一種尼龍復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于工程機械零部件材料領域，具體涉及滑塊、滑輪、滑道材料領域。
【背景技術】
[0002] 起重機作為一種垂直提升和水平搬運重物的多動作起重機械，是國家基礎設施建 設和重大工程建設中不可缺少的機械設備，在吊裝過程中，起重機伸縮臂舉升和降落時的 平緩順暢、是否有抖動、定位精確是起重機作業時的關鍵性能要求，是評價起重機整體性能 的關鍵一環。作為起重機中的關鍵零部件，尼龍滑塊主要安裝在伸縮臂的間隙中，滑塊阻止 了臂與臂之間的直接摩擦磨損，降低了摩擦力和磨損量，提高了起重臂的性能和穩定性，同 時起到支撐臂與臂之間壓力的作用。因此滑塊的性能直接影響了起重臂的穩定，影響了起 重機整車的性能。
[0003] 目前使用的滑塊材料主要是普通尼龍，在使用過程中摩擦力較大，造成起重機伸 縮臂開始舉升和下落時阻力大、不平穩，同時經過一段時間使用后，滑塊磨損嚴重，導致臂 與臂之間間隙增大，造成起重臂震動較大，起重臂作業時穩定性和精準性降低。
[0004] 現有技術還需要耐磨性更好的尼龍材料。

【發明內容】

[0005] 本發明的一個目的是提供一種高耐磨的尼龍復合材料。本發明的另一個目的是提 供一種高耐磨尼龍復合材料的制備方法。本發明的再一個目的是提供一種高耐磨的機械零 部件，例如滑塊、滑輪或滑道。
[0006] 為此，本發明第一方面提供一種尼龍復合材料，其包含：
[0007] 100份尼龍材料，0· 1~15份潤滑油（例如0· 2~0· 8份、0· 5~15份，4~6份、 5~8份、5~15份、10~15份，優選0. 5份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、 9份、10份、11份或12份、13份、14份、15份），0. 1~5份碳納米管（例如0. 2~0. 8份、 0. 3~0. 9份、0. 5~0. 8份、0. 5~1份、0. 5~1. 5份、1. 2~1. 8份，優選1份、0. 5份、1 份、1. 5份、2份、2. 5份、3份、3. 5份、4份、4. 5份或5份）。
[0008] 在一個具體實施方案中，所述尼龍復合材料包含：尼龍材料為100份，潤滑油5~ 15份，碳納米管0.5~0.8份。
[0009] 在一個具體實施方案中，所述尼龍復合材料包含：尼龍材料為100份，潤滑油 0· 2~0· 8份（優選0· 5份），碳納米管1. 2~1. 8份（優選1. 5份）。
[0010] 在一個具體實施方案中，所述尼龍復合材料包含：尼龍材料為100份，潤滑油13~ 15份（優選15份），碳納米管0· 2~0· 8份（優選0· 5份）。
[0011] 在一個具體實施方案中，所述尼龍復合材料包含：尼龍材料為100份，潤滑油5~ 8份（優選6. 7份），碳納米管0· 5~1份（優選0· 8份）。
[0012] 在一個具體實施方案中，所述尼龍復合材料包含：尼龍材料為100份，潤滑油4~ 6份（優選5份），碳納米管0· 3~0· 9份（優選0· 6份）。
[0013] 在一個具體實施方案中，所述尼龍材料為鑄型尼龍。
[0014] 在一個具體實施方案中，所述潤滑油以油滴的形式在尼龍復合材料中分布，例如 均勻地分布。
[0015] 在一個具體實施方案中，所述潤滑油為液態或半固態。
[0016] 優選地，油滴的形狀為球形或類球形。
[0017] 優選地，油滴的尺寸為0· 1~20 μ m，例如2~20 μ m、0. 1~15 μ m、0. 1~10 μ m、 (λ 1 ~ 8 μ m、5 ~ 10 μ m、5 ~ 15 μ m 10 ~ 20 μ m。
[0018] 在一個具體實施方案中，所述碳納米管分布在所述尼龍復合材料中。
[0019] 在一個具體實施方案中，所述碳納米管均勻或非均勻地分布在所述尼龍復合材料 中。
[0020] 本發明第一方面任一項所述的尼龍復合材料，所述潤滑油選擇但不限于基礎油、 礦物油、動物油、植物油、石油潤滑油、合成潤滑油、潤滑脂、油脂、甘油、皂類物質、蠟類物質 的一種或幾種。
[0021] 在一個具體實施方案中，所述碳納米管為單壁碳納米管和/或多壁碳納米管，所 述碳納米管的直徑優選為5~50nm(例如10~30nm或15~30nm)，長度優選為10~ 30 μ m (例如 15 ~30 μ m 或 20 ~30 μ m)。
[0022] 在一個具體實施方案中，所述碳納米管為化學或物理改性碳納米管。所述化學或 物理改性可以選用本領域技術人員常用的，提高納米材料在有機溶劑中相容性和分散性的 改性方法，如濃酸處理、表面活性劑處理、表面接枝、表面包覆等。
[0023] 在一個具體實施方案中，所述碳納米管經濃酸處理改性。具體地，首先量取10g碳 納米管，配制硝酸：硫酸為1:1的混合溶液300ml，碳納米管和混合溶液倒入500ml的三口 燒瓶中，攪拌加熱至（40~45) °C，保溫（1~1. 5) h，減壓蒸餾干燥，稀釋至中性，再減壓蒸 餾干燥。
[0024] 本發明第一方面任一項所述的尼龍復合材料，其具有以下一項或多項材料性能指 標：
[0025] 1)拉伸強度：80 ~140MPa，優選 90 ~130MPa，
[0026] 2)彎曲強度：90 ~120MPa，優選 100 ~120MPa，
[0027] 3)壓縮強度：90 ~130MPa，優選 100 ~120MPa，
[0028] 4)斷裂伸長率：30~75%，優選50~75%，
[0029] 5)無缺口沖擊強度（使用50J擺錘測試，只記錄是否斷裂）：不斷裂，
[0030] 6)缺口沖擊強度：5 ~20KJ/m2,優選 10 ~20KJ/m2，
[0031] 7)摩擦系數（干態）μ :μ彡0· 35(例如μ彡0· 3、μ彡0· 25、μ彡0· 2、μ彡0· 15 或 μ 彡 0· 12),
[0032] 8)磨損量（2 小時，20kg) W2。：W2。彡 2. 5mg，優選 K 2mg 或 Κ 1. 5mg，
[0033] 9)磨損量（2 小時，40kg) W4。：W4。彡 4mg，優選 W4。彡 3mg 或 W4。彡 2. 6mg。
[0034] 本發明第二方面提供一種本發明第一方面任一項所述尼龍復合材料的制備方法， 包括將潤滑油和碳納米管加入到尼龍聚合原料中，適當地分散，然后使尼龍聚合原料聚合、 成型。
[0035] 優選地，所述尼龍聚合原料為己二胺、己二酸、癸二酸、癸二胺或己內酰胺中一種 或幾種的混合物。
[0036] 優選地，所述成型為澆鑄成型、離心鑄造成型、注射成型或擠出成型。
[0037] 本發明尼龍復合材料的制備方法可以采用常規的尼龍聚合及成型方法，例如在聚 合前將潤滑油和碳納米管加入到熔融己內酰胺中，適當地分散，然后使己內酰胺聚合、成 型。
[0038] 在一個具體實施方案中，尼龍復合材料的制備方法包括：
[0039] (1)以己內酰胺為尼龍聚合原料，加熱至完全熔融，
[0040] ⑵加入潤滑油，攪拌加熱至（120±5) °C，使己內酰胺和潤滑油混合均勻，
[0041] (3)加入催化劑，加熱至（135±5) °C，
[0042] (4)加入碳納米管，保溫3~5min,
[0043] (5)加入活化劑，
[0044] (6)澆鑄成型。
[0045] 步驟（1)~（4)優選在脫水條件下進行，優選采用減壓蒸餾方法或無水氣體保護 (例如無水氮氣保護）方法實現脫水條件。
[0046] 優選地，所述催化劑為具有強堿性的堿金屬、堿土金屬、金屬氧化物或衍生物的一 種或多種，例如NaOH、Κ0Η、乙醇鈉中的一種或多種。催化劑還可以選用本領域人員常用的 陰離子催化聚合催化劑。
[0047] 優選地，所述活化劑為異氰酸酯、例如芳香族異氰酸酯或脂肪族異氰酸酯的一種 或多種，例如甲苯二異氰酸酯（tdi)或異佛爾酮二異氰酸酯（iroi)的一種或多種。活化劑 還可以選用本領域人員常用的陰離子催化聚合活化劑。
[0048] 本發明第三方面提供一種機械零部件，由本發明第一方面任一項所述尼龍復合材 料制得。
[0049] 在一個具體實施方案中，所述機械零部件為滑塊、滑輪或滑道等耐磨零部件，例如 用于工廠機械起重機的滑塊、滑輪或滑道等耐磨零部件。
[0050] 本發明的有益效果
[0051] 本發明尼龍復合材料包含100份尼龍材料，0. 1~15份潤滑油，0. 1~5份碳納米 管。發明人出人意料地發現，這種尼龍復合材料具有較好的耐磨性能，例如具有較低的磨損 量，尤其是較低的高負荷（40kg)磨損量以及較低的摩擦系數。
[0052] 發明人還發現本發明尼龍復合材料的力學性能也很好，例如具有較高的拉伸強 度、彎曲強度、壓縮強度、斷裂伸長率或沖擊強度。
[0053] 進一步，本發明尼龍復合材料的制備方法簡單、成本低廉，適于大批量生產。該材 料可加工成滑塊、滑輪、滑道等的機械零部件，由于其摩擦系數低、耐磨性好、又具有很好的 力學性能，因此其制備的零件潤滑效果佳、使用周期長、質量穩定性高，在材料領域和工程 機械領域都具有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0054] 此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
[0055] 圖1為實施例1尼龍復合材料的電子顯微鏡圖片。
【具體實施方式】
[0056] 下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
[0057] 實施例1
[0058] 在真空脫水環境下，將己內酰胺200g加熱至完全熔融，加入l.Og基礎油（長城 250SN)，攪拌加熱至（120 ± 5) °C，使己內酰胺和基礎油混合均勻，加入0. 8gNa0H，加熱至 (135±5) °C，加入3. 0g經濃酸處理改性的碳納米管（直徑10~30nm，長度20~30 μ m)， 保溫3min。然后加入0.6g甲苯二異氰酸酯，迅速澆鑄到預熱后的模具，保溫一定時間后完 成聚合反應，即獲得尼龍復合材料。
[0059] 濃酸處理改性碳納米管的方法為：將碳納米管分散于硝酸：硫酸重量比為1:1的 混合溶液，攪拌加熱至（40~45) °C，保溫1. 5h，減壓蒸餾干燥，稀釋至中性，再減壓蒸餾干 燥。<