一种低密度阻燃耐磨尼龙/氟塑料复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低密度阻燃耐磨尼龙/氟塑料复合材料，由以下重量份数的组分制成：高温尼龙50～100份，氟塑料30～50份，改性介质材料20～40份，耐磨介质材料3～10份，阻燃剂5～20份，润滑剂0.2～0.8份，抗氧剂0.2～0.8份，填充剂10～50份；本发明专利技术还公开了一种制备该尼龙/氟塑料复合材料的方法，将上述各种组分进行混合、搅拌、干燥、造粒、切粒等，制得尼龙/氟塑料复合材料。本发明专利技术通过各种组分的合理配比，制得一种密度低、阻燃、耐磨、耐高低温、导电性好的尼龙/氟塑料复合材料，能够应用于航空航天、轨道交通、汽车、新能源、化工、石油、矿山等领域，并满足阻燃、耐磨、耐高低温、耐腐蚀等需求。

【技术实现步骤摘要】
一种低密度阻燃耐磨尼龙/氟塑料复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料领域，特别涉及一种密度低、阻燃、耐磨、耐高低温、导电性好的尼龙/氟塑料复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚邻苯二甲酰胺(简称PPA)树脂是以对苯二甲酸或间苯二甲酸为原料的半芳香族聚酰胺。在高温高湿(温度≥85℃，湿度≥90％)状态下，PPA的抗拉强度比尼龙6高20％，比尼龙66更高；弯曲模量比普通尼龙高20％，硬度更大，能抗长时间的拉伸蠕变；耐汽油、耐油脂和耐冷却剂的能力也比普通尼龙强；可以耐200℃的持续高温，并且还能保持良好的尺寸稳定性。由于PPA树脂杰出的物理、热和电性能，尤其是适中的成本，使它具有广阔的应用范围，这些性能和优良的耐化学性一起，使PPA能够应用在汽车马达、前灯反光器、轴承座、皮带轮、传感器壳体、燃料管线元件和电气元件等诸多产品中。但是PPA的自润滑耐磨性、耐超高温性(≥250℃)，以及耐低温性(≤-40℃)都有不足，而尼龙普遍具有阻燃性差的特点，如果将阻燃性提高，则会降低其力学性能和耐磨性，因此也影响了其在航空航天、轨道交通、新能源、汽车等特殊环境下的应用。氟塑料是部分或全部氢被氟取代的链烷烃聚合物，它们有聚四氟乙烯(PTFE)、全氟(乙烯丙烯)(FEP)共聚物、聚全氟烷氧基(PFA)树脂、聚三氟氯乙烯(PCTFF)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)共聚物、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚氟乙烯(PVF)。氟塑料具有很高的抗冲强度、较好的自润滑性、很好的耐化学性能、阻燃性能和耐高低温性，主要用于化工、机械、电器、建筑、电子、汽车、医药等诸多领域。但是氟塑料的拉伸强度、耐磨性、抗蠕变性比其它工程塑料差，限制了其在部分有力学性能要求的结构件中的应用；另外，氟塑料的导电性能较差(体积电阻率在1017Ω·cm左右)，通常只能用于绝缘产品，而对于一些需要导电导热的耐化学和耐候领域则不能满足。随着航空航天、轨道交通、汽车、能源等领域的快速发展，亟需一些综合性能更好的材料来替代原材料，使人们构想的技术能够得以实现。
技术实现思路
结合PPA和氟塑料这两种材料的优点，我们开发了一种新型的尼龙/氟塑料复合材料，具有密度低、阻燃、耐磨、耐高低温、导电性好的优点，可以满足航空航天、轨道交通、汽车、新能源以及石油化工等领域的多种需要。为此，本专利技术公开了一种低密度阻燃耐磨尼龙/氟塑料复合材料，由以下重量份数的组分制成：高温尼龙50～100份，氟塑料30～50份，改性介质材料20～40份，耐磨介质材料3～10份，阻燃剂5～20份，润滑剂0.2～0.8份，抗氧剂0.2～0.8份，填充剂10～50份；作为本专利技术的进一步改进，所述高温尼龙为半芳香族尼龙，粘度为0.27～0.32dl/g；所述氟塑料为聚四氟乙烯、聚全氟烷氧基树脂、聚全氟乙丙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯中的一种或几种；所述改性介质材料由改性玻璃微珠与改性碳纳米管按比例1：1～3：1复配而成；所述耐磨介质材料为二硫化钼、石墨、硅酮粉中的一种或几种；所述阻燃剂为红磷、聚磷酸铵、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、甲苯基二苯基磷酸酯、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺氰尿酸盐中的一种或几种；所述润滑剂为乙二撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺、石蜡、聚乙烯蜡、丙烯蜡、硅氧烷中的一种或几种；所述抗氧剂为抗氧剂264、抗氧剂1098、抗氧剂626中的一种或几种；所述填充剂为玻璃纤维、聚酯纤维、碳纤维中的一种或几种。本专利技术还公开了一种制备所述低密度阻燃耐磨尼龙/氟塑料复合材料的方法，包括以下步骤：1)将高温尼龙、氟塑料、改性介质材料、润滑剂、抗氧剂加入到高混机中，高速搅拌3～7min；2)将阻燃剂、耐磨介质材料加入到高混机中，高速搅拌8～10min，制得混合料；3)将所述混合料放入到干燥箱中，在90～100℃的温度下干燥2～3h；4)将干燥好的混合料输送至双螺杆挤出机中，加入填充剂进行造粒；5)经过造粒后的混合料挤出后经水冷切粒，制得粒料，将所述粒料在100℃的温度下干燥3h，制得尼龙/氟塑料复合材料。作为本专利技术的进一步改进，所述改性介质材料的制备包括以下步骤：1)碳纳米管的制备a、将催化剂溶于无水乙醇中制备催化剂前驱混合溶液，然后将所述催化剂前驱混合溶液均匀涂抹在基材表面，自然晾干，备用；b、将所述基材放入直流等离子体化学气相沉积设备中的沉积台上，基材与沉积台之间设有锡丝；c、关闭真空室抽真空，当真空度达到0.1pa时，向真空室内通入氩气和氢气，流量分别为2～4L/min和8～10L/min，启动直流电弧，调节弧电流为100～130A，调节排气阀和真空室调节阀，使真空室内压强稳定在2500～4000Pa，反应5～15min，制得Ni/MgO催化剂；d、在保持氩气流量的条件下，逐步减小氢气流量至4～5L/min，然后通入碳氢化合物，在2500～4000Pa压力和700～1000℃下进行反应20～30min，在Ni/MgO催化剂表面即可得到碳纳米管，收集备用；2)碳纳米管的改性将表面改性剂加入无离子水中，配制成浓度为30～40mg/ml的溶液，然后将步骤1)中制备的碳纳米管加入所述溶液中，采用功率为40～250W超声波水浴处理，使碳纳米管被表面改性剂浸润，然后过滤，采用冷冻真空进行干燥，制得改性碳纳米管备用；3)玻璃微珠的改性将表面改性剂加入质量分数为70％的乙醇溶液中，搅拌配制成浓度为10～20mg/ml的混合溶液，然后将直径为20μm的玻璃微珠加入所述混合溶液中，室温下搅拌5～10h，并通入低频高压脉冲电流，使玻璃微珠被表面改性剂包覆，然后过滤，采用冷冻真空进行干燥，制得改性玻璃微珠备用；4)改性介质材料的制备将改性碳纳米管和改性玻璃微珠按比例1：1～3：1加入到搅拌机中，中速搅拌2～4min，收集备用。作为本专利技术的进一步改进，所述双螺杆挤出机的工作温度为：第一区300～330℃，第二区305～335℃，第三区315～360℃，第四区310～350℃，第五区305～335℃，第六区300～330℃，第七区295～325℃，第八区295～325℃，第九区290～320℃，机头温度315～325℃，主机转速450～550rpm，料筒真空度-0.06MPa，机头压力16～25MPa。作为本专利技术的进一步改进，所述催化剂为镍和镁的硝酸盐，所述基材为铜或硅。作为本专利技术的进一步改进，所述碳氢化合物为天然气、甲烷、乙烷、乙烯或乙炔。作为本专利技术的进一步改进，所述表面改性剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。本专利技术的有益效果是：本专利技术的低密度阻燃耐磨尼龙/氟塑料复合材料，通过各种组分的合理配比，密度低至1.0～1.3g/cm3，阻燃级别达到UL94V-0级，摩擦系数低至0.05～0.15，体积电阻率104～105Ω·cm，经测试可在-70～250℃下长期使用，能够应用于航空航天、轨道交通、汽车、新能源等领域的阻燃、耐磨、耐高低温部件，如连接器、手柄、密封圈及密封条、传动杆、滑块等，以及化工、石油、矿山等领域阻燃、耐磨、耐低温、耐化学腐蚀的设备和材料，如管道密封接环、设备轴承套、联动轴、密封圈及密封条、传动滑块等。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低密度阻燃耐磨尼龙/氟塑料复合材料，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：高温尼龙50～100份，氟塑料30～50份，改性介质材料20～40份，耐磨介质材料3～10份，阻燃剂5～20份，润滑剂0.2～0.8份，抗氧剂0.2～0.8份，填充剂10～50份。

【技术特征摘要】
1.一种低密度阻燃耐磨尼龙/氟塑料复合材料，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：高温尼龙50～100份，氟塑料30～50份，改性介质材料20～40份，耐磨介质材料3～10份，阻燃剂5～20份，润滑剂0.2～0.8份，抗氧剂0.2～0.8份，填充剂10～50份；所述高温尼龙为半芳香族尼龙，粘度为0.27～0.32dl/g；所述氟塑料为聚四氟乙烯、聚全氟烷氧基树脂、聚全氟乙丙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯中的一种或几种；所述改性介质材料由改性玻璃微珠与改性碳纳米管按比例1：1～3：1复配而成；所述耐磨介质材料为二硫化钼、石墨、硅酮粉中的一种或几种；所述阻燃剂为红磷、聚磷酸铵、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、甲苯基二苯基磷酸酯、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺氰尿酸盐中的一种或几种；所述润滑剂为乙二撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺、石蜡、聚乙烯蜡、丙烯蜡、硅氧烷中的一种或几种；所述抗氧剂为抗氧剂264、抗氧剂1098、抗氧剂626中的一种或几种；所述填充剂为玻璃纤维、聚酯纤维、碳纤维中的一种或几种；所述改性介质材料的制备包括以下步骤：1)碳纳米管的制备a、将催化剂溶于无水乙醇中制备催化剂前驱混合溶液，然后将所述催化剂前驱混合溶液均匀涂抹在基材表面，自然晾干，备用；b、将所述基材放入直流等离子体化学气相沉积设备中的沉积台上，基材与沉积台之间设有锡丝；c、关闭真空室抽真空，当真空度达到0.1pa时，向真空室内通入氩气和氢气，流量分别为2～4L/min和8～10L/min，启动直流电弧，调节弧电流为100～130A，调节排气阀和真空室调节阀，使真空室内压强稳定在2500～4000Pa，反应5～15min，制得Ni/MgO催化剂；d、在保持氩气流量的条件下，逐步减小氢气流量至4～5L/min，然后通入碳氢化合物，在2500～4000Pa压力和700～1000℃下进行反应20～30min，在Ni/MgO催化剂表面即可得到碳纳米管，收集备用；2)碳纳米管的改性将表面改性剂加入无离子水中，配制成浓度为30～40mg/ml的溶液，然后将步骤1)中制备的碳纳米管加入所述溶液中，采用功率为40～250W超声波水浴处理，使碳纳米管被表面改性剂浸润，然后过滤，采用冷冻真空进行干燥，制得改性碳纳米管备用；3)玻璃微珠的改性将表面改性剂加入质量分数为70％的乙醇溶液中，搅拌配制成浓度为10～20mg/ml的混合溶液，然后将直径为20μm的玻璃微珠加入所述混合溶液中，室温下搅拌5～10h，并通入低频高压脉冲电流，使玻璃微珠被表面改性剂包覆，然后过滤，采用冷冻真空进行干燥，制得改性玻璃微珠备用；4)改性介质材料的制备将改性碳纳米管和改性玻璃微珠按比例1：1～3：1加入到搅拌机中，中速搅拌2～4min，收集备用。2.一种制备权利要求1所述的低密度阻燃耐磨尼龙/氟塑料复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将高温尼龙、氟塑料、改性介质材料、润滑剂、抗氧剂加入到高混机中，高速搅拌3～7min；2)将阻燃剂、耐磨介质材料加入到高混机中，高速搅拌8～10min，制得...

【专利技术属性】
技术研发人员：张哲，史艳玲，吴志刚，张利军，赵健，郑君，
申请(专利权)人：青岛科凯达橡塑有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37