本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是采用無機(jī)納米材料與潤滑劑(潤滑油、潤滑脂)共同改性鑄型尼龍復(fù)合材料。
技術(shù)背景
鑄型尼龍又稱單體澆鑄尼龍(monomer casting nylon，即MC尼龍)，是在常壓條件下借助強(qiáng)堿性的催化劑和助催化劑(活化劑)將熔融的己內(nèi)酰胺單體直接澆鑄到已經(jīng)預(yù)熱的模具中,熔融的己內(nèi)酰胺單體在模具中快速發(fā)生陰離子原位聚合反應(yīng)，得到鑄型尼龍制品。鑄型尼龍具有制造工藝簡單，分子量高，機(jī)械強(qiáng)度好，應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。但是，鑄型尼龍也存在低溫韌性差，沖擊強(qiáng)度低，耐磨性、自潤滑性能欠佳，磨損率較大等缺點(diǎn)，使MC尼龍的應(yīng)用受到一定程度的影響。
在MC尼龍中加入油料，制備含油MC尼龍來改善MC尼龍的自潤滑性以及耐磨性能是一種有效的方法。中國專利CN1140130A公開了一種添加硅油的含油鑄型尼龍，復(fù)合材料的韌性、耐磨性得到了提高。中國專利CN1226477A公開了一種添加了NZ-HA型礦物油的自潤滑MC尼龍，復(fù)合材料的沖擊性能、摩擦系數(shù)均得到改善。但是，油料的加入會不可避免的造成MC尼龍力學(xué)性能的損失，限制其應(yīng)用領(lǐng)域。
向含油MC尼龍中添加無機(jī)納米材料可以達(dá)到提升MC尼龍綜合性能的目的。中國專利CN105623243A公開了一種添加碳納米管的含油MC尼龍，中國專利CN102942694 A公布了一種摻有液體石蠟和石墨烯的鑄型尼龍，納米粒子的加入使材料的力學(xué)強(qiáng)度得到了一定的提高，但是材料的模量和斷裂伸長率沒有得到改善。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的為針對當(dāng)前技術(shù)存在的不足，提供有一種含油鑄型尼龍/稀土/氧化石墨烯復(fù)合材料及其制備方法。在制備中，同時(shí)加入氧化石墨烯和稀土兩種納米粒子，通過兩種納米粒子間的靜電結(jié)合，使氧化石墨烯發(fā)生交聯(lián)，再加入潤滑油或潤滑脂，進(jìn)而提高材料的摩擦、磨損及各力學(xué)性能。本發(fā)明制備工藝簡單，改性效果良好。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
一種含油鑄型尼龍/稀土/氧化石墨烯復(fù)合材料，該材料由以下方法制得，
所述的制備方法，包括以下步驟:
(1)將己內(nèi)酰胺單體在80℃～90℃加熱熔融，然后加入無機(jī)納米材料A，保持溫度超聲分散0.5～1.0小時(shí)，得到含無機(jī)納米材料A的己內(nèi)酰胺懸浮液A；其中，每50g的己內(nèi)酰胺單體加0.01～0.20g無機(jī)納米材料A；
(2)將己內(nèi)酰胺單體在80℃～90℃加熱熔融，然后加入無機(jī)材料B，保持溫度超聲分散0.5～1.0小時(shí)，得到含納米材料B分的己內(nèi)酰胺懸浮液B；其中，每50g己內(nèi)酰胺單體加0.005～0.200g無機(jī)材料B；
(3)將步驟(1)和步驟(2)所得的兩種己內(nèi)酰胺懸浮液按質(zhì)量比1:1混合；開始加熱，加熱到100℃～110℃減壓4～8min，在溫度120～130℃時(shí)，加入催化劑，在120℃～130℃下減壓4～8min；其中，每100份質(zhì)量的己內(nèi)酰胺加0.05～0.50g催化劑；
(4)待溫度升至130℃～140℃時(shí)，向反應(yīng)體系中加入3.0～5.0g潤滑油或潤滑脂，控制溫度130℃～140℃，減壓4～8min；其中，每100g己內(nèi)酰胺加3.0～5.0g潤滑油或潤滑脂；
(5)再加入活化劑，混合,然后將液體倒入模具中，在溫度150～180℃維持30～60分鐘后，自然冷卻至室溫，脫模，得到鑄型尼龍產(chǎn)品；其中，每100g己內(nèi)酰胺加0.20～1.00g活化劑；
所述的納米粒子A為氧化石墨烯或碳納米管，
所述的納米粒子B為氯化鑭或氧化鑭。
所述的潤滑劑為潤滑脂或潤滑油，具體為基礎(chǔ)油、二甲基硅油、白色特種潤滑脂、軸承潤滑脂和MoS2鋰基脂中的一種或幾種。
所述催化劑為氫氧化鈉、甲醇鈉和氫氧化鉀中的一種或多種。
所述的活化劑為甲苯-2,4-二異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯和三苯甲烷三異氰酸酯等中的一種或幾種。
本發(fā)明的有益效果：在保持了普通含油鑄型尼龍納米復(fù)合材料摩擦系數(shù)小的基礎(chǔ)上,隨著稀土粒子的加入,鑄型尼龍復(fù)合材料的耐磨損性顯著改善,各種機(jī)械性能,如拉伸強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、相應(yīng)的各個(gè)模量、斷裂伸長率均明顯提高。如：當(dāng)氯化鑭含量為0.007％時(shí)，與不含氯化鑭的含油鑄型尼龍/氧化石墨烯復(fù)合材料相比，含油鑄型尼龍/稀土/氧化石墨烯復(fù)合材料的磨損量明顯下降，缺口沖擊強(qiáng)度提高了40.3％，斷裂伸長率提高了24.3％，彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、壓縮強(qiáng)度分別提高了9.9％、18.2％、7.2％；與現(xiàn)有技術(shù)相比，如CN102942694 A，只是材料的摩擦性能有所改善，力學(xué)性能未見報(bào)道；CN105623243A只是提高了材料的強(qiáng)度，材料的模量也未見報(bào)道。本專利發(fā)明的含油鑄型尼龍/稀土/氧化石墨烯復(fù)合材料綜合性能優(yōu)異，尤其適合于大型機(jī)械的部件要求，如齒輪、滑塊、軸承等。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
一種含油鑄型尼龍/稀土/氧化石墨烯復(fù)合材料的機(jī)械性能及測試標(biāo)準(zhǔn)見附表1
附表1
所述的氧化石墨烯或碳納米管為公知材料，其中，氧化石墨烯片層厚度1.0nm左右,碳納米管直徑為2～20nm。
實(shí)施例1
(1)稱取50g己內(nèi)酰胺單體在80℃加熱熔融，將0.01g的氧化石墨烯加入到己內(nèi)酰胺熔融液中，保持溫度超聲分散0.5小時(shí)，得到氧化石墨烯分散良好的己內(nèi)酰胺懸浮液。
(2)稱取50g己內(nèi)酰胺單體在80℃加熱熔融，將0.007gLaCl3加入到己內(nèi)酰胺熔融液中，80℃下加熱超聲分散0.5小時(shí)，得到LaCl3分散良好的己內(nèi)酰胺懸浮液。
(3)將步驟(1)中得到的氧化石墨烯己內(nèi)酰胺懸浮液和步驟(2)中所得的LaCl3己內(nèi)酰胺懸浮液按質(zhì)量比1:1加入到反應(yīng)容器中。開始加熱，加熱到100℃減壓分離4min(真空度0.9～0.95MPa)除去體系中的水，然后加熱到120℃時(shí)加入0.50g的氫氧化鈉，再繼續(xù)減壓分離4min除去體系中的水。
(4)升溫至130℃時(shí)，向反應(yīng)體系中加入4.40g的基礎(chǔ)油，控制溫度130℃，減壓4min。
(5)加入0.80g活化劑甲苯-2,4-二異氰酸酯，快速按順時(shí)針方向搖動反應(yīng)容器15秒，然后將液體倒入預(yù)熱160℃的模具中，170℃維持30分鐘后，自然緩慢冷卻至室溫，脫模，得到理想的鑄型尼龍產(chǎn)品。
所得復(fù)合材料性能見附表2
實(shí)施例2
基本同實(shí)施例1，僅將步驟(1)中的LaCl3改變?yōu)長a2O3。
實(shí)施例3
基本同實(shí)施例1，僅改變步驟(4)中的基礎(chǔ)油改為白色特種潤滑脂。
實(shí)施例4
基本同實(shí)施例1，僅將步驟(3)中催化劑氫氧化鈉改變?yōu)榧状尖c。
實(shí)施例5
基本同實(shí)施例1，僅將步驟(5)中助催化劑甲苯-2,4-二異氰酸酯改為三苯甲烷三異氰酸酯。
對比例1
(1)將100g的己內(nèi)酰胺單體在80℃加熱熔融，得到熔融的己內(nèi)酰胺。
(2)將步驟(1)得到的熔融的己內(nèi)酰胺加入到反應(yīng)容器中，開始加熱，加熱到100℃減壓分離4min除去體系中的水。加熱到120℃加入0.50g的氫氧化鈉，繼續(xù)減壓分離4min除去體系中的水。
(3)當(dāng)體系溫度達(dá)到130℃，加入0.80g的甲苯-2,4-二異氰酸酯，快速按順時(shí)針方向搖動反應(yīng)容器15秒，然后將液體倒入預(yù)熱170℃的模具中，170℃維持30分鐘后，自然緩慢冷卻至室溫，脫模，得到理想的鑄型尼龍產(chǎn)品。
對比例2
(1)將100g的己內(nèi)酰胺單體在80℃加熱熔融，得到熔融的的己內(nèi)酰胺。
(2)將步驟(1)得到熔融的己內(nèi)酰胺加入到反應(yīng)容器中，開始加熱，加熱到100℃減壓分離4min除去體系中的水。加熱到120℃加入0.50g的氫氧化鈉，繼續(xù)減壓分離4min除去體系中的水。
(3)待溫度升至130℃時(shí)，向反應(yīng)體系中加入4.40g的基礎(chǔ)油，控制溫度130℃,減壓4min。
(4)加入0.80g的甲苯-2,4-二異氰酸酯，快速按順時(shí)針方向搖動反應(yīng)容器15秒，然后將液體倒入預(yù)熱170℃的模具中，170℃維持30分鐘后，自然緩慢冷卻至室溫，脫模，得到理想的鑄型尼龍產(chǎn)品。
對比例3
(1)將100g的己內(nèi)酰胺單體在80℃加熱熔融，加入0.01g的氧化石墨烯，保持溫度超聲0.5小時(shí)，得到氧化石墨烯分散良好的己內(nèi)酰胺懸浮液。
(2)將步驟(1)得到的氧化石墨烯己內(nèi)酰胺懸浮液加入到反應(yīng)容器中，開始加熱，加熱到100℃減壓分離4min除去體系中的水。加熱到120℃加入0.50g的氫氧化鈉，繼續(xù)減壓分離4min除去體系中的水。
(3)待溫度升至130℃時(shí)，向反應(yīng)體系中加入4.40g的基礎(chǔ)油，控制溫度130℃,減壓4min；。
(4)加入0.80g的甲苯-2,4-二異氰酸酯，快速按順時(shí)針方向搖動反應(yīng)容器15秒，然后將液體倒入預(yù)熱170℃的模具中，溫度170℃維持30分鐘后，自然緩慢冷卻至室溫，脫模，得到理想的鑄型尼龍產(chǎn)品。
附表2
由附表2給出的數(shù)據(jù)可以看出，隨著少量氯化鑭的加入，含油MC尼龍/稀土/氧化石墨烯復(fù)合材料與不含氯化鑭的含油鑄型尼龍/氧化石墨烯復(fù)合材料相比，各項(xiàng)力學(xué)強(qiáng)度均有一定程度的改善。當(dāng)氯化鑭含量為0.007％時(shí)，復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度比不含氯化鑭的含油鑄型尼龍/氧化石墨烯復(fù)合材料提高了40.3％，斷裂伸長率提高了24.3％，彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、壓縮強(qiáng)度分別提高了9.9％、18.2％、7.2％，另外拉伸強(qiáng)度也有提高。
本發(fā)明未盡事宜為公知技術(shù)。