本发明涉及同时具有改进的韧性、耐磨性和摩擦阻力的聚酰胺6,6树脂组合物。在具有超高粘度的该组合物中，以预定的组成比包含聚乙烯和马来酸酐的接枝共聚物，层状纳米粘土和成核剂。
背景技术：
马达驱动动力转向(mdps)蜗轮是当方向盘转动时将马达的动力传递到车轮的装置。塑料制成的蜗轮持续地承受从金属蜗轮传递的高负荷和摩擦力，因此需要高的伸长率和强度，以及对金属的优异的摩擦。作为齿轮材料，主要使用聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的拉伸伸长率优异，但是其拉伸强度和对金属的摩擦不足。因此，存在由聚酰胺树脂制成的蜗轮的断裂、摩擦引起的凹陷等问题。
在用作蜗轮材料的聚合物复合材料的设计中，已经开发了用于提高聚酰胺6,6的强度和耐磨性的各种技术。例如，已知在表面上沉积具有高耐久性的膜的方法，通过使用润滑脂来提高耐久性的方法等。然而，这些技术不改进作为原料的聚合物本身，因此不能被看作是根本的解决方案。
作为改进聚酰胺树脂本身的性能的方法，已经继续研究添加剂的开发。例如，当使用有机抗磨损添加剂时，伸长率增大，但强度变差。当使用一般的无机添加剂时，拉伸伸长率变差并且韧性降低，因此断裂增加。
通过共混聚酰胺树脂和聚烯烃树脂来改进冲击强度和拉伸强度的研究已经进行，但是对金属的摩擦特性差，因此将该材料用作蜗轮材料存在问题。
因此，需要开发改进韧性、摩擦阻力和耐磨性的聚酰胺材料。
公开于该发明背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对发明背景的理解，因此其可以包含的信息并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
本发明致力于解决与现有技术相关的上述问题。
本发明致力于通过使用具有超高粘度的聚酰胺6,6作为基础树脂而提供同时具有优异韧性、耐磨性和摩擦阻力的新型聚酰胺树脂组合物。
本发明还致力于提供一种通过形成聚酰胺树脂组合物而制造的用于马达驱动动力转向装置的蜗轮。
在一个方面，本发明提供了一种聚酰胺6,6树脂组合物，其包含a)100重量份的超高粘度聚酰胺6,6，其中通过astmd789测量的相对粘度为150或更大，b)约1重量份至3重量份的聚乙烯和马来酸酐的接枝共聚物，c)约0.5重量份至约3重量份的层状纳米粘土，和d)约0.1重量份至约1重量份的成核剂。
另一方面，本发明提供一种通过形成聚酰胺6,6树脂组合物而制造的用于马达驱动动力转向装置的蜗轮。
根据本发明的聚酰胺6,6树脂组合物具有约83mpa或更大的拉伸强度(iso527)，30％或更大的断裂伸长率(iso527)，通过环对环摩擦和磨损测试仪测量的约0.30或更小的钢对金属的运动摩擦系数，以及约0.020mm3/kgf·km或更小的比磨损量。也就是说，根据本发明的聚酰胺6,6树脂组合物具有优异的韧性、摩擦阻力和耐磨性。
因此，根据本发明的聚酰胺6,6树脂组合物可用作马达驱动动力转向装置的蜗轮材料。
下面讨论本发明的其它方面和优选实施方案。
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(suv)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料(例如源于非石油的能源的燃料)车辆。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如具有汽油动力和电力动力两者的车辆。
下面讨论本发明的上述特征及其它特征。
附图说明
接下来将参照某些示例性实施例及其所显示的附图详细地描述本发明的以上和其它特征，在此之后所给附图仅作为示例的方式，因而对本发明是非限定性的，其中：
图1是表示用于测量聚酰胺6,6树脂组合物的摩擦阻力和耐磨性的测试装置的示意图。
应当了解，所附附图不是必须按比例，显示了说明本发明的基本原理的各种优选特征的略微简化的画法。在此所公开的本发明的特定的设计特征，包括例如特定的尺寸、定向、位置和形状，将部分地由特定目的的应用和使用环境加以确定。
在这些图形中，附图标记在贯穿附图的多幅图形中指代本发明的同样的或等同的部件。
具体实施方式
现在将在下文中详细地提及本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例示意在附图中并描述如下。虽然本发明与示例性的实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书不是要将本发明限制为那些示例性的实施例。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等同和其它实施方案。
本发明涉及同时具有优异的韧性(所期望的韧性)、摩擦阻力和耐磨性的聚酰胺6,6树脂组合物。本发明的聚酰胺6,6树脂组合物作为其中所需的组分包含a)作为基础树脂的超高粘度聚酰胺6,6，和b)聚乙烯和马来酸酐的接枝共聚物，c)层状纳米粘土，和d)成核剂。
下面将更详细地描述构成本发明的聚酰胺6,6树脂组合物的各组分。
超高粘度聚酰胺6,6
在本发明中，聚酰胺6,6可以用作基础树脂。在本发明中，选择具有超高粘度的聚酰胺6,6作为聚酰胺6,6。术语“超高粘度”是指其中通过astmd789测量的相对粘度为约150或更大的聚酰胺6,6，特别是其中通过astmd789测量的相对粘度为约150至约380(例如，约150、200、250、300、350或约380)的聚酰胺6,6。在本发明中，当用作基础树脂的聚酰胺6,6的相对粘度小于150时，树脂组合物的韧性低，断裂伸长率可能变差。因此，为了增强树脂组合物的韧性，可以使用具有超高粘度的聚酰胺6,6。
聚乙烯和马来酸酐的接枝共聚物
在本发明的树脂组合物中，作为必要组分可以包含聚乙烯和马来酸酐的接枝共聚物(以下称为“pe-g-ma”)。pe-g-ma用于增强聚酰胺6,6基础树脂的弱摩擦特性。
如化学式1所示，pe-g-ma具有其中马来酸酐(ma)在聚乙烯骨架中的一些乙烯重复单元中共聚的结构，并且ma的共聚比率相对于聚乙烯的重量为约0.5重量％至约3.5重量％(例如，约0.5重量％、1重量％、1.5重量％、2重量％、2.5重量％、3重量％或约3.5重量％)。
[化学式1]
在化学式1中，m表示乙烯重复单元的摩尔数，n表示ma所键合至的乙烯重复单元的摩尔数。
因为ma的羧基(-cooh)与用作基础树脂的聚酰胺6,6的末端胺基(-nh2)酰胺键合，因此包含在本发明的树脂组合物中的pe-g-ma改进了聚酰胺6,6的摩擦特性。
作为其中共聚ma的改性聚烯烃树脂，除了pe-g-ma之外，epdm-g-ma，sebs-g-ma等是已知的。本发明部分地基于如下发现：改性聚烯烃树脂中的pe-g-ma有效地改进了超高粘度聚酰胺6,6的摩擦特性，并且进一步解决了由于添加改性聚烯烃树脂而引起的拉伸强度变差的问题。因此，为了改进具有超高粘度的聚酰胺6,6的摩擦特性并使抗拉强度的变差最小化，优选选择并使用pe-g-ma作为改性聚烯烃树脂。
基于100重量份的用作基础树脂的聚酰胺6,6，pe-g-ma可以以约1重量份至约3重量份(例如约1重量份，2重量份或约3重量份)的范围使用。当pe-g-ma的含量小于1重量份时，难以预期改进具有超高粘度的聚酰胺6,6的摩擦特性的期望效果，并且当pe-g-ma的含量大于3重量份时，存在树脂组合物的拉伸强度大大降低的问题。
层状纳米粘土
本发明的树脂组合物包括层状纳米粘土，以通过提高表面硬度来提高耐磨性。
术语“纳米粘土”是层状粘土化合物的纳米复合材料，通常通过将层状粘土化合物释放和分散在作为具有纳米级的有机基质的聚合物材料中来制备。层状粘土化合物可以是选自蒙脱石、膨润土、云母、高岭石、锂蒙脱石、氟锂蒙脱石、皂石、贝得石、绿脱石、硅镁石、蛭石、多水高岭土、铬岭石、锌蒙脱石、麦烃硅钠石和斜水硅钠石中的至少一种。层状粘土化合物可以具有小于约10μm(例如，约9.7μm、约9μm、8μm、7μm、6μm、5μm、4μm、3μm、2μm、约1μm，或更小)的颗粒尺寸，并特别地可以使用膨润土。
通常地，为了提高表面硬度，还添加作为针状无机材料的硅灰石。然而，当针状无机材料添加到本发明的树脂组合物中时，存在树脂组合物的伸长率降低的问题。因此，在本发明的树脂组合物中，作为通过提高具有超高粘度的聚酰胺6,6的表面硬度而提高耐磨性并使伸长率的变差最小化的无机材料，可以使用层状纳米粘土。此外，与其它无机填料不同，仅添加少量的纳米粘土以改进耐磨性，并且不会不利地影响树脂的伸长率，从而保持韧性。
基于100重量份的用作基础树脂的聚酰胺6,6，纳米粘土可以约0.5重量份至约3重量份(例如，约0.5重量份、1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份或3重量份)的范围使用。当纳米粘土的含量小于0.5重量份时，难以预期改进耐磨性的效果，当含量大于3重量份时，存在树脂组合物的伸长率大大降低的问题。
成核剂
在本发明的树脂组合物中，为了通过提高结晶度而改进拉伸强度，成核剂作为必要的组分而加入。
成核剂可以使用无机成核剂、有机成核剂，或有机/无机复合成核剂。详细地，作为无机成核剂，可以包括硅酸镁形式的滑石，并且作为有机成核剂可以包括adeka公司的na-11、na-21、na-05产品系列，brueggemann公司的bruggolenp22等。作为有机/无机复合成核剂，可以包括bruggolenp250等。在本发明中，成核剂的选择没有特别限制于此。在一些实施方案中，成核剂是具有板结构的硅酸镁形式的滑石。这样的成核剂可以增大聚酰胺6,6树脂的结晶度。
基于100重量份的用作基础树脂的聚酰胺6,6，成核剂可以0.1重量份至1重量份(例如，约0.1重量份、0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份或约1重量份)的范围使用。当成核剂的含量小于0.1重量份时，难以预期改进结晶度的效果，当含量大于1重量份时，存在树脂组合物的韧性大大降低的问题。
其它添加剂
在本发明的树脂组合物中，可以进一步包括至少一种选自润滑剂和抗氧化剂的添加剂。
润滑剂可以用于改进树脂组合物的计量的可操作性和模制品的脱模性。润滑剂可以包括选自ldpe蜡型、丙烯酸酯型、褐煤蜡型，lico蜡型、硬脂酸金属盐型等中的至少一种。在本发明中，润滑剂的选择，没有特别限定于此。
基于100重量份的用作基础树脂的聚酰胺6,6，润滑剂可以约0.1重量份至约1重量份(例如，约0.1重量份、0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份或约1重量份)的范围使用。当润滑剂的含量低于0.1重量份，则难以预期加成效果，以及当其含量大于1重量份时，可能会发生树脂组合物的性能变差和由气体产生引起的外观缺陷。
抗氧化剂可用于抑制树脂组合物的热解或氧化反应。抗氧化剂可包括选自苯酚型主抗氧化剂，亚磷酸盐型次抗氧化剂，硫酯型硫类抗氧化剂等中的至少一种。在本发明中，抗氧化剂的选择没有特别限定于此。
基于100重量份的用作基础树脂的聚酰胺6,6，抗氧化剂可以约0.1重量份至约1重量份(例如，约0.1重量份、0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份或约1重量份)的范围使用。当抗氧化剂的含量低于0.1重量份，则难以预期加成效果，以及当其含量大于1重量份时，可能会发生由气体产生引起的外观缺陷。
满足上述组分和组成比率的聚酰胺6.6树脂组合物具有83mpa或更大的拉伸强度(iso527)，约30％或更大(例如，约30％、约40％、约50％、约60％，或更大)的断裂伸长率(iso527)，通过环对环摩擦和磨损测试仪测量的约0.30或更小(例如约0.30、0.25、0.2、0.15、0.1或更小)的钢对金属的动摩擦系数，以及约0.020mm3/kgf·km或更小(例如约0.020mm3/kgf·km、0.016mm3/kgf·km、0.014mm3/kgf·km或更小)的比磨损量的性能。也就是说，本发明的聚酰胺6,6树脂组合物同时具有优异的拉伸强度、断裂伸长率、摩擦阻力和耐磨性，因此可用作用于马达驱动动力转向装置(mdps)的蜗轮材料。
如上所述，将基于以下实施例更详细地描述本发明，但本发明并不限于此。
实施例
以下实施例示例了本发明，并且并非旨在限制本发明。
实施例1至3和对比实施例1至8：聚酰胺6,6树脂组合物的制备
将各成分以下表1所示的组成比进行混合以制备聚酰胺6,6树脂组合物。
<所用的成分>
超高粘度聚酰胺6,6：通过astmd789，invistahv240anc01测量的相对粘度为240。
高粘度聚酰胺6,6(高粘度)：通过astmd789，invistahv125anc01测量的相对粘度为125。
pe-g-ma：部分极化的pe，gr-216(dowchemical公司的产品)，m.p.145℃，比重为0.88，mi为1.3g/10min。
epdm-g-ma：部分极化的epdm，416d(dupont公司产品)，m.p.43℃，比重为0.87，mi为23g/10min。
s-ebs-g-ma：部分极化的s-ebs，fg1901(kraton公司的产品)，mi为14至28g/10min。
纳米粘土：层状膨润土，cloisite20(byk公司的产品)，d50<10μm，双(氢化牛脂烷基)二甲基氯化物的膨润土盐。
硅灰石：硅灰石，平均粒径7μm，比重2.9，mohs硬度4.5，表面积2.9m2/g。
成核剂：板型滑石，尺寸3.5至0.5μm，kc-5000(koch公司的产品)。
润滑剂：ldpe蜡型，l-c102n(lionchemtech公司的产品)。
抗氧化剂：酚类主抗氧化剂，songnox1098(songwon公司的产品)。
[表1]
测试实施例
聚酰胺6,6树脂组合物的性能测量
将在实施例1至3和对比实施例1至8中制备的聚酰胺6,6树脂组合物在250℃下加热的双轴熔融挤出机中熔融并研磨以制备丸粒。然后，将丸粒在100℃下干燥4小时，然后使用在250℃下加热的螺杆挤出机制备试样。对于制备的样品，基于iso527测试方法测量拉伸强度和断裂伸长率。
对于在实施例1至3和对比实施例1至8中制备的聚酰胺6,6树脂组合物，为了评价摩擦和磨损，通过使用图1所示的环对环摩擦和磨损测试仪根据jisk7218方法测量性能。也就是说，在将环形样品安装在测试仪上并且以120n的负载以100mm/sec的评价速度旋转的同时，将磨损量评价60分钟，并分析摩擦和磨损特性。作为相对金属，使用钢(s45c)。
将通过测试实施例方法测量的性能的评价结果列于下表2中。
[表2]
根据表2的结果，评价了实施例1至3中制备的聚酰胺6,6树脂组合物具有83mpa或更大的拉伸强度(iso527)，30％或更大的断裂伸长率(iso527)，通过环对环摩擦和磨损测试仪测量的0.30或更小的钢对金属的运动摩擦系数，以及0.020mm3/kgf·km或更小的比磨损量。也就是说，可以看出本发明的聚酰胺6,6树脂组合物具有优异的拉伸强度、断裂伸长率、摩擦阻力和耐磨性，因此可用作马达驱动动力转向装置(mdps)的蜗轮材料。
同时，对比实施例1是包括具有高粘度(相对粘度为125)的聚酰胺6,6作为基础树脂的树脂组合物，并且可以看出与实施例1的包含具有超高粘度的聚酰胺6,6的组合物相比伸长率较低。对比实施例2是含有大量pe-g-ma的树脂组合物，可以看出拉伸强度变差。对比实施例3是包含大量层状纳米粘土的组合物，可以看出可获得改进摩擦阻力和耐磨性的效果，但伸长率较低。对比实施例4是不含添加剂的包含高粘度(相对粘度125)的聚酰胺6,6的树脂组合物，可以看出拉伸强度，摩擦阻力和耐磨性较差。对比实施例5是不含pe-g-ma和纳米粘土的包含高粘度(相对粘度125)的聚酰胺6,6的树脂组合物，可以看出拉伸强度和伸长率优异，但是摩擦阻力和耐磨性较差。对比实施例6是在实施例2的组合物中含有针状硅灰石代替层状纳米粘土的组合物，可以看出伸长率、摩擦阻力和耐磨性较差。此外，对比实施例7和8是在实施例2的组合物中包含epdm-g-ma或sebs-g-ma的改性烯烃而不是pe-g-ma的组合物，并且可以看出，拉伸强度、摩擦阻力和耐磨性较差。在对比实施例7和8中，可以看出在包含sebs-g-ma的组合物中，伸长率较低并且拉伸强度、摩擦阻力和耐磨性也较低。结果，可以看出在包含具有超高粘度的聚酰胺6,6的树脂组合物中，通过选择改性烯烃，显著改变了拉伸强度、伸长率、摩擦阻力和耐磨性。
根据测试实施例的结果，在包含具有超高粘度的聚酰胺6,6的树脂组合物中，为了同时满足拉伸强度、摩擦阻力和耐磨性，可以看出选择pe-g-ma和层状纳米粘土是非常重要的。
参考本发明的优选示例性实施方案详细描述了本发明。然而，应理解，下本领域技术人员可以对这些实施方案作出改变而不脱离本发明的原理和精神，本发明的范围限定在所附权利要求其等同方案中。