一种多层改性浇铸尼龙材料制造技术

本发明专利技术涉及一种多层改性浇铸尼龙材料，其包括耐磨层、增韧层和增强层中的至少两层；所述耐磨层的材质为耐磨浇铸尼龙；所述增韧层的材质为增韧浇铸尼龙；所述增强层的材质为增强浇铸尼龙。该多层改性浇铸尼龙材料在不同层面具有不同的性能，能够满足零件不同使用位置对不同性能的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及属于高分子材料领域，具体涉及一种多层改性浇铸尼龙材料及其制备方法。
技术介绍
随着化学工业和机械工业的发展，尼龙等工程塑料在国民建设生产中的用量日益增多，一些关键的金属零部件逐步被低密度、高性能、低价格的尼龙材料零件替代，使产品的性能提高，重量、成本大幅减低，从而推动了“以塑代钢”的快速发展。浇铸尼龙，又称MC尼龙或单体浇铸尼龙，英文名称为Monomer Cast Nylon。浇铸尼龙是将熔融的原料已内酰胺单体用碱性物质作催化剂，与活化剂等助剂一起制成待聚单体，直接注入预热的模具中，物料在模具快速聚合反应获得的一种尼龙材料。通过快速聚合，使浇铸尼龙的分子量比普通尼龙大幅提升，减少了缺陷，提升尼龙材料的性能。而随着工业技术水平的发展进步，人们对浇铸尼龙性能的要求越来越高。例如，要求其具有较好的耐磨性、强度、韧性、抗老化性、耐热性、尺寸稳定性等。性能单一的纯浇铸尼龙已经难以满足当前工业技术的要求了。为提高浇铸尼龙的性能，人们对浇铸尼龙进行了多种改性处理，例如通过加入填料来改善浇铸尼龙的某项性能。通过添加减摩耐磨的固体颗粒润滑剂(石墨、MoS2等)，可以降低浇铸尼龙的摩擦系数，提高其耐磨性；通过添加各种纤维(碳纤维、玻璃纤维等)，可以提高浇铸尼龙的强度；通过添加纳米化合物颗粒(纳米Al2O3，纳米TiO2
等)或者弹性体(PP、SBS等)，可以改善浇铸尼龙的冲击韧性。然而，采用上述方法改善浇铸尼龙的某一项性能时，可能会导致其它性能的下降。例如，加入颗粒润滑剂改善减摩耐磨性能时，可能会导致材料韧性下降。加入玻璃纤维提高材料强度时，也可能会导致材料韧性的下降。若同时向浇铸尼龙中加入多种填料，可能会提高多项性能。但是，加入的填料越多，材料体系越复杂，设计难度越高，不仅会增加成本，还可能会降低材料的性能稳定性和可靠性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的一项或多项问题，本专利技术的一个目的是提供一种多层改性浇铸尼龙材料，本专利技术的又一个目的是提供一种由上述多层改性浇铸尼龙材料制成的零件，本专利技术的再一个目的是提供一种制备上述多层改性浇铸尼龙材料的方法。为此，本专利技术第一方面提供一种多层改性浇铸尼龙材料，其包括选自耐磨层、增韧层和增强层中的至少两层，所述耐磨层的材质为耐磨浇铸尼龙，所述增韧层的材质为增韧浇铸尼龙，所述增强层的材质为增强浇铸尼龙；优选地，所述耐磨浇铸尼龙、增韧浇铸尼龙、增强浇铸尼龙各自独立地通过选自下列改性方法中的一种或多种对浇铸尼龙进行改性制备得到：共聚改性、共混改性、填充改性、化学改性；优选地，所述耐磨层、增韧层或增强层之间通过逐层浇铸(例如逐层离心浇铸)的方法复合；优选地，所述多层浇铸尼龙材料的各层依次为耐磨层和增强层，或者依次为耐磨层和增韧层，或者依次为耐磨层、增强层和增韧层。所述的多层改性浇铸尼龙材料可以根据性能应用需要进行多种改性层的自由组合，如“耐磨层+增强层”组合应用于高载荷高耐磨的零件，“耐磨层+增韧层”组合应用于弹性密封耐磨零件和减震耐磨零件，“耐磨层+增韧层+增强层”组合应用于内部耐磨，外部高强，
芯部有一定韧性的零件。在一个实施方案中，本专利技术前述任一项的多层改性浇铸尼龙材料，所述耐磨浇铸尼龙中含有(例如填充有)耐磨改性剂，优选地，所述耐磨改性剂为固体润滑剂和/或液体润滑剂；所述固体润滑剂可以为石墨颗粒和/或MoS2颗粒；所述液体润滑剂可以为选自基础油、矿物油、润滑油和润滑脂中的一种或多种(例如选自聚二乙二醇醚基础润滑油脂、全氟醚基础润滑油脂、聚乙二醇润滑油脂和聚烯烃基础润滑油脂中的一种或多种)。在一个具体的实施方案中，本专利技术所述耐磨浇铸尼龙具有以下一项或多项性能指标：a)磨损量≤4mg，优选≤3mg，更优选≤2mg；b)摩擦系数≤0.5，优选≤0.4，更优选≤0.3。在一个具体的实施方案中，本专利技术所述的耐磨浇铸尼龙由己内酰胺、催化剂、活化剂和耐磨改性剂制成。其中己内酰胺和耐磨改性剂的质量比优选为100:3～15。在一个实施方案中，本专利技术前述任一项的多层改性浇铸尼龙材料，所述增强浇铸尼龙中含有(例如填充有)增强改性剂，所述增强改性剂优选为纤维和/或晶须，纤维或晶须的直径优选为1～4μm，长度优选为50～200μm；优选地，纤维选自碳纤维、玻璃纤维和碳纳米管中的一种或多种；优选地，晶须选自有机晶须和/或无机晶须，例如选自纤维素晶须、聚4-羟基苯甲酸脂晶须、聚丙烯酸丁酯-苯乙烯晶须、石墨晶须和聚钛酸钾晶须中的一种或多种；优选地，所述增强改性剂经过表面处理剂处理，所述表面处理剂可以选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂的一种或多种。在一个具体的实施方案中，本专利技术所述的所述增强浇铸尼龙具有以下一项或多项性能指标：c)拉伸强度≥70MPa，优选≥90MPa，更优选≥110MPa；d)弯曲强度≥90MPa，优选≥110MPa，更优选≥130MPa；e)压缩强度≥80MPa，优选≥100MPa，更优选≥120MPa。在一个具体的实施方案中，本专利技术所述的增强浇铸尼龙由己内酰胺、催化剂、活化剂和增强改性剂制成。其中己内酰胺和增强改性剂的质量比优选为100:10～20。在一个实施方案中，本专利技术前述任一项的多层改性浇铸尼龙材料，所述增韧浇铸尼龙中含有(例如填充有)增韧改性剂，所述增韧改性剂优选为纳米颗粒和/或弹性体，纳米颗粒的粒径优选为20～50nm，弹性体的粒径优选为0.2～0.5μm；优选地，所述纳米颗粒选自纳米Al2O3、纳米TiO2、纳米SiO2、纳米氧化锆和纳米碳酸钙的一种或多种；优选地，所述纳米氧化锆或纳米碳酸钙为经钛酸酯改性处理的纳米氧化锆或纳米碳酸钙，所述钛酸酯的用量优选为纳米氧化锆或纳米碳酸钙重量的0.5％～3％(例如2.5％)；优选地，所述弹性体优选为热塑性弹性体，例如可以选自PP、POE、POE-g-GMA、EVA、EVA-g-MAH、EPDM、SBS和EPR的一种或多种。在一个具体的实施方案中，本专利技术所述的所述增韧浇铸尼龙具有以下一项或多项性能指标：f)断裂伸长率≥20％，优选≥40％，更优选≥60％；g)冲击强度≥10KJ/m2，优选≥12KJ/m2，优选≥14KJ/m2。在一个具体的实施方案中，本专利技术所述的增韧浇铸尼龙由己内酰胺、催化剂、活化剂和增韧改性剂制成。其中己内酰胺和增韧改性剂的质量比优选为100:10～20。在一个优选的实施方案中，本专利技术前述任一项的多层改性浇铸尼龙材料，其中所述的己内酰胺、催化剂和活化剂的质量比优选为100:0.2～0.5:0.2～0.5。优选地，所述催化剂为碱性物质，优选选自碱金属、碱土金属、金属氧化物或衍生物的一种或多种，更优选选自NaOH、KOH、乙醇钠、甲醇钠的一种或多种。优选地，所述的活化剂选自异氰酸酯，优选选自芳香族异氰酸酯或脂肪族异氰酸酯的一种或多种，更优选选自甲苯二异氰酸酯(TDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)中的一种或多种。在一个优选的实施方案中，本专利技术中所述的增强浇铸尼龙、增韧浇铸尼龙或耐磨浇铸尼龙中还可以分别含有相容剂。相容剂可以让改性剂更好地分散在尼龙材料中。优选地，相容剂可以为橡塑弹性体的接枝共聚物，如POE-g-MAH、SEBS-g-MAH、POE-g-GMA、EP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层改性浇铸尼龙材料，其包括选自耐磨层、增韧层和增强层中的至少两层，所述耐磨层的材质为耐磨浇铸尼龙，所述增韧层的材质为增韧浇铸尼龙，所述增强层的材质为增强浇铸尼龙。

【技术特征摘要】
1.一种多层改性浇铸尼龙材料，其包括选自耐磨层、增韧层和增强层中的至少两层，所述耐磨层的材质为耐磨浇铸尼龙，所述增韧层的材质为增韧浇铸尼龙，所述增强层的材质为增强浇铸尼龙。2.根据权利1的多层改性浇铸尼龙材料，其中所述耐磨浇铸尼龙、增韧浇铸尼龙、增强浇铸尼龙各自独立地通过选自下列改性方法中的一种或多种对浇铸尼龙进行改性制备得到：共聚改性、共混改性、填充改性、化学改性。3.根据权利1或2的多层改性浇铸尼龙材料，其中所述耐磨层、增韧层或增强层之间通过逐层浇铸(例如逐层离心浇铸)的方法复合。4.根据权利1至3任一项的多层改性浇铸尼龙材料，其中所述多层浇铸尼龙材料的各层依次为耐磨层和增强层，或者依次为耐磨层和增韧层，或者依次为耐磨层、增强层和增韧层。5.根据权利1至4任一项的多层改性浇铸尼龙材料，所述耐磨浇铸尼龙中含有(例如填充有)耐磨改性剂，优选地，所述耐磨改性剂为固体润滑剂和/或液体润滑剂；优选地，所述固体润滑剂为石墨颗粒和/或MoS2颗粒；优选地，所述液体润滑剂为选自基础油、矿物油、润滑油和润滑脂中的一种或多种(例如选自聚二乙二醇醚基础润滑油脂、全氟醚基础润滑油脂、聚乙二醇润滑油脂和聚烯烃基础润滑油脂中的一种或多种)；优选地，耐磨浇铸尼龙由己内酰胺、催化剂、活化剂和耐磨改性剂制成，优选地，己内酰胺和耐磨改性剂的质量比优选为100:3～15。6.根据权利5的多层改性浇铸尼龙材料，其中所述的耐磨浇铸尼龙具有以下一项或多项性能指标：a)磨损量≤4mg，优选≤3mg，更优选≤2mg；b)摩擦系数≤0.5，优选≤0.4，更优选≤0.3。7.根据权利1至6任一项的多层改性浇铸尼龙材料，所述增强浇铸尼龙中含有(例如填充有)增强改性剂，优选地，所述增强改性剂优选为纤维和/或晶须，纤维或晶须的直径优选为1～4μm，长度优选为50～200μm；优选地，纤维选自碳纤维、玻璃纤维和碳纳米管中的一种或多种；优选地，晶须选自有机晶须和/或无机晶须，例如选自纤维素晶须、聚4-羟基苯甲酸酯晶须、聚丙烯酸丁酯-苯乙烯晶须、石墨晶须和聚钛酸钾晶须中的一种或多种；优选地，所述增强改性剂经过表面处理剂处理，所述表面处理剂可以选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂的一种或多种；优选地，增强浇铸尼龙由己内酰胺、催化剂、活化剂和增强改性剂制成；优选地，己内酰胺和增强改性剂的质量比优选为100:10～20。8.根据权利7的多层改性浇铸尼龙材料，其中所述增强浇铸尼龙具有以下一项或多项性能指标：c)拉伸强度≥70MPa，优选≥90MPa，更优选≥110MPa；d)弯曲强度≥90MPa，优选≥110MPa，更优选≥130MPa；e)压缩强度≥80MPa，优选≥100MPa，更优选≥120MPa。9.根据权利1至8任一项的多层改性浇铸尼龙材料，所述增韧浇铸尼龙中含有(例如填充有)增韧改性剂，优选地，所述增韧改性剂优选为纳米颗粒和/或弹性体，纳米颗粒的粒径优选为20～50nm，弹性体的粒径优选为0.2～0.5μm；优选地，所述纳米颗粒选自纳米Al2O3、纳米TiO2、纳米SiO2、纳米氧化锆和纳米碳酸钙中的一种或多种；优选地，所述纳米氧化锆或纳米碳酸钙为经钛酸酯改性处理的纳米氧化锆或纳米碳酸钙，所述钛酸酯的用量优选为纳米氧化锆或纳米碳酸钙重量的0.5％～3％(例如2.5％)；优选地，所述弹性体优选为热塑性弹性体，例如可以选自PP、POE、EVA、POE-g-GMA、EVA-g-MAH、EPDM、SBS和EPR中
\t的一种或多种；优选地，增韧浇铸尼龙由己内酰胺、催化剂、活化剂和增韧改性剂制成；优选地，己内酰胺和增韧改性剂的质量比优选为100:10...

【专利技术属性】
技术研发人员：文军，李毅，朱迎松，袁松，
申请(专利权)人：徐工集团工程机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32