本发明涉及一种尼龙弹性体及其制备方法和应用，具体涉及一种改性尼龙弹性体及其制备方法和应用。
背景技术：
弹性垫的主要作用是减震和缓冲，用于制备弹性垫的原料材质直接影响着其性能的发挥，是保证机器部件使用安全、减少磨损的关键。特别是对于梅花联轴器来说，弹性垫材质对其性能的影响特别突出。
梅花联轴器又叫爪式联轴器，是由两个金属爪盘和一个弹性垫组成。弹性垫置于两个金属爪之间，起到联接金属爪、补偿两轴相对位移、减震与缓冲的作用。在设备运行中，弹性垫损坏或失效时，会导致两轴套的金属爪齿合在一起，断续传递扭矩，进而导致传动系统安全控制失效，从而发生设备故障，因此，弹性垫是梅花联轴器的关键部件。
弹性垫损坏或失效的原因有弹性垫开裂、磨损、老化变硬失去弹性，取决于弹性垫材料的耐磨损性、热老化、挠曲耐疲劳性能的好坏。目前，联轴器的弹性垫有三大类：
（1）聚氨酯：是用量最大的一种，主要用于低转速、重载联轴器。现有弹性元件一般是用聚氨酯单体浇注而成。聚氨酯具有忧良的弹性、抗磨性，但抗挠曲疲劳性能较差。由于聚氨酯内聚能高，在受外力压缩过程中，会产生内热，使得弹性垫内部温度升高，分子链在长期高温下产生裂解，最终导致失去弹性而硬化、开裂。同时，由于手工浇注工艺不稳定，导致产品质量不稳定，也易造成产品开裂。因此，现有聚氨酯弹性体元件使用寿命一般为2个月，使用寿命短，而弹性垫更换极为麻烦，尤其是建筑起重机联轴器弹性垫更换更为不便，需要高空作业，设备维修作业人员有潜在的人身安全问题；同时，聚氨酯浇注也对周边环境产生较大的污染。
（2）浇注尼龙：用于高速高扭矩联轴器。
（3）橡胶：用于低速低扭矩联轴器。橡胶弹性垫也是一种传统的梅花联轴器弹性垫，其特点是弹性较好，但是，橡胶弹性垫易老化变硬，因此，使用寿命至多1年。同时，橡胶弹性垫的加工为硫化模压，硫化过程对周边环境也会产生一定的污染，模压工艺大多数是手工作业，生产周期较长，效率较低。
cn104559071a公开了一种抗疲劳热塑性弹性体及其梅花联轴器元件的制备方法，所述抗疲劳热塑性弹性体，由以下重量份数的原料制成：聚酯弹性体100份、热塑性弹性体10～30份、耐磨剂2～5份、受阻酚类抗氧剂0.3～0.5份、亚磷酸酯类抗氧剂0.2～0.5份、润滑剂0.5～1.0份。虽然所述抗疲劳热塑性弹性体制备的梅花联轴器弹性元件相对于现有聚氨酯弹性体元件，其抗挠曲疲劳性有所提高，但使用寿命仅提高2～3倍，仍不能满足大型设备中联轴器弹性体元件长寿命使用的要求。
综上所述，现有制备弹性垫的材料耐磨损性、耐热老化、抗挠曲耐疲劳性能均不佳，不能满足联轴器弹性体元件长寿命使用的需求。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种耐磨、耐热老化、抗挠曲疲劳性能优异，适用各种不同速度与载荷，使用寿命长，安全环保的改性尼龙弹性体。
本发明进一步所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种工艺简单、成本低、效率高、无污染、适宜于工业化生产的改性尼龙弹性体的制备方法和应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种改性尼龙弹性体，主要由以下组分制成：共聚尼龙弹性体、白油、耐磨剂、硬度调节剂、尼龙扩链剂、主抗氧剂、辅抗氧剂、抗紫外光吸收剂和润滑剂。加入白油的作用是湿润共聚尼龙树脂，使粉末型助剂粘附于树脂表面，从而使所有助剂均匀分散在树脂中。耐磨剂可赋予关键尼龙优异的润滑性、耐磨性。通过加入硬度调节剂可协助共聚尼龙弹性体更方便的获得适用于不同转速、载荷的联轴器弹性垫所需要的适宜硬度的材料，使得抗挠曲疲劳性能优异。通过加入尼龙扩链剂使得在共混过程中，增加共聚尼龙弹性体的分子量，实现扩链增粘，从而提高材料的耐磨性。主抗氧剂、辅抗氧剂和抗紫外光吸收剂复合使用时，可赋予改性尼龙弹性体长期的耐热老化性能。润滑剂提供改性尼龙弹性体较好的自润性，减小摩擦系数，赋予其较好的耐磨性。
优选地，所述改性尼龙弹性体各组分的重量份为：共聚尼龙弹性体100份，白油0.1～0.4份，耐磨剂3～10份，硬度调节剂2～10份，尼龙扩链剂0.2～1.0份，主抗氧剂0.1～0.6份，辅抗氧剂0.2～0.6份，抗紫外光吸收剂0.3～0.6份，润滑剂0.5～1.5份。耐磨剂、尼龙扩链剂、润滑剂用量之间的相互配合，获得了改性尼龙弹性体更佳的综合耐磨性能。硬度调节剂与共聚尼龙弹性体的配合获得了最佳的硬度材料，从而获得优异的抗挠曲疲劳性能。而主抗氧剂、辅抗氧剂和抗紫外光吸收剂三者的配合大大的提高了改性尼龙弹性体的耐热老化性能，但过量的添加反而会降低其抗热老化性能。
更优选地，所述改性尼龙弹性体各组分的重量份为：共聚尼龙弹性体100份，白油0.2～0.3份，耐磨剂4～8份，硬度调节剂3～6份，尼龙扩链剂0.4～0.6份，主抗氧剂0.1～0.6份，辅抗氧剂0.2～0.6份，抗紫外光吸收剂0.3～0.6份，润滑剂0.8～1.2份。
优选地，所述共聚尼龙弹性体的相对粘度为3.0～5.0（更优选3.4～4.5），邵氏硬度为50～90（更优选55～80）。
优选地，所述共聚尼龙弹性体为二元共聚尼龙、三元共聚尼龙或四元共聚尼龙等中的一种或几种。所述尼龙弹性体是一类分子链中含有聚醚酰胺、长碳链单体的多元共聚尼龙，这种共聚尼龙具有优异的弹性、耐磨性和抗扭曲疲劳性。实际应用中，可通过加入不同类型的共聚尼龙弹性体来调节材料的硬度，从而适用不同转速、不同载荷的传动联轴器。
优选地，所述二元共聚尼龙为己内酰胺/聚醚酰胺共聚物和/或尼龙66盐/聚醚胺共聚物等。
优选地，所述三元共聚尼龙为己内酰胺/尼龙66盐/聚醚酰胺共聚物、尼龙66盐/尼龙1010盐/11-氨基酸共聚物、尼龙66盐/尼龙1010盐/12-氨基酸共聚物、己内酰胺/尼龙66盐/11-氨基酸共聚物、己内酰胺/尼龙66盐/12-氨基酸共聚物、己内酰胺/尼龙66盐/尼龙1212盐共聚物或己内酰胺/尼龙66盐/尼龙1313盐共聚物等中的一种或几种。
优选地，所述四元共聚尼龙为己内酰胺/尼龙66盐/11-13碳氨基酸/聚醚酰胺等。
优选地，所述白油为5号白油。
优选地，所述耐磨剂为马来酸酐接枝超高分子聚乙烯和/或高分子聚硅氧烷等。由于聚乙烯树脂与尼龙树脂的相容性较差，与尼龙树脂共混将引起树脂力学性能下降。因此，本发明采用具有一定流动性的高分子聚乙烯与马来酸酐接枝反应，得到带有可与共聚尼龙端氨基反应的马来酸酐/聚乙烯共聚物，以增加聚乙烯与关键尼龙的相容性。高分子聚硅氧烷是一种新型高分子材料，兼具十分优异的润滑性和耐磨性。
优选地，所述马来酸酐接枝超高分子聚乙烯的分子量为200～350万。马来酸酐接枝超高分子聚乙烯具有优良的耐磨性，其分子量越高耐磨性就越好，可克服传统的添加低分子润滑剂过多，降低材料力学性能的缺陷，但是，若分子量过高，则加工流动性很差，甚至无流动性，也就难以与尼龙树脂熔融共混挤出。
优选地，所述高分子聚硅氧烷的分子量为4000～10000。
优选地，所述硬度调节剂为磺酸酰胺类和/或尼龙酸酯类硬度调节剂等。实际应用中，不同类型联轴器对弹性垫的硬度要求不同：低转速、低载荷联轴器的弹性垫要求树脂邵氏硬度为45～55，低转速、高载荷联轴器的弹性垫要求树脂邵氏硬度为50～60，高转速、重载联轴器的弹性垫则要求树脂邵氏硬度为70～80。虽然可以通过调节大分子链中弹性组分的比例来调节共聚尼龙弹性体的硬度，但工业上不可能频繁更换品种，因此，只能通过硬度调节助剂的加入来调节树脂的硬度。
优选地，所述磺酸酰胺类硬度调节剂为对甲苯磺酸酰胺、n-乙基磺酸酰胺或n-丁基磺酸酰胺等中的一种或几种。
优选地，所述尼龙酸酯类硬度调节剂为尼龙酸二异丁酯和/或尼龙酸二辛酯等。
优选地，所述尼龙扩链剂为乙烯-马来酸酐共聚物、二甲烷基二胺或4,4'-亚甲基双(2,6-二乙基苯胺)等中的一种或几种。由于现有商品共聚尼龙弹性体分子量仅3万左右，需要将共聚尼龙弹性体进行扩链增粘，使树脂相对粘度达到4.0以上，才具有较好的耐磨性；尼龙扩链剂分子中含有氨基或羧基，与共聚尼龙弹性体熔融挤出共混过程中，可与共聚尼龙弹性体分子链的端氨基或端羧基反应，从而增加共聚尼龙弹性体的分子量，实现扩链增粘，从而提高共聚尼龙弹性体的耐磨性。所述乙烯-马来酸酐共聚物优选凡特鲁斯e60p。所述4,4'-亚甲基双(2,6-二乙基苯胺)优选布吕格曼m1251或m1253。
优选地，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。所述受阻酚类抗氧剂属于长效抗氧剂。
优选地，所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂a30、抗氧剂hs02、抗氧剂h3336或抗氧剂h10等中的一种或几种。
优选地，所述辅抗氧剂为磷酸酯类抗氧剂。所述磷酸酯类抗氧剂属于耐水解性优良的热稳定剂。
优选地，所述磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂626或抗氧剂s9228等中的一种或几种。
优选地，所述抗紫外光吸收剂为紫外光吸收剂uv320、紫外光吸收剂uv380或紫外光吸收剂uv670等中的一种或几种。
更优选地，所述主抗氧剂、辅抗氧剂和抗紫外光吸收剂的最佳配比为1～2:1:1～2（更进一步优选为1.5:1:1.5）。
优选地，所述润滑剂为硅酮、ebs、芥酸酰胺或油酸酰胺等中的一种或几种。所选润滑剂种类为内外润滑剂。
本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种改性尼龙弹性体的制备方法，先将共聚尼龙弹性体和白油搅拌均匀，再加入耐磨剂、硬度调节剂、尼龙扩链剂、主抗氧剂、辅抗氧剂、抗紫外光吸收剂和润滑剂，混合搅拌后，加入双螺杆共混挤出机，共混挤出，切粒，得改性尼龙弹性体。先将共聚尼龙弹性体和白油混合，可使共聚尼龙弹性体表面湿润，从而在树脂与粉末助剂混合时，有利于粉末助剂均匀粘附于树脂表面。
优选地，所述共聚尼龙弹性体和白油的搅拌速度为400～500rpm，时间为1～3min。
优选地，所述混合搅拌的时间为2～6min。
优选地，所述共混挤出的温度为190～230℃，转速为350～500rpm，真空度为-0.08～-0.05mpa。共聚尼龙弹性体的熔点为185～200℃，共混挤出温度适当高于树脂熔点，能保证树脂充分熔融，而耐磨剂中马来酸酐接枝超高分子聚乙烯的熔融流动温度约200～230℃，高分子聚硅氧烷的熔融温度为210～230℃；若共混挤出的温度过低，则马来酸酐接枝超高分子聚乙烯和高分子聚硅氧烷熔融不完全，其熔体粘度较高，很难分散于共聚尼龙树脂之中，若共混挤出的温度过高，则会引起马来酸酐接枝超高分子聚乙烯和高分子聚硅氧烷部分降解以及助剂的挥发。因此，为保证各组分充分熔融共混，挤出温度控制在190～230℃较为适宜。
本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种改性尼龙弹性体的应用，将所述改性尼龙弹性体注射成型为弹性垫，替代tpu弹性垫、橡胶弹性垫或浇注尼龙垫，应用于低速重载、低速低载或高速重载传动联轴器。
优选地，所述注射成型前，先将所述改性尼龙弹性体在100～120℃下，干燥4～6h。
优选地，所述注射成型过程中，螺杆的加热温度为190～220℃，喷嘴的温度为240～260℃，注射的速度为35～65mm/s（更优选45～55mm/s），注射的压力为50～70bar（更优选55～65bar），成型的时间为30～80s。若注射成型螺杆的加热温度过低，则树脂熔体粘度太低，流动性差，不能快速充模，导致制品缺陷，若螺杆的加热温度过高，则将引起树脂的热降解，影响制品性能；若注射的速度过高，则熔体通过喷嘴时熔体的温度急剧升高，导致树脂降解，若注射的速度过小，则会使树脂熔体不能快速充模；同样，注射压力对熔体充模速度的影响很大，注射的压力越大，熔体充模速度就越快，但注射的压力过大时，制品飞边较多。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明改性尼龙弹性体耐磨，磨耗低至0.17mg，耐热老化、抗挠曲疲劳性能优异，挠曲龟裂等级均比tpu弹性垫高，邵氏硬度可根据实际需求变化幅度大，性能远远优于tpu弹性体，适用各种不同速度与载荷；
（2）本发明改性尼龙弹性体注射成型的梅花联轴器弹性垫的最长使用寿命可达42个月，是tpu弹性垫的14倍，平均使用寿命是tpu弹性垫的12倍，使用寿命长，安全环保，可替代tpu弹性垫、橡胶弹性垫或浇注尼龙垫，应用于低速重载、低速低载或高速重载传动联轴器，可有效保障设备的长期正常运行，并减少设备维修和运行成本，保证安全稳定生产；
（3）本发明方法工艺简单、成本低、适宜于工业化生产；
（4）本发明注射成型弹性垫的工艺与现有tpu浇注工艺和橡胶模压工艺相比，更为简单，生产效率高，无环境污染。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例所使用的共聚尼龙弹性体：己内酰胺/聚醚酰胺共聚物（简称a，相对粘度为3.45，邵氏硬度为65）、己内酰胺/尼龙66盐/聚醚酰胺共聚物（简称b，相对粘度为3.5，邵氏硬度为70）、己内酰胺/尼龙66盐/11-氨基酸共聚物（简称c，相对粘度为3.8，邵氏硬度为75）、己内酰胺/尼龙66盐/11-13碳氨基酸/聚醚酰胺（简称d，相对粘度为3.6，邵氏硬度为70），均购于北京心源科技有限公司；本发明实施例所使用的5号白油为市购；本发明实施例、对比例所使用的耐磨剂：马来酸酐接枝超高分子聚乙烯（简称e，分子量为300万），购于美国泰克拉公司，高分子聚硅氧烷（简称f，分子量为4500），购于德国科莱恩公司；本发明实施例所使用的硬度调节剂购于苏州金忠化工有限公司；本发明实施例所使用的尼龙扩链剂购于罗门哈斯；本发明实施例、对比例所使用的抗氧剂和抗紫外光吸收剂均购于罗门哈斯；本发明实施例、对比例所使用的原料或化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。
一种改性尼龙弹性体实施例1～8
一种改性尼龙弹性体实施例1～8和对比例1的原料组分及重量份如表1所示。
表1一种改性尼龙弹性体实施例1～8和对比例1的原料组分及重量份表
注：表中“-”表示未添加。
一种改性尼龙弹性体的制备方法实施例1～8
按照表1改性尼龙弹性体实施例1～8各原料组分及重量份，分别先将共聚尼龙弹性体和白油，在450rpm转速下，搅拌2min至均匀，再加入耐磨剂、硬度调节剂、尼龙扩链剂、主抗氧剂、辅抗氧剂、抗紫外光吸收剂和润滑剂，混合搅拌4min后，加入双螺杆共混挤出机，在190～230℃、转速为450rpm、真空度为-0.06mpa下，共混挤出，切粒，分别得改性尼龙弹性体1～8。
一种改性尼龙弹性体的应用实施例1～8
分别将改性尼龙弹性体1～8注射成型为联轴器用梅花弹性垫1～8，替代tpu弹性垫、橡胶弹性垫或浇注尼龙垫，应用于低速重载、低速低载或高速重载传动联轴器；所述注射成型前，先将所述改性尼龙弹性体1～8在110℃下，干燥5h；所述注射成型过程中，螺杆的加热温度为190～220℃，喷嘴的温度为240～260℃，注射的速度为50mm/s，注射的压力为60bar，成型的时间为50s。
对比例1
按照表1对比例1的原料组分及重量份，在tpu中，加入耐磨剂、主抗氧剂、辅抗氧剂、抗紫外光吸收剂和润滑剂，混合搅拌4min后，加入双螺杆共混挤出机，在190～230℃、转速为450rpm、真空度为-0.06mpa下，共混挤出，切粒，得弹性体。
将所得弹性体以改性尼龙弹性体的应用实施例1～8的方法注射成型为联轴器用梅花弹性垫。
为了考察本发明材料的性能，将本发明改性尼龙弹性体1～8与对比例1所得弹性体烘干后抽样，测试其磨耗（gb3960-2016）、挠曲龟裂等级（gb/t13934-2006）和邵氏硬度（gb/t531-1999）；再将本发明改性尼龙弹性体1～8注射成型的联轴器用梅花弹性垫1～8与对比例1所得弹性体注射成型的联轴器用梅花弹性垫安装在在建起重机上，装机考核其实际使用寿命，结果如表2所示。
表2实施例1～8和对比例1所得弹性体及注射成型的联轴器用梅花弹性垫的性能对比表
由表2可知，本发明实施例改性尼龙弹性体1～8的磨耗低至0.17mg，挠曲龟裂等级均比tpu弹性垫高，邵氏硬度可根据实际需求变化幅度大，性能远远优于tpu弹性体；本发明实施例1～8改性尼龙弹性体所注射成型的梅花联轴器弹性垫的最长使用寿命可达42个月，是tpu弹性垫的14倍，平均使用寿命是tpu弹性垫的12倍。