一种耐磨抗静电型聚酰胺复合材料及其制备方法技术

一种耐磨抗静电型聚酰胺复合材料及其制备方法，由聚酰胺基体、耐磨料、填料、增韧相容剂、改性石墨烯、碳纤维、分散剂和抗氧化剂组成，耐磨填料由改性六方氮化硼微片和碳化硅胶囊混合而成，填料由二氧化钛、炭黑和玻璃粉混合而成，增韧相容剂为POE‑g‑MAH，改性石墨烯为氧化石墨烯经六氯环三磷腈处理；改性六方氮化硼微片和碳化硅胶囊的协同作用提高复合材料的耐磨性，利用改性石墨烯、碳纤维和炭黑桥接成导电通路使复合材料具有抗静电效果，利用本发明专利技术制备的增韧相容剂提高复合材料的韧性和添加料与聚酰胺基体的界面结合力，本发明专利技术制备工艺简单，制备的聚酰胺复合材料具有高耐磨、高分散性和抗静电效果。

Abrasion resistant antistatic polyamide composite material and preparation method thereof

A wear resistant antistatic polyamide composite material and a preparation method thereof, a polyamide matrix, wear-resistant material, filler, compatibilizer, toughening modification of graphene, carbon fiber, dispersant and antioxidant composition, wear-resistant filler is composed of modified six boron nitride and silicon carbide film micro capsule filler mixture, including titanium dioxide, carbon black and the glass powder mixture, toughening compatibilizer for POE g MAH modified graphene graphene oxide by three phosphazene hexachloride; synergistic effect of modified six boron nitride and silicon carbide film micro capsule to improve the wear resistance of the composites, using modified graphene, carbon fiber and carbon black bridging into conductive path makes composite have antistatic effect, by toughening the prepared compatibilizer to improve the toughness of the composite and the binding force of the additives and the polyamide matrix interface, prepared by the invention. The polyamide composite material prepared by the utility model has the advantages of high abrasion resistance, high dispersibility and antistatic effect.

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨抗静电型聚酰胺复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料耐磨
，具体说的是一种耐磨导电型聚酰胺复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚酰胺是一种优良的工程塑料，具有较高的强度及优良的耐热性、耐腐蚀性、耐磨性、和加工流动性等优点。在汽车、电子、电气设备、机械部件、交通器材等方面得到了广泛应用。随着汽车的小型化、电子电气设备的高性能化、机械设备轻量化的进程加快，对尼龙的需求将更高更大。特别是尼龙作为结构性材料，对其强度、耐磨性、耐热性、耐寒性、导电性等方面提出了很高的要求。尼龙的固有缺点也是限制其应用的重要因素，特别是对于PA6、PA66两大品种来说，由于PA强极性的特点，吸湿性强，尺寸稳定性差，但可以通过改性来改善。现有技术中主要采用在尼龙材料中添加增韧剂复配的方式来对尼龙进行改性，但是各种材料混合后，各组分共融过程中分散性不佳，各组分间相容性差，强度、韧性、抗腐蚀性不足，材料成本较高，脱模困难，表面光泽度差，加工性能不好，产品质量不稳定，针对于尼龙的耐磨性，主要通过添加三硫化钼、聚四氟乙烯等来实现，但是单独采用一种，磨耗的增加以及硬度的增加都很难达到要求，如果两者同时加入，增加材料的制造困难，并且材料很难相容。因此，本专利技术就是针对现有技术的不足，采用的一种全新配方，和特定工艺，对尼龙进行的改性。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的缺陷，提供一种具有高耐磨、高分散性、抗静电聚酰胺复合材料及其制备方法。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案为：一种耐磨抗静电型聚酰胺复合材料，按重量比，由聚酰胺基体60-70份、耐磨料8-13份、填料10-15份、增韧相容剂13-18份、改性石墨烯3-7份、碳纤维8-12份、分散剂1-3份和抗氧化剂0.5-1份组成；所述的耐磨料由重量比为1:5-6的改性六方氮化硼微片和碳化硅胶囊混合而成；所述的填料由重量比为3:2:2的二氧化钛、炭黑和玻璃粉混合而成；所述的聚酰胺基体为PA66，所述的增韧相容剂为POE接枝马来酸酐，所述的改性石墨烯为氧化石墨烯经六氯环三磷腈处理，二者重量比为1:10-15；所述的碳纤维为6K碳纤维，使用前首先将碳纤维在丙酮中70℃恒温水浴条件下浸泡24h，然后室温条件下在浓度为65%的浓硝酸中浸泡40min，用去离子水洗去表面残液，然后在450-500℃烘箱中空气氧化处理1h，所述的改性六方氮化硼微片由市售六方氮化硼微片与硅烷偶联剂按照重量比100:2混合而成。所述的增韧相容剂POE接枝马来酸酐制备步骤为，首先按照比例1g：5-8ml将块状马来酸酐用过氧化二异丙苯和苯丙酮混合液溶解，其中混合液过氧化二异丙苯和苯丙酮体积比为3:1，溶解温度50-60℃；然后按照比例25-30g:1-1.5ml:0.5-0.8ml，将POE、马来酸酐溶解液和甲基丙烯酸缩水甘油酯加入混和机，混合温度80-90℃，混合时间为1-1.5h；然后将混合料加入双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，挤出机的加热区段分为4段，加工温度分别设定为160℃、175℃、180℃、170℃。所述的碳化硅胶囊，其制备的步骤为：首先将碳化硅用表面改性液处理，二者比例为1g：8-10ml，其中表面处理液由硅烷偶联剂、稀土偶联剂和乙醇按照1.5g：1g：8ml混合而成；然后按照重量比15:0.1-0.3在改性碳化硅中加入石蜡油，搅拌20-30min，再加入相对于碳化硅质量1-1.5倍的聚四氟乙烯，加热搅拌，搅拌速度为300-400r/min，待聚四氟乙烯熔融全部包覆碳化硅后，自然降温，继续搅拌，搅拌速度为600-700r/min，搅拌时间1-1.5h。所述的改性六方氮化硼微片，首先按照1g：5-8ml的比例将市售六方氮化硼微片加入3-5mol/L的三水醋酸钠水溶液中，超声1.5-2h后，过滤、烘干，然后再与硅烷偶联剂按照重量比100:2混合而成改性六方氮化硼微片。上述耐磨抗静电型聚酰胺复合材料，其制备方法首先按照上述比例称取原料并对原料进行改性处理，然后用混合物料，最后将混合物料加入双螺杆挤出机熔融混合挤出，得到最终复合材料，其特征在于：所述的对原料进行改性处理是将市售氧化石墨烯置于去离子水中，二者比例为1g/10mL，超声处理1h，然后用二乙醇胺和稀盐酸调节PH至1-2，室温搅拌48h，再用无水乙醇和去离子水将反应产物洗涤至中性，50oC真空干燥24h；（2）取（1）中干燥后的产物，加入适量的四氢呋喃，超声1h，然后在无水无氧、冰水浴条件下搅拌1.5h，搅拌速度300-400r/min，然后按照上述比例加入六氯环三磷腈搅拌溶解后，再加入六氯环三磷腈质量的2.5倍的三乙胺，搅拌2h，搅拌速度500-600r/min，反应过程中间隔30min超声一次；（3）反应结束后，离心去除反应液，用三氯甲烷离心洗涤3次至质量不在减少，然后再用四氢呋喃离心洗涤3次至质量不变，最后将离心产物40℃真空干燥，得到改性石墨烯。按上述比例，首先将耐磨料、填料、改性石墨烯和分散剂加入混合机，混合20-30min，然后再加入聚酰胺基体、增韧相容剂和抗氧化剂，混合30min，最后将混合均匀的混合料加入双螺杆挤出机，碳纤维从挤出机侧喂料口加入，螺杆转速为300~350r/min，挤出机机筒内温度设置为：一区255-260℃、二区260-265℃、三区265-270℃、四区270-275℃，混合料通过双螺杆挤出机熔融混合挤出，制得耐磨抗静电型聚酰胺复合材料。本专利技术中，所述的聚酰胺基体为PA66，所述的六方氮化硼为高纯六方氮化硼，纯度大于99.5wt%，粒度0.5μm；所述的碳化硅，粒度500纳米；所述的二氧化钛比表面积为50m2/g,平均粒径为20-30nm；所述的炭黑为乙炔炭黑，粒径为30-50nm，电阻率小于3.0；所述的玻璃粉平均粒径2.5μm，比重2.7g/ml；所述的6K碳纤维表示一束碳纤维中有6000根单丝，市售，抗拉强度500Kgf/mm2，断裂伸长率1.8%；所述的分散剂为silok-7160，所述的抗氧化剂为硫代酯类抗氧化剂。本专利技术中采用改性六方氮化硼微片和碳化硅胶囊作为复合材料的耐磨料，六方氮化硼具有类似石墨的层状结构，有良好的润滑性，耐热性高，摩擦系数为0.16，是良好的耐磨材料，通过其表面改性能够提高其在PA66基体中的分散性和界面结合强度，此外由于其具有独特的类石墨层状结构，通过超声可以让其先入三水醋酸钠溶液处理，进一步提高其潜热储能性能，然后再被硅烷偶联剂改性。碳化硅化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小，具有广泛的用途，其硬度很大,莫氏硬度达到9.5级，仅次金刚石，是良好的耐磨料，本专利技术中对其改性将其制成胶囊结构，其表层裹附一层石蜡和聚四氟乙烯，表层聚四氟乙烯具有良好的润滑性，能够提高摩擦强度，石蜡其熔点低能够吸收摩擦过程产生的摩擦热，将三者制成胶囊结构，利用三种材料的协同性能充分提高材料的耐磨性能。氧化石墨烯通过改性后，表面活性降低，大大提高其在PA66基体中分散性和界面结合强度，同时与碳纤维在PA66基体中搭建三维网络，三维网络一方面具有良好的应力传递性能，另一方面形成导电通路，提高复合材料的力学强度和抗静电性能。所采用的填料采用二氧化钛、炭黑和玻璃粉，利用二氧化钛的具有很高的化学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐磨抗静电型聚酰胺复合材料，其特征在于：按重量比，由聚酰胺基体60‑70份、耐磨料8‑13份、填料10‑15份、增韧相容剂13‑18份、改性石墨烯3‑7份、碳纤维8‑12份、分散剂1‑3份和抗氧化剂0.5‑1份组成；所述的耐磨料由重量比为1:5‑6的改性六方氮化硼微片和碳化硅胶囊混合而成；所述的填料由重量比为3:2:2的二氧化钛、炭黑和玻璃粉混合而成；所述的聚酰胺基体为PA66，所述的增韧相容剂为POE接枝马来酸酐，所述的改性石墨烯为氧化石墨烯经六氯环三磷腈处理，二者重量比为1:10‑15；所述的碳纤维为6K碳纤维，使用前首先将碳纤维在丙酮中70℃恒温水浴条件下浸泡24h，然后室温条件下在浓度为65%的浓硝酸中浸泡40min，用去离子水洗去表面残液，然后在450‑500℃烘箱中空气氧化处理1h，所述的改性六方氮化硼微片由市售六方氮化硼微片与硅烷偶联剂按照重量比100:2混合而成。

【技术特征摘要】
1.一种耐磨抗静电型聚酰胺复合材料，其特征在于：按重量比，由聚酰胺基体60-70份、耐磨料8-13份、填料10-15份、增韧相容剂13-18份、改性石墨烯3-7份、碳纤维8-12份、分散剂1-3份和抗氧化剂0.5-1份组成；所述的耐磨料由重量比为1:5-6的改性六方氮化硼微片和碳化硅胶囊混合而成；所述的填料由重量比为3:2:2的二氧化钛、炭黑和玻璃粉混合而成；所述的聚酰胺基体为PA66，所述的增韧相容剂为POE接枝马来酸酐，所述的改性石墨烯为氧化石墨烯经六氯环三磷腈处理，二者重量比为1:10-15；所述的碳纤维为6K碳纤维，使用前首先将碳纤维在丙酮中70℃恒温水浴条件下浸泡24h，然后室温条件下在浓度为65%的浓硝酸中浸泡40min，用去离子水洗去表面残液，然后在450-500℃烘箱中空气氧化处理1h，所述的改性六方氮化硼微片由市售六方氮化硼微片与硅烷偶联剂按照重量比100:2混合而成。2.根据权利要求1所述的一种耐磨抗静电型聚酰胺复合材料，其特征在于：所述的增韧相容剂POE接枝马来酸酐制备步骤为，首先按照比例1g：5-8ml将块状马来酸酐用过氧化二异丙苯和苯丙酮混合液溶解，其中混合液过氧化二异丙苯和苯丙酮体积比为3:1，溶解温度50-60℃；然后按照比例25-30g:1-1.5ml:0.5-0.8ml，将POE、马来酸酐溶解液和甲基丙烯酸缩水甘油酯加入混和机，混合温度80-90℃，混合时间为1-1.5h；然后将混合料加入双螺杆挤出机熔融共混，挤出造粒，挤出机的加热区段分为4段，加工温度分别设定为160℃、175℃、180℃、170℃。3.根据权利要求1所述的一种耐磨抗静电型聚酰胺复合材料，其特征在于：所述的碳化硅胶囊，其制备的步骤为：首先将碳化硅用表面改性液处理，二者比例为1g：8-10ml，其中表面处理液由硅烷偶联剂、稀土偶联剂和乙醇按照1.5g：1g：8ml混合而成；然后按照重量比15:0.1-0.3在改性碳化硅中加入石蜡油，搅拌20-30min，再加入相对于碳化硅质量1-1.5倍的聚四氟乙烯，加热搅拌，搅拌速度为300-400r/min，...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛永平，刘任晖，杜三明，张军凯，蔡俊青，张永振，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41