一种碳纤维增强聚酰胺齿轮专用料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种碳纤维增强聚酰胺齿轮专用料及其制备方法，所述碳纤维增强聚酰胺齿轮专用料包括如下重量份的组分：聚酰胺100重量份、碳纤维30～60重量份、耐磨剂3～10重量份、界面增强剂3～10重量份、偶联剂3～10重量份、分散润滑剂1～5重量份、抗氧剂2～6重量份。本发明碳纤维增强聚酰胺齿轮专用料根据纺织器材行业零部件配备需求而制备，具有优良的弯曲强度、弯曲模量等机械性能，可用于注塑成型。

说明书

技术领域

本发明涉及改性工程塑料中的聚酰胺组合物，属于高分子材料技术领域，具体涉及采用碳纤维对聚酰胺增强改性而获得的一种碳纤维增强聚酰胺齿轮专用料及其制备方法。

背景技术

碳纤维是一种含碳元素占总质量90%以上的工业化纤维，是高分子纤维在惰性气体环境中经高温炭化而生成的、具有强度高、模量高、耐温高、耐腐蚀、耐疲劳、耐蠕变、易导电、易传热、低密度等特性。

聚酰胺(Polyamide、缩写为PA)是一类分子主链上含有酰胺基团-〔NHCO〕-并按一定规律重复的聚合物，这类聚合物多为半透明或乳白色结晶性树脂，一般具有良好的的机械性能、耐磨性能、耐化学药品性能、自润滑性能、电绝缘性能、耐候性能。

碳纤维增强聚酰胺是一类采用碳纤维作为聚酰胺的增强剂而制取的高刚性和高强度工业复合材料，除了具有优异的机械强度和力学性能外,还具有良好的耐摩擦性、自润滑性、导电传热性、加工流动性、尺寸稳定性。鉴于碳纤维增强聚酰胺所具有的优良特性可替代金属或合金应用于汽车制造、航天航空、化工机械、纺织器材、体育用品、电子电气、家用电器、医疗器械等多个领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种碳纤维增强聚酰胺齿轮专用料，该碳纤维增强聚酰胺齿轮专用料根据纺织器材行业零部件配备需求而制备，具有优良的弯曲强度、弯曲模量等机械性能，可用于注塑成型。

本发明所要解决的技术问题还在于提供上述的碳纤维增强聚酰胺齿轮专用料的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种碳纤维增强聚酰胺齿轮专用料，其包括如下重量份的组分：

所述聚酰胺(PA)是采用缩合反应或开环反应制得的聚己内酰胺(PA6)、聚辛酰胺(PA8)、聚9-氨基壬酸(PA9)、聚十一酰胺(PA11)、聚十二酰胺(PA12)、聚己二酰己二胺(PA66)、聚癸二酰己二胺(PA610)、聚十二烷二酰己二胺(PA612)和聚癸二酸癸二胺(PA1010)中的至少一种。优选的是，所述聚酰胺(PA)是聚己内酰胺(PA6)、聚十二酰胺(PA12)、聚己二酰己二胺(PA66)和聚癸二酸癸二胺(PA1010)中的至少一种。更优选的是，所述聚酰胺(PA)是聚己内酰胺(PA6)、聚己二酸己二胺(PA66)中的至少一种。

所述碳纤维为沥青基连续长碳纤维、聚丙烯腈基连续长碳纤维、粘胶基连续长碳纤维、酚醛基连续长碳纤维和木质素基连续长碳纤维中的至少一种。优选的是，所述碳纤维为沥青基连续长碳纤维、聚丙烯腈基连续长碳纤维中的至少一种。更优选的是，所述碳纤维为聚丙烯腈基连续长碳纤维。

所述耐磨剂为聚四氟乙烯微粉、聚硅氧烷微粉、二硫化钼微粉和胶体石墨微粉中的至少一种。优选的是，所述耐磨剂为聚硅氧烷微粉、二硫化钼微粉中的至少一种。更优选的是，所述耐磨剂为二硫化钼微粉。

所述界面增强剂为酚醛型缩水甘油醚、双酚A型缩水甘油醚、双酚F型缩水甘油醚、双酚S型缩水甘油醚和邻甲酚型缩水甘油醚中的至少一种。优选的是，所述耐磨剂为双酚A型缩水甘油醚、双酚F型缩水甘油醚中的至少一种。更优选的是，所述耐磨剂为双酚A型缩水甘油醚。

所述偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙磷酰氧)丙基三甲氧基硅烷、n-丙基三甲氧基硅烷和n-甲基-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。优选的是，所述偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙磷酰氧)丙基三甲氧基硅烷和n-丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。更优选的是，所述偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、n-丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

所述分散润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、酰胺蜡、酯化蜡、褐煤蜡、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸锌离子共聚物和乙烯-丙烯酸钠离子共聚物中的至少一种。优选的是，所述分散润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、酰胺蜡、酯化蜡和乙烯-丙烯酸共聚物中的至少一种。更优选的是，所述分散润滑剂为硬脂酸锌、酰胺蜡中的至少一种。

所述抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、四[β－(3’,5’－二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、二苯基烷基亚磷酸酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯、双异癸氧基季戊四醇二亚磷酸酯、（2，4二叔丁基苯基）亚磷酸三酯、双（2,4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的至少一种。优选的是，所述抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、四[β－(3’,5’－二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、（2，4二叔丁基苯基）亚磷酸三酯、双（2,4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种。更优选的是，所述抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、双（2,4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案还包括，一种碳纤维增强聚酰胺齿轮专用料的制备方法，包括如下步骤:

(1).将各组分按照所述重量份数称取；

(2).将所述步骤(1)称取的聚酰胺置于105～115℃鼓风干燥3～4h，所述步骤(1)称取的碳纤维置于400±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；

(3).将所述步骤(1)称取的耐磨剂、界面增强剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及所述步骤(2)处理后的聚酰胺置于高速搅拌机中，于600～900转/分钟下高速搅拌10～15分钟，待所述物料混合均匀后放料；

(4).将所述步骤(3)混匀后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度在230～265℃、转速在180～240转/分钟状态下运转，所述步骤(2)处理后的碳纤维由第二加料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。

综上所述，本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明碳纤维增强聚酰胺齿轮专用料根据纺织器材行业零部件配备需求而制备，具有优良的弯曲强度、弯曲模量等机械性能，可用于注塑成型。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不局限于以下实施例，基于本发明的变化同样在保护范围内。

在下列实施例中，碳纤维增强聚酰胺齿轮专用料所需各组分均从市场购得，其中聚酰胺中聚己二酸己二胺采用Rhodia公司的TechnylA205F或BASF公司的Ultramid A3K、聚己内酰胺采用ZIG SHENG公司的ZISAMIDE TP4407或KuibyshevAzot公司的Volgamid27，碳纤维采用TORAY公司的TORAYCA T300、耐磨剂采用DOW公司的Molykote Z。界面增强剂采用BLUESTAR公司的0161L，偶联剂采用DIAMOND公司的DB560和JUCHENGZHAOYE公司的JH-N313，分散润滑剂采用Clariant公司的Licolu FA1和TARENESE公司的FT-108，抗氧剂采用TIANSHI公司的1098N和PL-34。

实施例1，

聚己二酸己二胺85份、聚己内酰胺15份、碳纤维42份、耐磨剂(Molykote Z)6份、界面增强剂(0161L)4份、偶联剂(DB560)3份、偶联剂(JH-N313)2份、分散润滑剂(Licolu FA1)2份、分散润滑剂(FT-108)1份、抗氧剂(1098N)2份、抗氧剂(PL-34)3份。

制备方法是：将各组分按照上述重量份数称取；将称取的聚己二酸己二胺、聚己内酰胺置于105～115℃鼓风干燥3～4h，所述称取的碳纤维置于400±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；将称取的所述耐磨剂、界面增强剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及鼓风处理后的聚己二酸己二胺和聚己内酰胺，置于高速搅拌机中，于750转/分钟下高速搅拌12分钟待物料混合均匀后放料。再将混匀后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度在230～265℃、转速在210转/分钟状态下运转，热处理后的碳纤维由第二加料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。

实施例2

聚己二酸己二胺80份、聚己内酰胺20份、碳纤维42份、耐磨剂(Molykote Z)6份、界面增强剂(0161L)4份、偶联剂(DB560)3份、偶联剂(JH-N313)2份、分散润滑剂(Licolu FA1)2份、分散润滑剂(FT-108)1份、抗氧剂(1098N)2份、抗氧剂(PL-34)3份。

制备方法是：将各组分按照上述重量份数称取；将称取的聚己二酸己二胺和聚己内酰胺置于105～115℃鼓风干燥3～4h，所述称取的碳纤维置于400±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；将称取的所述耐磨剂、界面增强剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及鼓风处理后的聚己二酸己二胺和聚己内酰胺，置于高速搅拌机中，于750转/分钟下高速搅拌12分钟待物料混合均匀后放料。再将混匀后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度在230～265℃、转速在210转/分钟状态下运转，热处理后的碳纤维由第二加料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。

实施例3

聚己二酸己二胺85份、聚己内酰胺15份、碳纤维55份、耐磨剂(Molykote Z)8份、界面增强剂(0161L)5份、偶联剂(DB560)3份、偶联剂(JH-N313)2份、分散润滑剂(Licolu FA1)2份、分散润滑剂(FT-108)1份、抗氧剂(1098N)2份、抗氧剂(PL-34)3份。

制备方法是：将各组分按照上述重量份数称取；将称取的聚己二酸己二胺和聚己内酰胺置于105～115℃鼓风干燥3～4h，所述称取的碳纤维置于400±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；将称取的所述耐磨剂、界面增强剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及鼓风处理后的聚己二酸己二胺和聚己内酰胺，置于高速搅拌机中，于800转/分钟下高速搅拌10分钟待物料混合均匀后放料。再将混匀后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度在230～265℃、转速在200转/分钟状态下运转，热处理后的碳纤维由第二加料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。

实施例4

聚己二酸己二胺80份、聚己内酰胺20份、碳纤维55份、耐磨剂(Molykote Z)8份、界面增强剂(0161L)5份、偶联剂(DB560)3份、偶联剂(JH-N313)2份、分散润滑剂(Licolu FA1)2份、分散润滑剂(FT-108)1份、抗氧剂(1098N)2份、抗氧剂(PL-34)3份。

制备方法是：将各组分按照上述重量份数称取；将称取的聚己二酸己二胺和聚己内酰胺置于105～115℃鼓风干燥3～4h，所述称取的碳纤维置于400±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；将称取的所述耐磨剂、界面增强剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及鼓风处理后的聚己二酸己二胺和聚己内酰胺，置于高速搅拌机中，于800转/分钟下高速搅拌10分钟待物料混合均匀后放料。再将混匀后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度在230～265℃、转速在200转/分钟状态下运转，热处理后的碳纤维由第二加料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。

实施例5

聚己二酸己二胺90份、聚己内酰胺10份、碳纤维42份、耐磨剂(Molykote Z)7份、界面增强剂(0161L)5份、偶联剂(DB560)3份、偶联剂(JH-N313)2份、分散润滑剂(Licolu FA1)2份、分散润滑剂(FT-108)1份、抗氧剂(1098N)2份、抗氧剂(PL-34)3份。

制备方法是：将各组分按照上述重量份数称取；将称取的聚己二酸己二胺和聚己内酰胺置于105～115℃鼓风干燥3～4h，所述称取的碳纤维置于400±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；将称取的所述耐磨剂、界面增强剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及鼓风处理后的聚己二酸己二胺和聚己内酰胺，置于高速搅拌机中，于700转/分钟下高速搅拌10分钟待物料混合均匀后放料。再将混匀后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度在230～265℃、转速在210转/分钟状态下运转，热处理后的碳纤维由第二加料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。

实施例6

聚己二酸己二胺90份、聚己内酰胺10份、碳纤维55份、耐磨剂(Molykote Z)7份、界面增强剂(0161L)5份、偶联剂(DB560)3份、偶联剂(JH-N313)2份、分散润滑剂(Licolu FA1)2份、分散润滑剂(FT-108)1份、抗氧剂(1098N)2份、抗氧剂(PL-34)3份。

制备方法是：将各组分按照上述重量份数称取；将称取的聚己二酸己二胺和聚己内酰胺置于105～115℃鼓风干燥3～4h，所述称取的碳纤维置于400±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；将称取的所述耐磨剂、界面增强剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及鼓风处理后的聚己二酸己二胺和聚己内酰胺，置于高速搅拌机中，于700转/分钟下高速搅拌10分钟待物料混合均匀后放料。再将混匀后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度在230～265℃、转速在210转/分钟状态下运转，热处理后的碳纤维由第二加料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。

实施例7

聚己二酸己二胺95份、聚己内酰胺5份、碳纤维42份、耐磨剂(Molykote Z)8份、界面增强剂(0161L)5份、偶联剂(DB560)3份、偶联剂(JH-N313)2份、分散润滑剂(Licolu FA1)2份、分散润滑剂(FT-108)1份、抗氧剂(1098N)2份、抗氧剂(PL-34)3份。

制备方法是：将各组分按照上述重量份数称取；将称取的聚己二酸己二胺和聚己内酰胺置于105～115℃鼓风干燥3～4h，所述称取的碳纤维置于400±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；将称取的所述耐磨剂、界面增强剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及鼓风处理后的聚己二酸己二胺和聚己内酰胺，置于高速搅拌机中，于750转/分钟下高速搅拌12分钟待物料混合均匀后放料。再将混匀后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度在230～265℃、转速在190转/分钟状态下运转，热处理后的碳纤维由第二加料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。

实施例8

聚己二酸己二胺95份、聚己内酰胺5份、碳纤维55份、耐磨剂(Molykote Z)8份、界面增强剂(0161L)5份、偶联剂(DB560)3份、偶联剂(JH-N313)2份、分散润滑剂(Licolu FA1)2份、分散润滑剂(FT-108)1份、抗氧剂(1098N)2份、抗氧剂(PL-34)3份。

制备方法是：将各组分按照上述重量份数称取；将称取的聚己二酸己二胺和聚己内酰胺置于105～115℃鼓风干燥3～4h，所述称取的碳纤维置于400±5℃热处理1～2h后自然冷却至室温；将称取的所述耐磨剂、界面增强剂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧剂以及鼓风处理后的聚己二酸己二胺和聚己内酰胺，置于高速搅拌机中，于750转/分钟下高速搅拌12分钟待物料混合均匀后放料。再将混匀后的物料置于双螺杆挤出机加料斗内，双螺杆挤出机温度在230～265℃、转速在190转/分钟状态下运转，热处理后的碳纤维由第二加料口加入，挤出带条经冷却风干切粒。

实施例1～8所获得的数据见表1。

表1实施例1～8技术性能

表1性能试验采用的方法为:密度按ISO1183要求进行测试。拉伸强度按ISO527要求进行测试，状态为5mm/min。弯曲强度及模量按ISO178要求进行测试，状态为2mm/min。缺口冲击性能按ISO180要求进行测试。热变形温度按ISO75-2要求进行测试、状态为1.80MPa负载。磨擦系数按ISO6601要求进行测试。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的实施方案，并非对本发明任何形式上的限制，在不超过权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体以及改型。