[发明专利]一种纳米改性尼龙复合材料及其制备方法

说明书

技术领域  

本发明属于采用纳米改性剂改性高分子材料技术领域，具体涉及一种纳米改性尼龙复合材料及其制备方法。

背景技术  

传统的耐磨损板材一般为金属材料，金属材料制品在使用过程中磨损较快，使用寿命短、维修工作量大；而且金属材料不易进行嵌入式安装，操作困难。改性塑料是我国高新材料发展的重点。改性塑料制品不仅能够达到一些钢材的强度性能，还具有质轻、易加工成型、高韧性、高抗冲性、耐磨性等优势。因此，目前“以塑代刚”的趋势在很多行业都显现出来。

尼龙（PA）具有高强度、耐磨、耐油和耐化学腐蚀性等优点, 因而广泛应用于汽车制造、电子电气、机械设备、航空航天等领域。但尼龙存在低温和干态冲击性能差、缺口冲击强度低等缺点。而且随着工业的发展，对尼龙部件的耐磨损性的要求也越来越高。目前，改善尼龙耐磨损擦性能的方法主要有添加聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯（PE）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）等自身摩擦系数较低的高分子材料，添加硅油、矿物油、有机脂等润滑油，或添加碳纤维、芳胺纤维、二硫化钼、石墨等有机/无机纤维或粉体状润滑材料等。这些方法虽然在一定程度上改善了尼龙的摩擦磨损性能，但往往存在着性能价格比差、材料物性强度低、材料加工性能差等一系列缺点。而目前的耐磨损尼龙板材不仅要求耐磨性提高，同时要求材料具有高强度、高刚性、良好的尺寸稳定性、优良的韧性和良好的加工性等的综合性能。

采用先进的纳米改性技术可以制备得到综合性能优异的新型改性塑料。纳米材料是指平均粒径在纳米量级（1-100nm）范围内固体材料的总称。用纳米材料改性塑料是近几年发展的一项新技术，纳米改性剂可以改善塑料的耐摩擦性能、力学性能、热学性能、阻燃性能以及阻隔性能等。与传统的塑料改性方法相比，纳米材料不仅能全面改善塑料的综合性能，还能赋予其独特的性能，为塑料改性提供了先进有效的途径。但是，目前存在的纳米改性尼龙复合材料，主要是通过将普通无机纳米粒子（如纳米二氧化硅、粘土纳米等）对尼龙进行改性，其缺点是普通无机纳米材料在改性基体中的分散性不好，易发生团聚，影响改性的效果；此外，普通无机纳米材料一般只能增加尼龙材料的刚性，对于尼龙韧性的提高作用不大；从制备方法来说，采用普通无机纳米材料制备尼龙复合材料，需要对其进行表面化学改性，操作繁杂。

发明内容

  本发明的目的在于提供一种耐磨性能好、强度高和韧性高的纳米改性尼龙复合材料。

本发明的另外一个目的在于提供一种上述纳米改性尼龙复合材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：一种纳米改性尼龙复合材料，其特征在于：它由以下重量配比的原料制得：

尼龙合金70~85%，纳米改性剂1~10%，增韧剂5~20%，其它助剂1~10%；

所述纳米改性剂为多面体低聚倍半硅氧烷（Polyhedral Oligomeric Silsexquioxane, 简称POSS）；所述其它助剂为增溶剂、抗氧剂、光稳定剂和加工助剂。

POSS是一种近年来在国际上受到广泛关注并逐渐进行应用的聚合物增强材料。POSS是以Si-O为骨架连接而成的环状纳米级笼形分子，其结构主要具备如下两个特点：（1）包含有Si和O组成的无机骨架结构，赋予POSS良好的刚性和稳定性；（2）外部连接烷烃取代基或活性反应基团，有机基团能够改善POSS与聚合物之间的相容性，反应性基团可以实现POSS与聚合物之间的化学键合作用。POSS可以作为添加剂通过物理混合或化学交联作用与通用聚合物基体相结合，从而提高聚合物基体的性能。POSS与有机聚合物复合时可以形成有机-无机杂化的纳米增强聚合物，显著提高聚合物的耐磨性、耐热性、抗氧化性、表面硬度和力学性能等。由于POSS单体在混合过程中是可溶性的，所以可以形成真正意义上分子级水平上分散的聚合物，这对于提高聚合物的综合性能具有十分重要的意义。进一步，发明人经过一系列试验研究及总结，采用本发明各组分及其相应比例配合使用，从而充分地利用POSS的刚性、稳定性和相容性等特点与尼龙基体很好地结合起来，所得POSS改性尼龙具有耐磨、高强度、高韧性等综合性能优异的特点，满足机械、电子、医疗设备、铁路、汽车、体育器材等领域耐磨损板材的要求。

本发明多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）优选为三硅醇异丁基倍半硅氧烷（TriSilanolIsobutyl-POSS）、三硅醇苯基倍半硅氧烷（TriSilanolPheny-POSS）或甲基丙烯酰氧基倍半硅氧烷（Methacryl-POSS）。