一種高性能聚酰胺6基摩擦材料及其制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種高分子材料改性領域，尤其涉及一種高性能聚酰胺6基摩擦材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]聚酰胺6具有力學強度高、韌性佳、電氣性能優良、抗震吸音、耐弱酸弱堿及一些有機溶劑，自潤滑性能優異，易于成型加工等特性，工業生產中廣泛應用于制造軸承、齒輪、凸輪、各種滾子、滑輪等摩擦器件。但其尺寸穩定性差，吸水率大，干摩擦時摩擦系數較高，熱、力學性能還不足以應付高速摩擦等缺點，使其應用仍受到一定的限制。
[0003]近年來，國內外通過添加纖維、無機粒子提高聚酰胺6的耐磨性和力學性能卻往往增大了摩擦系數；而通過添加固體潤滑劑，可降低摩擦系數，卻可能增大了磨損率、降低了其力學性能；添加阻燃、抗靜電劑制得阻燃抗靜電復合材料的同時，力學性能和摩擦磨損性能降低，高強度、阻燃、耐磨聚酰胺6復合材料的制備亟待解決。
[0004]專利CN103102A介紹了一種高抗沖擊阻燃耐磨聚酰胺6復合材料的制備方法，得到較高沖擊強度及氧指數的聚酰胺6復合材料，但其摩擦系數及磨耗仍較大。
[0005]針對這種情況，本發明創新性的在聚酰胺6基體中加入玻璃纖維和復合固體潤滑劑，發揮其協同效應，配以阻燃劑和抗靜電劑，制備出一種磨損率低、摩擦系數低、強度高、阻燃、抗靜電的高性能聚酰胺6基摩擦材料，具有非常重要的現實意義。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種磨損率低、摩擦系數低、強度高、阻燃、抗靜電、耐高低溫、抗腐蝕、抗老化的高性能聚酰胺6基摩擦材料。
[0007]為了達到上述目的，本發明包括:聚酰胺6樹脂:55?65% (重量)，短切玻璃纖維:10?15% (重量)，復合固體潤滑劑:10?15% (重量)，增容劑:3?5% (重量)，阻燃劑:10?15% (重量)，抗靜電劑:0.5?2% (重量)，抗老化劑:0.05?0.5% (重量)，硅烷偶聯劑:0.5?1 % (重量)，其中復合固體潤滑劑粒徑為5?10 μ m，由質量比為1: 1?2: 1的聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯組成或者由質量比為1: 1?2: 1聚四氟乙烯、石墨粉組成或者由質量比為1: 1: 1的聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、石墨粉組成；所述的增容劑為HDPE-g-MAH或POE-g-MAH;所述的阻燃劑為質量比為1: 3?1: 4的三氧化二銻、十四溴二苯氧基苯或者質量比為1: 3?1: 4的三氧化二銻、十溴二苯醚；所述的抗靜電劑為乙氧基化烷基胺；所述的抗老化劑為抗氧劑1010。
[0008]優選的，所述的聚酰胺6樹脂的相對粘度為2.80?2.95。
[0009]優選的，所述的短切玻璃纖維為長度3?5mm的E玻璃纖維。
[0010]本發明的另一個目的為提供一種高性能聚酰胺6基摩擦材料的制備方法，包括:1)按聚酰胺6樹脂:55?65% (重量)，短切玻璃纖維:10?15% (重量)，復合固體潤滑劑:10?15% (重量)，增容劑:3?5% (重量)，阻燃劑:10?15% (重量)，抗靜電劑:0.5?2% (重量)，抗老化劑:0.05?0.5% (重量)，硅烷偶聯劑:0.5?1 % (重量)配料，其中復合固體潤滑劑粒徑為5?10 μ m，由質量比為1: 1?2: 1的聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯組成或者由質量比為1: 1?2: 1聚四氟乙烯、石墨粉組成或者由質量比為1: 1: 1的聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、石墨粉組成；所述的增容劑為HDPE-g-MAH或POE-g-MAH;所述的阻燃劑為質量比為1: 3?1: 4的三氧化二銻、十四溴二苯氧基苯或者質量比為1: 3?1: 4的三氧化二銻、十溴二苯醚；所述的抗靜電劑為乙氧基化烷基胺；所述的抗老化劑為抗氧劑1010 ;2)混合均勻；3)在190?250°C擠出造粒；4)干燥除去水分。
[0011]優選的，所述的聚酰胺6樹脂的相對粘度為2.80?2.95。
[0012]優選的，所述的短切玻璃纖維為長度3?5mm的E玻璃纖維。
[0013]本發明選用具有良好的耐磨性、韌性、機械強度且價格相對便宜、易于成型的聚酰胺6為基體材料，克服了采用聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亞胺(PI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)等為基材時成型條件苛刻、價格高的缺點。玻璃纖維具有很高的強度和剛度、良好的導熱性、小的伸長率和熱膨脹系數，并能耐許多介質的腐蝕，不燃燒，在低于250°C的環境下耐溫性能好，所以采用玻纖增強聚酰胺6，可以獲得力學性能、耐磨性、耐熱性好的摩擦材料，延長制品的使用壽命。固體潤滑劑因在摩擦過程中在接觸界面上形成了低剪切強度的轉移膜而具有抗磨減摩的效果；選用復合固體潤滑劑不僅可起到潤滑的作用，還能有效防止玻璃纖維外露，從而大大改善了材料的摩擦磨損性能。該摩擦材料中纖維起增強作用保證力學性能并提高耐磨性、和熱穩定性；由于復合固體潤滑劑降低摩擦系數，從而提高了聚酰胺6的使用性能。本發明具有生產工序簡單、成本低、在獲得優異的摩擦磨損、阻燃、抗靜電以及熱性能的同時，保持了材料優異的力學性能的優點。所用復合固體潤滑劑與單一固體潤滑劑相比具有協同作用，制備出的材料同時具有更低的摩擦系數和磨損率。聚四氟乙烯顯著降低材料的摩擦系數，石墨降低摩擦系數的同時，增大了材料導熱率，使摩擦熱快速導出，減緩了材料在摩擦過程中的熔融，同時降低了材料的表面電阻，超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯和石墨共同使用時具有顯著的協同效應，三者協同改性的聚酰胺6復合材料較單一固體潤滑劑填充改性的復合材料具有更低的摩擦系數和磨損率，在此基礎上添加優選的阻燃劑和抗靜電劑，得到一種磨損率低、摩擦系數低、強度高、阻燃、抗靜電、耐高低溫、抗腐蝕、抗老化的高性能聚酰胺6基摩擦材料。對于合適配方在優化工藝下制備的材料進行分析和評估，得到如下基本性能。軸向拉伸強度彡60MPa，缺口沖擊強度彡25KJ/m2，使用溫度-30?150。。，密度彡1.62g/cm3，阻燃性能:V_0，表面電阻< 5 X 10s Ω ;摩擦系數:0.02?
0.13，磨損率4.5X 10 6?3.31X10 5mm3/Nm。本發明的聚酰胺6基摩擦材料具有高性能的特點，應用范圍廣，具有廣闊的市場前景。
【具體實施方式】
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[0014]下面舉實例對本發明進行詳細描述，而不是限制發明的范圍。
[0015]實施例1
[0016]1)按聚酰胺6樹脂:55% (重量)，3?5mm的E玻璃纖維:15% (重量)，聚四氟乙烯:7% (重量)、POE-g