本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，尤其涉及一種改性鑄型尼龍及其制備方法。
背景技術(shù)：
鑄型尼龍是一種新型的工程塑料，具有聚合溫度低、工藝簡單、結(jié)晶度高、分子量大(7-10萬)且分布均勻、密度小、力學(xué)性能好、使用溫度范圍寬、力學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，且具有較好的尺寸穩(wěn)定性和耐腐蝕性，在汽車、工程機(jī)械、石油化工、紡織、礦山等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。普通的鑄型尼龍，雖然其綜合性能良好，但是其耐磨性與阻燃性能不佳，隨著用戶對材料耐磨性、防火性能等特殊功能的要求不斷提高，普通鑄型尼龍的應(yīng)用受到很大的限制，尤其是在特殊工況下(如工程起重機(jī)、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就對鑄型尼龍材料的耐磨性要求很高；機(jī)車內(nèi)飾、礦山領(lǐng)域就對鑄型尼龍材料的阻燃性能要求很高)，普通的鑄型尼龍已經(jīng)無法滿足以上特殊工況的要求，需要對鑄型尼龍進(jìn)行改性處理。
目前對鑄型尼龍進(jìn)行改性主要是通過添加二硫化鉬與石墨等耐磨劑來改善材料的耐磨損性能，但是該方法對鑄型尼龍的耐磨性影響較小，對材料的摩擦系數(shù)與磨損量改善有限；目前還通過添加紅磷、含鹵阻燃劑等阻燃劑改善鑄型尼龍阻燃性能，但是該方法會影響鑄型尼龍的聚合，對鑄型尼龍的力學(xué)性能影響較大。因此目前對鑄型尼龍的改性方法，均難以保證其具有優(yōu)異的耐磨性能和阻燃性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種耐磨性能和阻燃性能優(yōu)異的改性鑄型尼龍及其制備方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
一種改性鑄型尼龍，以重量份計(jì)，主要由100份酰胺單體、0.01～5份催化劑、0.01～5份活化劑與0.01～30份聚醚醚酮或/和聚醚醚酮衍生物原位聚合而成。
上述的改性鑄型尼龍，優(yōu)選的，所述聚醚醚酮衍生物選自聚醚酮和含二氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)聚芳醚砜酮中的一種或幾種。更優(yōu)選含二氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)聚芳醚砜酮，因?yàn)槲覀兊难芯勘砻?，?dāng)其與己內(nèi)酰胺、十二內(nèi)酰胺聚合時，能更顯著地降低產(chǎn)品的摩擦系數(shù)及磨損量。
上述的改性鑄型尼龍，優(yōu)選的，所述酰胺單體選自己內(nèi)酰胺與十二內(nèi)酰胺中的任一種或多種。
上述的改性鑄型尼龍，優(yōu)選的，所述活化劑包括異氰酸酯或具有酰亞胺結(jié)構(gòu)的內(nèi)酰胺。更優(yōu)選的，具有酰亞胺結(jié)構(gòu)的內(nèi)酰胺為N-乙酰基己內(nèi)酰胺。
上述的改性鑄型尼龍，優(yōu)選的，所述異氰酸酯包括二苯基甲烷二異氰酸酯或JQ系列膠(如JQ-1膠等)。
上述的改性鑄型尼龍，優(yōu)選的，所述催化劑選自NaOH、己內(nèi)酰胺鈉、己內(nèi)酰胺溴化鎂和乙基溴化鎂中的任一種。
作為一個總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的改性鑄型尼龍的制備方法，包括以下步驟：
(1)將酰胺單體等重量份地加入A、B反應(yīng)釜中，在真空下加熱熔融、脫水；
(2)向A反應(yīng)釜中加入催化劑、聚醚醚酮或/和聚醚醚酮衍生物，B反應(yīng)釜中加入活化劑，再對A、B反應(yīng)釜進(jìn)行加熱、抽真空；
(3)將A反應(yīng)釜和B反應(yīng)釜中的物料混合均勻，澆鑄到模具中聚合成毛坯；
(4)對所述毛坯進(jìn)行后處理，即得到所述改性鑄型尼龍。
上述的改性鑄型尼龍的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(1)中，真空度為97725～101025Pa；脫水過程的溫度控制在120～140℃，脫水時間控制在10～20min。
上述的改性鑄型尼龍的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(2)中，加熱的溫度為120～140℃，抽真空過程將真空度控制在97725～101025Pa下并保持10min～30min。
上述的改性鑄型尼龍的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(3)中，聚合過程反應(yīng)的時間5～10min；
所述步驟(4)中，后處理過程是指在沸水中水煮2～6小時或者在160～170℃的礦物油中處理2～6小時。優(yōu)選的，在沸水中水煮4小時或者在160～170℃的礦物油中處理4小時。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
(1)本發(fā)明通過原位聚合引入聚醚醚酮或/和聚醚醚酮衍生物，不影響鑄型尼龍的聚合，對力學(xué)性能影響很小，同時還可以有效地改善鑄型尼龍的耐磨性與阻燃性，效果明顯；甚至可以將鑄型尼龍的摩擦系數(shù)從0.6左右降到0.1，磨損量降低兩個數(shù)量級，其體積磨損量由普通鑄型尼龍的10-3cm3降到10-5cm3，阻燃性能由普通鑄型尼龍的V2級達(dá)到V0級。
(2)本發(fā)明的制備方法過程中采用的設(shè)備均為現(xiàn)有技術(shù)中制備鑄型尼龍的設(shè)備，不需要額外引入新設(shè)備。
(3)本發(fā)明的制備方法采用兩個反應(yīng)釜將物料分批進(jìn)行混合，使得物料混合得更充分，保證鑄型尼龍的力學(xué)性能、耐磨性能和阻燃性能分布均衡。
具體實(shí)施方式
為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合較佳的實(shí)施例對本發(fā)明作更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體的實(shí)施例。
除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實(shí)施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
除有特別說明，本發(fā)明中用到的各種試劑、原料均為可以從市場上購買的商品或者可以通過公知的方法制得的產(chǎn)品。
實(shí)施例1：
一種本發(fā)明的改性鑄型尼龍，主要由100Kg己內(nèi)酰胺、4Kg己內(nèi)酰胺溴化鎂、1Kg N-乙?；簝?nèi)酰胺與0.5Kg聚醚酮原位聚合而成。
本實(shí)施例的改性鑄型尼龍的制備方法，包括以下步驟：
(1)將100Kg己內(nèi)酰胺分成等重量份的2份，分別加入到澆鑄尼龍?jiān)O(shè)備的A、B反應(yīng)釜中，抽真空至約0.1MPa(97725～101025Pa)，然后加熱熔融，在125℃下脫水10min后，停止抽真空；
(2)打開反應(yīng)釜A，加入4Kg的催化劑格氏試劑己內(nèi)酰胺溴化鎂、0.5Kg聚醚酮(PEK)，打開反應(yīng)釜A的同時打開反應(yīng)釜B，向反應(yīng)釜B中加入1.0Kg的活化劑N-乙酰基己內(nèi)酰胺；然后對兩反應(yīng)釜進(jìn)行加熱，維持兩反應(yīng)釜的溫度為125℃，抽真空至真空度約為0.1MPa(97725～101025Pa)并維持10min，停止抽真空；
(3)將A、B兩反應(yīng)釜中的物料混合均勻，并迅速澆鑄到已經(jīng)預(yù)熱到160℃的模具內(nèi)聚合5min，制成毛坯；
(4)將毛坯放入沸水中水煮4小時，冷卻后，機(jī)械加工得到改性鑄型尼龍產(chǎn)品，檢測結(jié)果見表1所示。
實(shí)施例2：
一種本發(fā)明的改性鑄型尼龍，主要由95Kg己內(nèi)酰胺、5Kg十二內(nèi)酰胺、5KgJQ-1膠、1.5Kg己內(nèi)酰胺鈉鹽與5Kg聚醚醚酮原位聚合而成。
本實(shí)施例的改性鑄型尼龍的制備方法，包括以下步驟：
(1)將95Kg己內(nèi)酰胺和5Kg十二內(nèi)酰胺混合均勻，分成等重量份的2份，分別加入到澆鑄尼龍?jiān)O(shè)備的A、B反應(yīng)釜中，抽真空至約0.1MPa(97725～101025Pa)，然后加熱熔融，在130℃下脫水20min后，停止抽真空；
(2)打開反應(yīng)釜A，加入1.5Kg的催化劑己內(nèi)酰胺鈉鹽、5Kg聚醚醚酮(PEEK)，打開反應(yīng)釜A的同時打開反應(yīng)釜B，向反應(yīng)釜B中加入5Kg的活化劑JQ-1膠；然后對兩反應(yīng)釜進(jìn)行加熱，維持兩反應(yīng)釜的溫度為130℃，抽真空至真空度約為0.1MPa(97725～101025Pa)并維持20min，停止抽真空；
(3)將A、B兩反應(yīng)釜中的物料混合均勻，并迅速澆鑄到已經(jīng)預(yù)熱到170℃的模具內(nèi)聚合10min，制成毛坯；
(4)將毛坯放入165℃的礦物油中處理4小時，冷卻后，機(jī)械加工得到改性鑄型尼龍產(chǎn)品，檢測結(jié)果見表1所示。
實(shí)施例3：
一種本發(fā)明的改性鑄型尼龍，主要由95Kg己內(nèi)酰胺、5Kg十二內(nèi)酰胺、0.16Kg氫氧化鈉、0.4Kg MDI(二苯基甲烷二異氰酸酯)和10Kg含二氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)新型聚芳醚砜酮原位聚合而成。
本實(shí)施例的改性鑄型尼龍的制備方法，包括以下步驟：
(1)將95Kg己內(nèi)酰胺和5Kg十二內(nèi)酰胺混合均勻，分成等重量份的2份，分別加入到澆鑄尼龍?jiān)O(shè)備的A、B反應(yīng)釜中，抽真空至約0.1MPa(97725～101025Pa)，然后加熱熔融，在140℃下脫水15min后，停止抽真空；
(2)打開反應(yīng)釜A，加入0.16Kg的催化劑氫氧化鈉、10Kg含二氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)新型聚芳醚砜酮(PPESK)，打開反應(yīng)釜A的同時打開反應(yīng)釜B，向反應(yīng)釜B中加入0.4Kg的活化劑MDI；然后對兩反應(yīng)釜進(jìn)行加熱，維持兩反應(yīng)釜的溫度為140℃，抽真空至真空度約為0.1MPa(97725～101025Pa)并維持15min，停止抽真空；
(3)將A、B兩反應(yīng)釜中的物料混合均勻，并迅速澆鑄到已經(jīng)預(yù)熱到180℃的模具內(nèi)聚合5min，制成毛坯；
(4)將毛坯放入160℃的礦物油中處理6小時，冷卻后，機(jī)械加工得到改性鑄型尼龍產(chǎn)品，檢測結(jié)果見表1所示。
對比例1：
一種改性鑄型尼龍，主要由100Kg己內(nèi)酰胺、0.14kg NaOH、0.4kg甲苯二異氰酸酯與10Kg二硫化鉬制備而成。
本對比例的改性鑄型尼龍的制備方法，包括以下步驟：
(1)將100Kg己內(nèi)酰胺分成等重量份的2份，分別加入到澆鑄尼龍?jiān)O(shè)備的A、B反應(yīng)釜中，抽真空至約0.1MPa(97725～101025Pa)，然后加熱熔融，在125℃下脫水10min后，停止抽真空；
(2)打開反應(yīng)釜A，加入0.14Kg的催化劑NaOH、10Kg二硫化鉬，打開反應(yīng)釜A的同時打開反應(yīng)釜B，向反應(yīng)釜B中加入0.4Kg活化劑甲苯二異氰酸酯；然后對兩反應(yīng)釜進(jìn)行加熱，維持兩反應(yīng)釜的溫度為125℃，抽真空至真空度約為0.1MPa(97725～101025Pa)并維持10min，停止抽真空；
(3)將A、B兩反應(yīng)釜中的物料混合均勻，并迅速澆鑄到已經(jīng)預(yù)熱到165℃的模具內(nèi)聚合5min，制成毛坯；
(4)將毛坯放入沸水中水煮4小時，冷卻后，機(jī)械加工得到改性鑄型尼龍產(chǎn)品，檢測結(jié)果見表1所示。
對比例2：
一種改性鑄型尼龍，主要由100Kg己內(nèi)酰胺、0.14kg NaOH、0.4kg甲苯二異氰酸酯與10Kg紅磷制備而成。
本對比例的改性鑄型尼龍的制備方法，包括以下步驟：
(1)將100Kg己內(nèi)酰胺分成等重量份的2份，分別加入到澆鑄尼龍?jiān)O(shè)備的A、B反應(yīng)釜中，抽真空至約0.1MPa(97725～101025Pa)，然后加熱熔融，在125℃下脫水10min后，停止抽真空；
(2)打開反應(yīng)釜A，加入0.14Kg的催化劑NaOH、10Kg紅磷，打開反應(yīng)釜A的同時打開反應(yīng)釜B，向反應(yīng)釜B中加入0.4Kg活化劑甲苯二異氰酸酯；然后對兩反應(yīng)釜進(jìn)行加熱，維持兩反應(yīng)釜的溫度為125℃，抽真空至真空度約為0.1MPa(97725～101025Pa)并維持10min，停止抽真空；
(3)將A、B兩反應(yīng)釜中的物料混合均勻，并迅速澆鑄到已經(jīng)預(yù)熱到165℃的模具內(nèi)聚合5min，制成毛坯；
(4)將毛坯放入沸水中水煮4小時，冷卻后，機(jī)械加工得到改性鑄型尼龍產(chǎn)品，檢測結(jié)果見表1所示。
表1改性鑄型尼龍產(chǎn)品的檢測結(jié)果
從表1可以看出，本發(fā)明的改性鑄型尼龍的體積磨損量非常低，阻燃性能達(dá)到V0級。