專利名稱：用于榨糖機械的尼龍納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于榨糖機軸瓦和滑塊的 納米改性澆鑄尼龍材料及制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
單體澆鑄尼龍(monomer casting nylon)，簡稱MC尼龍，是在常壓下將熔 融的己內(nèi)酰胺單體和堿性催化劑、活化劑等直接澆鑄入預(yù)熱到一定溫度的模具 中，進行快速聚合反應(yīng)，凝固成固體的工程塑料。MC尼龍具有分子量大，結(jié) 晶度高，強度比一般尼龍高1.5倍，質(zhì)量輕、密度是銅的l/8左右，自潤滑、 耐磨、抗震吸音、耐油、耐弱酸堿等優(yōu)點。其主要用途是代替金屬制作軸承、 軸瓦和齒輪等機械零部件部件。但MC尼龍也存在一些缺點，例如尺寸穩(wěn)定性 差、熱穩(wěn)定性不高、強度和剛度與金屬相比還有一定差距。要使MC尼龍得到 更廣泛的應(yīng)用，需要對其進行改性，以滿足實際工業(yè)應(yīng)用的需要。用納米材料 改性聚合物是近幾年發(fā)展的一項新技術(shù)，與傳統(tǒng)的聚合物增強、增韌改性方法 相比，納米材料不但能改善聚合物的綜合性能，還能賦予其奇特的性能。中國 專利CN 1796458A公布了蒙脫土/尼龍納米復(fù)合材料的制備方法，該尼龍納米 材料具有高強度、高模量、高阻隔的特點，又具有高的缺口沖擊強度和斷裂伸 長率。但實際應(yīng)用中，因納米粒子的比表面積大、表面能高，粒子間極易團聚 而造成在聚合物基體分散不均，影響其性能的發(fā)揮，甚至導(dǎo)致材料綜合性能下 降。
榨糖機械是糖廠運轉(zhuǎn)的重要設(shè)備，投資成本高，在工作襯，壓榨輥的受力 環(huán)境較惡劣、用于支承壓榨輥的支承座受力較復(fù)雜，支承座中的軸承極易被損 壞。目前支承座中的軸承通常采用銅軸瓦滑動軸承或滾動軸承兩種。銅軸瓦滑 動軸承，因銅的硬度高，容易磨損輥軸的軸頸，縮短滾軸的使用壽命，而且銅 不易加工，不易鏟刮，耗銅量大，價格昂貴。采用滾動軸承，軸承與輥軸之間 的接觸面較小，軸承受力較集中，軸承與輥軸采用熱裝配合，當(dāng)用一段時間或 輥套因磨損更換時，裝卸軸承極為困難，容易損壞軸承、拉毛輥軸，致使軸承
和輥軸報廢。同時由于運行環(huán)境的限制，滾動軸承的密封難度大，酸性的蔗汁 易進入軸承，造成軸承腐蝕、磨損。以上兩種軸承都存在成本貴，檢修勞動強度高，維修費用大，而且軸承的壽命短等缺點。針對以上問題，中國專利CN 2454981Y介紹了一種MC尼龍軸瓦滑動軸承的搾糖機軋輥支承裝置，該支承 裝置采用本院生產(chǎn)的普通MC尼龍軸瓦，基本解決了壓榨機輥軸磨損和維修問 題。但由于普通MC尼龍的耐熱性、尺寸穩(wěn)定性以及耐磨性能仍不十分理想。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的首要目的是提供一種具有耐 熱性高、尺寸穩(wěn)定性好，耐沖擊性和耐磨性優(yōu)良的用于搾糖機械的尼龍納米復(fù) 合材料。
本發(fā)明的另一目的是提供上述用于榨糖機械的尼龍納米復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明的再一目的是提供上述用于榨糖機械的尼龍納米復(fù)合材料的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)一種用于搾糖機械的尼龍納米復(fù)
合材料，各組分按重量份計為-
己內(nèi)酰胺 100
環(huán)氧樹脂 1 3;
納米碳酸鈣 1 3;
納米碳黑 0 2;
納米稀土 0.5 1;
膠體石墨 0.1 0.5;
氫氧化鈉 0.18 0.4; 甲苯二異氰酸脂0.4 0.8。
所述己內(nèi)酰胺是工業(yè)級，含水量低于0.05%;所述環(huán)氧樹脂是指雙酚A型 環(huán)氧樹脂，優(yōu)選雙酚A型環(huán)氧樹脂E-51;所述納米碳酸鈣的粒徑為15 100nm;所述納米碳黑的粒徑為20 60nm;所述納米稀土是指鑭系稀土氧化 物的一種或多種，粒徑為40 100nm，如納米氧化釓稀土或納米氧化鉺稀土中 的一種或兩種稀土；所述膠體石墨的粒徑為1 4nm。
本發(fā)明采用陰離子開環(huán)聚合工藝生產(chǎn)尼龍納米復(fù)合材料，然后通過機械加 工成符合規(guī)格的榨糖機軸瓦或滑塊。
上述用于搾糖機械的尼龍納米復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟-
(1) 納米材料預(yù)處理將1 3重量份納米碳酸鈣、0 2重量份納米碳 黑和0.5 1重量份納米稀土進行攪拌混合，升溫至50 60'C左右，加入上述 納米材料(納米碳酸鈣、納米碳黑和納米稀土)總重量的1 2%的鈦酸酯偶 聯(lián)劑NDZ109和硅烷偶聯(lián)劑KH-550，所述鈦酸酯偶聯(lián)劑與硅烷偶聯(lián)劑的重量 比約為3:2 5:3，繼續(xù)攪拌10 20分鐘，得到預(yù)處理的納米材料。
(2) 將1 3重量份環(huán)氧樹脂與2 5重量份己內(nèi)酰胺加熱至U0 12(TC， 抽真空脫水15 20分鐘，加入步驟(1)預(yù)處理的納米材料，攪拌均勻，超聲 波分散30 60分鐘，超聲波頻率為35 65KHZ，得到分散均勻的納米材料與 環(huán)氧樹脂混合體。
(3) 將0.1 0.5重量份膠體石墨和95 98重量份己內(nèi)酰胺加熱熔融，溫 度在135 145"C，抽真空，物料在此溫度下維持沸騰狀態(tài)15 30分鐘，脫去 單體中所含水分和低沸點雜質(zhì)，加入0.18 0.4重量份氫氧化鈉，繼續(xù)抽真空 脫水15 30分鐘，并保持低于O.lMPa的負(fù)壓，使熔融的己內(nèi)酰胺與氫氧化 鈉充分反應(yīng)，生成己內(nèi)酰胺鈉陰離子；然后加入步驟(2)中分散均勻的納米 材料與環(huán)氧樹脂混合體，攪拌并繼續(xù)抽真空，保持低于0.1MPa的負(fù)壓，持續(xù) 10 20分鐘；解除真空，加入0.4 0.8重量份甲苯二異氰酸脂并混合均勻， 立即澆鑄到已預(yù)熱至165 175。C的鋼制模具中，保溫15 30分鐘后，自然冷 卻脫模，得到用于榨糖機械的尼龍納米復(fù)合材料。
本發(fā)明的尼龍納米復(fù)合材料除用于制造壓榨機軸瓦外，也可用于制造壓搾 機萬向聯(lián)軸器的滑塊或其他低速髙負(fù)荷的機械傳動件。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果
由于無機納米結(jié)構(gòu)的不同，其性能各異，本發(fā)明采用價廉的納米碳酸鈣、 納米碳黑和納米稀土復(fù)配，達到協(xié)同增強目的，以進一步提高材料的綜合性能， 同時可降低材料的成本。
經(jīng)過表面處理的納米材料實際上仍是一種團聚體，該團聚體中存在許多大 小不一，形狀不規(guī)則的孔隙。本發(fā)明將納米材料與環(huán)氧樹脂和部分己內(nèi)酰胺單 體先混合，真空脫水，攪拌和超聲波分散，使環(huán)氧樹脂和己內(nèi)酰胺單體滲進納 米孔隙中，并在超聲波的"空化"作用，使納米團聚體的孔隙膨脹、破裂，形成 具有反應(yīng)活性、分散均勻的環(huán)氧樹脂一無機納米活性混合物。當(dāng)該活性混合物 與己內(nèi)酰胺鈉陰離子接觸時，環(huán)氧樹脂與己內(nèi)酰胺的胺基發(fā)生交聯(lián)發(fā)應(yīng)，從而
使納米材料均勻分散在尼龍基體中。
在本發(fā)明中，復(fù)合材料成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，環(huán)氧樹脂起到"橋鏈"作用，而納米材 料如"橋墩"，起支承增強作用，這樣可以提高材料的沖擊強度、耐磨性、耐熱
性和和尺寸穩(wěn)定性；配方中膠體石墨起潤滑作用，降低摩擦系數(shù)，同時提高材 料的散熱性能。納米稀土，除了發(fā)揮納米材料的增強作用外，還具有偶聯(lián)增容 的功能。因為稀土本身有特殊的價電子層結(jié)構(gòu)，有許多空軌道，容易接受多種 多個配體提供的孤對電子形成配位鍵，因此在多元復(fù)合材料中易形成以稀土元 素為中心的多向配位結(jié)合體，提高配方各組分間的相容性。
圖1為本發(fā)明的用于榨糖機械的尼龍納米復(fù)合材料生產(chǎn)流程示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方 式不限于此。
實施例1
如圖1所示，用于榨糖機械的尼龍納米復(fù)合材料的制備方法，包括如下步
(1) 將納米碳酸鈣270g (納米碳酸鈣的粒徑為15 100nm)、納米氧化 釓稀土 270g (納米氧化釓稀土粒徑為40 100nm)、納米碳黑270g (納米碳黑 的粒徑為20 60nm)，高速攪拌混合，升溫至5(TC左右，加入鈦酸酯偶聯(lián)劑
(NDZ109) 5g和硅垸偶聯(lián)劑(KH-550) 3g，繼續(xù)攪拌10分鐘，得到預(yù)處理 的納米材料。
(2) 取己內(nèi)酰胺500g加熱熔化，加入環(huán)氧樹脂(雙酚A型環(huán)氧樹脂E —51) 270g混合，溫度在110 120°C，抽真空脫水15分鐘，加入步驟(1) 預(yù)處理的納米材料，攪拌均勻，超聲波分散30分鐘，超聲波頻率35KHZ，得 到分散均勻的納米材料與環(huán)氧樹脂混合體。
(3) 在反應(yīng)釜中加入己內(nèi)酰胺26.5kg (所述己內(nèi)酰胺是工業(yè)級，含水量 低于0.05%;下同)和膠體石墨27g (膠體石墨的粒徑為1 4pm)，加熱至 135 145°C，抽真空，在此溫度下維持沸騰狀態(tài)30分鐘，加入氫氧化鈉48.6g， 繼續(xù)抽真空脫水30分鐘，并保持低于0.1MPa的負(fù)壓。加入步驟(2)分散均
勻的納米材料與環(huán)氧樹脂混合體，攪拌并繼續(xù)抽真空，保持低于O.lMPa的負(fù) 壓，持續(xù)15分鐘。解除真空，加入甲苯二異氰酸脂122g，混合均勻，立即澆 鑄到已預(yù)熱至165 175'C的鋼制模具中。保溫30分鐘后，自然冷卻脫模，取 出尼龍納米復(fù)合材軸瓦坯件即尼龍納米復(fù)合材料。
(4) 將脫模的尼龍納米復(fù)合材軸瓦坯件放在熱機械油進行處理，溫度 ll(TC，處理時間24h，然后自然冷卻至室溫。
(5) 按圖紙技術(shù)要求，對尼龍納米復(fù)合材軸瓦坯件進行機械精加工，制 作壓榨機壓榨輥軸瓦。
實施例2
(1) 稱取納米碳酸鈣2.25Kg (納米碳酸鈣的粒徑為15 100nm)、納米 氧化釓稀土375g (納米氧化釓稀土粒徑為40 100nm),高速攪拌混合，升溫 至5(TC左右，加入鈦酸酯偶聯(lián)劑(NDZ109) 32g和硅垸偶聯(lián)劑(KH-550) 21g， 繼續(xù)攪拌20分鐘，得到預(yù)處理的納米材料。
(2) 取己內(nèi)酰胺3Kg加熱熔化，加入2，25Kg環(huán)氧樹脂(雙酚A型環(huán)氧 樹脂E—51)混合，溫度在110 120'C，抽真空脫水20分鐘，加入步驟(1) 預(yù)處理的納米材料，攪拌均勻，超聲波分散60分鐘，超聲波頻率65KHZ，得 到分散均勻的納米材料與環(huán)氧樹脂混合體。
(3) 在反應(yīng)釜中加入己內(nèi)酰胺72kg和膠體石墨375g (膠體石墨的粒徑 為l 4^im),加熱至135 145"C，抽真空，維持沸騰狀態(tài)20分鐘，加入氫氧 化鈉300g，繼續(xù)抽真空脫水20分鐘，并保持低于0.1MPa的負(fù)壓。加入步驟
(2)分散均勻的納米材料與環(huán)氧樹脂混合體，攪拌并繼續(xù)抽真空，保持低于 O.lMPa的負(fù)壓，持續(xù)20分鐘。解除真空，加入甲苯二異氰酸脂450g，混合 均勻，立即澆鑄到己預(yù)熱至165 175t的鋼制模具中；保溫15分鐘后自然冷 卻脫模，取出尼龍納米復(fù)合材坯件即尼龍納米復(fù)合材料。
(4) 將脫模的尼龍納米復(fù)合材坯件放在熱機械油進行處理，溫度14(TC, 處理時間8h,然后自然冷卻至室溫。
(5) 按圖紙技術(shù)要求，對尼龍納米復(fù)合材坯件進行機械精加工，制作壓 榨機萬向聯(lián)軸器滑塊。
實施例3
(1) 將納米碳酸鈣1.12Kg (納米碳酸鈣的粒徑為15 100nm)、納米氧 化釓稀土280g (納米氧化釓稀土粒徑為40 100nm)、納米氧化鉺稀土 (納米 氧化鉺稀土的粒徑為40 100nm) 168g，納米碳黑560g (納米碳黑的粒徑為 20 60nm),高速攪拌混合，升溫至5(TC左右，加入鈦酸酯偶聯(lián)劑(NDZ109) 19.2g和硅烷偶聯(lián)劑(KH-550) 12.7g，繼續(xù)攪拌15分鐘，得到預(yù)處理的納米 材料。
(2) 取己內(nèi)酰胺2.8Kg加熱熔化，加入環(huán)氧樹脂(雙酚A型環(huán)氧樹脂E —51) 1.12Kg混合，溫度在110 120。C，抽真空脫水20分鐘，加入步驟(1) 預(yù)處理的納米材料，攪拌均勻，超聲波分散45分鐘，超聲波頻率50KHZ,得 到分散均勻的納米材料與環(huán)氧樹脂混合體。
(3) 在反應(yīng)釜中加入己內(nèi)酰胺53.2kg和膠體石墨140g (膠體石墨的粒徑 為l 4nm)，加熱至135 145T:，抽真空，維持沸騰狀態(tài)15分鐘，加入氫氧 化鈉168g,繼續(xù)抽真空脫水15分鐘，并保持低于O.lMPa的負(fù)壓。加入步驟
(2)分散均勻的納米材料與環(huán)氧樹脂混合體，攪拌并繼續(xù)抽真空，保持低于 O.lMPa的負(fù)壓，持續(xù)10分鐘。解除真空，加入甲苯二異氰酸脂448g，混合 均勻，立即澆鑄到已預(yù)熱至165 175'C的鋼制模具中。保溫20分鐘后，自然 冷卻脫模，取出尼龍納米復(fù)合材軸瓦坯件即尼龍納米復(fù)合材料。
(4) 將脫模的尼龍納米復(fù)合材軸瓦坯件放在熱機械油進行處理，溫度 110°C，處理時間24h,然后自然冷卻至室溫。
(5) 按圖紙技術(shù)要求，對尼龍納米復(fù)合材軸瓦坯件進行機械精加工，制 作壓榨機壓搾輥軸瓦。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實 施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、 替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種用于榨糖機械的尼龍納米復(fù)合材料，其特征在于所述納米復(fù)合材料各組分按重量份計為己內(nèi)酰胺 100環(huán)氧樹脂 1～3；納米碳酸鈣 1～3；納米碳黑 0～2；納米稀土 0.5～1；膠體石墨 0.1～0.5；氫氧化鈉 0.18～0.4；甲苯二異氰酸脂 0.4～0.8。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于搾糖機械的尼龍納米復(fù)合材料，其特征 在于所述己內(nèi)酰胺含水量低于0.05%;所述環(huán)氧樹脂是雙酚A型環(huán)氧樹脂； 所述納米碳酸鈣的粒徑為15 100nm;所述納米碳黑的粒徑為20 60nm;所述 納米稀土是指鑭系稀土氧化物的一種或多種，粒徑為40 100nm;所述膠體石 墨的粒徑為1 4拜。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于榨糖機械的尼龍納米復(fù)合材料，其特征 在于所述環(huán)氧樹脂是雙酚A型環(huán)氧樹脂E-51 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于搾糖機械的尼龍納米復(fù)合材料，其特征 在于所述納米稀土是納米氧化釓稀土或納米氧化鉺稀土中的一種或兩種稀土。
5、 權(quán)利要求1 5任一項所述用于榨糖機械的尼龍納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1) 將1 3重量份納米碳酸鈣、0 2重量份納米碳黑和0.5 1重量份納 米稀土進行攪拌混合，升溫至50 6(TC，加入上述納米碳酸f5、納米碳黑和納 米稀土總重量的1 2X的鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ109和硅垸偶聯(lián)劑KH-550，所述鈦 酸酯偶聯(lián)劑與硅烷偶聯(lián)劑的重量比為3:2 5:3，繼續(xù)攪拌10 20分鐘，得到預(yù) 處理的納米材料；(2) 將1 3重量份環(huán)氧樹脂與2 5重量份己內(nèi)酰胺加熱至U0 12(TC， 抽真空脫水15 20分鐘，加入步驟(1)預(yù)處理的納米材料，攪拌均勻，超聲 波分散30 60分鐘，超聲波頻率為35 65KHZ，得到分散均勻的納米材料與環(huán) 氧樹脂混合體；(3)將0.1 0.5重量份膠體石墨和95 98重量份己內(nèi)酰胺加熱熔融，溫 度在135 145"C，抽真空，在此溫度下維持沸騰狀態(tài)15 30分鐘，脫去單體中 所含水分和低沸點雜質(zhì)，加入0.18 0.4重量份氫氧化鈉，繼續(xù)抽真空脫水15 30分鐘，并保持低于0.1MPa的負(fù)壓，使熔融的己內(nèi)酰胺與氫氧化鈉充分反應(yīng)， 生成己內(nèi)酰胺鈉陰離子；然后加入步驟(2)中分散均勻的納米材料與環(huán)氧樹脂 混合體，攪拌并繼續(xù)抽真空，保持低于O.lMPa的負(fù)壓，持續(xù)10 20分鐘；解 除真空，加入0.4 0.8重量份甲苯二異氰酸脂并混合均勻，澆鑄到己預(yù)熱至165 175'C的鋼制模具中，保溫15 30分鐘后，自然冷卻脫模，得到用于榨糖機械 的尼龍納米復(fù)合材料。
6、權(quán)利要求1 5任一項所述的用于榨糖機械的尼龍納米復(fù)合材料在壓搾 機軸瓦、壓榨機萬向聯(lián)軸器的滑塊或低速髙負(fù)荷的機械傳動件中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于榨糖機械的尼龍納米復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明采用陰離子開環(huán)聚合工藝生產(chǎn)尼龍納米復(fù)合材料，還公開了該尼龍納米復(fù)合材料在制造糖廠壓榨機軸瓦、壓榨輥萬向聯(lián)軸器的滑塊或低速高負(fù)荷的機械傳動件中的應(yīng)用。本發(fā)明的尼龍納米復(fù)合材料具有耐熱性高、尺寸穩(wěn)定性好，耐沖擊性和耐磨性優(yōu)良。本發(fā)明采用價廉的納米碳酸鈣、納米碳黑和納米稀土復(fù)配，達到協(xié)同增強目的，以進一步提高材料的綜合性能，同時可降低材料的成本。
文檔編號C08L77/00GK101381513SQ20081019909
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者馮國禧, 孫永紅, 張仁杰, 王玫瑰, 譚壽再 申請人:廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院