吸水性較強(qiáng)，抗蠕變能力差，這使得其機(jī)械性能降低，尺寸穩(wěn)定性受到影響，在一定程度上限制了其優(yōu)良性能的充分發(fā)揮。為進(jìn)一步提高材料性能，克服缺點(diǎn)，人們在純尼龍中加入各種填料以增強(qiáng)其性能。目前常用的填料為無機(jī)物顆粒及各類纖維。由于復(fù)合材料制備時可通過對原材料的選擇、各組分分布設(shè)計和工藝條件的保證等，使原組分材料優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)，因而增強(qiáng)后的復(fù)合材料可以在保留尼龍優(yōu)良性能的同時，大大提高其機(jī)械強(qiáng)度及抗蠕變能力，呈現(xiàn)出優(yōu)良的綜合性能，從而擴(kuò)大材料的應(yīng)用范圍。目前關(guān)于填料增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料方面的研究主要集中在減摩材料方面，如齒輪、軸承、凸輪等尼龍零件，其工作時需要的摩擦系數(shù)較小。但針對摩擦輪、剎車片等零件，不但需要材料具有較高的摩擦系數(shù)，而且對材料的機(jī)械性能、耐磨性能、絕熱性能等也有較高的要求。聚合物由于其獨(dú)特的材料結(jié)構(gòu)及力學(xué)性質(zhì)，可以較好地滿足這些要求，特別是當(dāng)聚合物的彈性滯后效應(yīng)成為滾動摩擦副阻力的主要因素時，摩擦介質(zhì)的改變不會對滾動摩擦系數(shù)造成太大影響，這對于需較大的摩擦系數(shù)而又要求較小磨損率的應(yīng)用場合具有特殊的意義。因此，研究制備高性能的增摩型聚合物復(fù)合材料，不但可以滿足高新技術(shù)發(fā)展對材料的需求，而且在工程應(yīng)用中也具有良好的發(fā)展前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種摩擦系數(shù)高、強(qiáng)度高、耐磨損、耐腐蝕性能良好的增摩型尼龍復(fù)合材料及制備工藝。
本發(fā)明一種增摩型尼龍復(fù)合材料，它由尼龍1010、經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的氧化銅CuO、和氧化鋁AL2O3，金屬氧化物及碳纖維體增強(qiáng)劑組成，氧化銅CuO和氧化鋁AL2O3為微米級金屬氧化物，其中氧化銅CuO的粒度范圍為1～24μm；氧化鋁AL2O3的粒度范圍為15～30μm，微米級金屬氧化物的比例含量中，氧化銅CuO所占的質(zhì)量百分比為15％～18％；氧化鋁AL2O3所占的質(zhì)量百分比為20％～22％；碳纖維體增強(qiáng)劑為置于空氣中經(jīng)過氧化處理后的PAN基碳纖維，PAN基碳纖維所占的質(zhì)量百分比為8％～12％。
本發(fā)明一種增摩型尼龍復(fù)合材料的制備工藝，以尼龍1010為基體，在尼龍1010基體中添加經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的氧化銅CuO、氧化鋁AL2O3微米級金屬氧化物及PAN基碳纖維體作為增強(qiáng)劑，充分混合后注塑構(gòu)成尼龍基復(fù)合材料，其具體步驟如下①將選定粒度大小的氧化銅CuO和氧化鋁AL2O3分別加入質(zhì)量百分比為1.5～2％的硅烷偶聯(lián)劑和質(zhì)量百分比為400％的丙酮放入超聲振蕩器中振蕩30分鐘；②將振蕩后的混合物放入50～90℃干燥箱內(nèi)，待丙酮蒸發(fā)后取出研磨并過200#篩；③將PAN基碳纖維置于空氣中進(jìn)行氧化處理；④按質(zhì)量百分比為20％～22％的氧化鋁、15％～18％的氧化銅和8％～12％的碳纖維與尼龍1010同時放入球磨機(jī)內(nèi)混料6～8小時；⑤將混合后的復(fù)合材料置于注塑機(jī)內(nèi)加熱熔化后，在200～220℃溫度下以60～70MPa的注射壓力注塑到加熱至60～80℃的模具內(nèi)制成所需產(chǎn)品；⑥將注塑后的產(chǎn)品置于干燥箱內(nèi)，在80～100℃溫度下保溫2～4小時，消除產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力。
本發(fā)明一種增摩型尼龍復(fù)合材料及制備工藝，最適用于要求提高機(jī)械強(qiáng)度及抗蠕變能力強(qiáng)、摩擦系數(shù)高、耐磨損、耐腐蝕性能良好的工件材料。采用由尼龍1010、經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的氧化銅CuO、和氧化鋁AL2O3，金屬氧化物及碳纖維體增強(qiáng)劑組成的復(fù)合材料，以尼龍1010為基體，在尼龍1010基體中添加經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的氧化銅CuO、氧化鋁AL2O3微米級金屬氧化物及PAN基碳纖維體作為增強(qiáng)劑，充分混合后注塑構(gòu)成尼龍基復(fù)合材料，其復(fù)合材料摩擦系數(shù)大，一般情況下約為0.5左右；復(fù)合材料機(jī)械強(qiáng)度高，耐磨損、耐腐蝕性能良好；復(fù)合材料成本低，具有良好的性能價格比，并具有廣泛的實(shí)用性。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一種增摩型尼龍復(fù)合材料，它由尼龍1010、經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理過的氧化銅CuO、氧化鋁AL2O3金屬氧化物及碳纖維體增強(qiáng)劑組合而成，其中氧化銅CuO和氧化鋁AL2O3為微米級金屬氧化物，氧化銅粒度為1～24μm，氧化鋁粒度為15～30μm，氧化銅CuO所占的質(zhì)量百分比為15％或16％或17％或18％，氧化鋁AL2O3所占的質(zhì)量百分比為20％或21％或22％，PAN基碳纖維所占的質(zhì)量百分比為8％～12％。
實(shí)施例一、選定粒度大小為5μm的氧化銅CuO和15μm的氧化鋁AL2O3，然后分別加入質(zhì)量百分比為1.5％的硅烷偶聯(lián)劑和質(zhì)量百分比為400％的丙酮后超聲振蕩30分鐘，然后放入80℃干燥箱內(nèi)，待丙酮蒸發(fā)后取出研磨并過200目篩；將PAN基碳纖維置于空氣中進(jìn)行氧化處理后，按質(zhì)量百分比為20％的氧化鋁，15％的氧化銅，8％的碳纖維與57％的尼龍1010混合后在球磨機(jī)內(nèi)混料8小時，然后置于注塑機(jī)(柱塞注塑機(jī)或螺旋注塑機(jī)均可)，利用自動旋轉(zhuǎn)柱塞進(jìn)行熔融混料，使氧化物顆粒及纖維與尼龍1010在融化狀態(tài)下充分混合，并加熱至200℃。待共混復(fù)合材料完全融化后，以65MPa的注射壓力注塑到加熱至80℃的模具內(nèi)制成所需產(chǎn)品形狀。將注塑件置于干燥箱內(nèi)，在80～100℃溫度下保溫2～4小時，消除產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力，得到最終產(chǎn)品。
實(shí)施例二、選定粒度大小為12μm的氧化銅CuO和22μm的氧化鋁AL2O3，然后分別加入質(zhì)量百分比為2％的硅烷偶聯(lián)劑和質(zhì)量百分比為400％的丙酮后超聲振蕩30分鐘，然后放入80℃干燥箱內(nèi)，待丙酮蒸發(fā)后取出研磨并過200目篩；將PAN基碳纖維置于空氣中進(jìn)行氧化處理后，按質(zhì)量百分比為21％的氧化鋁、16％的氧化銅、10％的碳纖維與53％的尼龍1010混合后在球磨機(jī)內(nèi)混料8小時，然后置于注塑機(jī)(柱塞注塑機(jī)或螺旋注塑機(jī)均可)內(nèi)進(jìn)行熔融混料，使氧化物顆粒及纖維與尼龍1010在融化狀態(tài)下充分混合，并加熱至220℃。待共混復(fù)合材料完全融化后，以65MPa的注射壓力注塑到加熱至80℃的模具內(nèi)制成所需產(chǎn)品形狀。將注塑件置于干燥箱內(nèi)，在80～100℃溫度下保溫2～4小時，消除產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力，得到最終產(chǎn)品。
實(shí)施例三、選定粒度大小為24μm的氧化銅CuO和30μm的氧化鋁AL2O3，然后分別加入質(zhì)量百分比為2％的硅烷偶聯(lián)劑和質(zhì)量百分比為400％的丙酮后超聲振蕩30分鐘，然后放入80℃干燥箱內(nèi)，待丙酮蒸發(fā)后取出研磨并過200目篩；將PAN基碳纖維置于空氣中進(jìn)行氧化處理后，按質(zhì)量百分比為22％的氧化鋁，18％的氧化銅，12％的碳纖維與48％的尼龍1010混合后在球磨機(jī)內(nèi)混料8小時，然后置于注塑機(jī)(柱塞注塑機(jī)或螺旋注塑機(jī)均可)內(nèi)進(jìn)行熔融混料，使氧化物顆粒及纖維與尼龍1010在融化狀態(tài)下充分混合，并加熱至220℃。待共混復(fù)合材料完全融化后，以65MPa的注射壓力注塑到加熱至80℃的模具內(nèi)制成所需產(chǎn)品形狀。將注塑件置于干燥箱內(nèi)，在80～100℃溫度下保溫2～4小時，消除產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力，得到最終產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種增摩型尼龍復(fù)合材料，它包括尼龍1010，其特征在于還包括經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的氧化銅CuO和氧化鋁AL2O3金屬氧化物及碳纖維體增強(qiáng)劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增摩型尼龍復(fù)合材料，其特征在于所述的氧化銅CuO和氧化鋁AL2O3為微米級金屬氧化物，其中氧化銅CuO的粒度范圍為1～24μm；氧化鋁AL2O3的粒度范圍為15～30μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種增摩型尼龍復(fù)合材料，其特征在于所述微米級金屬氧化物中，氧化銅CuO所占的質(zhì)量百分比為15％～18％；氧化鋁AL2O3所占的質(zhì)量百分比為20％～22％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增摩型尼龍復(fù)合材料，其特征在于所述的碳纖維體增強(qiáng)劑為置于空氣中經(jīng)過氧化處理后的PAN基碳纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種增摩型尼龍復(fù)合材料，其特征在于所述的PAN基碳纖維所占的質(zhì)量百分比為8％～12％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增摩型尼龍復(fù)合材料的制備工藝，以尼龍1010為基體，其特征在于在尼龍1010基體中添加經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的氧化銅CuO、氧化鋁AL2O3微米級金屬氧化物及PAN基碳纖維體作為增強(qiáng)劑，充分混合后注塑構(gòu)成尼龍基復(fù)合材料，具體步驟如下①將選定粒度大小的氧化銅CuO和氧化鋁AL2O3分別加入質(zhì)量百分比為1.5～2％的硅烷偶聯(lián)劑和質(zhì)量百分比為400％的丙酮放入超聲振蕩器中振蕩30分鐘；②將振蕩后的混合物放入50～90℃干燥箱內(nèi)，待丙酮蒸發(fā)后取出研磨并過200#篩；③將PAN基碳纖維置于空氣中進(jìn)行氧化處理；④將選定質(zhì)量百分比微米級的氧化鋁、氧化銅和碳纖維與尼龍1010同時放入球磨機(jī)內(nèi)混料6～8小時；⑤將混合后的復(fù)合材料置于注塑機(jī)內(nèi)加熱熔化后，在200～220℃溫度下以60～70MPa的注射壓力注塑到加熱至60～80℃的模具內(nèi)制成所需產(chǎn)品；⑥將注塑后的產(chǎn)品置于干燥箱內(nèi)，在80～100℃溫度下保溫2～4小時，消除產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力。
全文摘要
本發(fā)明一種增摩型尼龍復(fù)合材料及制備工藝，最適用于要求提高機(jī)械強(qiáng)度及抗蠕變能力強(qiáng)、摩擦系數(shù)高、強(qiáng)度高、耐磨損、耐腐蝕性能良好的材料。采用由尼龍、經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的氧化銅、氧化鋁金屬氧化物及碳纖維體增強(qiáng)劑組成的復(fù)合材料，以尼龍1010為基體，在尼龍1010基體中添加經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的氧化銅、氧化鋁微米級金屬氧化物及碳纖維體作為增強(qiáng)劑，充分混合后注塑構(gòu)成尼龍基復(fù)合材料，其復(fù)合材料摩擦系數(shù)大；復(fù)合材料機(jī)械強(qiáng)度高，耐磨損、耐腐蝕性能良好；復(fù)合材料成本低，具有良好的性能價格比，并具有廣泛的實(shí)用性。
文檔編號C08L77/00GK1693365SQ20051004076
公開日2005年11月9日 申請日期2005年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月22日
發(fā)明者葛世榮, 黃傳輝 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)