本发明涉及到一种复合材料及其制备方法，具体地说是一种耐磨尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术：
：尼龙作为一种通用工程塑料，可以通过添加石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等耐磨剂的改性方式提高自润滑性能，从而应用于减摩耐磨领域。但因上述耐磨剂与尼龙的相容性较差，会大幅度降低复合材料的力学性能。如申请号为201710521122.9的发明专利申请公开了一种耐磨行星齿轮尼龙材料，其使用了聚四氟乙烯耐磨剂，但因聚四氟乙烯和尼龙没有可结合的基团，将其进行表面改性也十分困难。超高分子量聚乙烯（uhmwpe）是一种分子量极高的热塑性工程塑料，它具有普通聚乙烯及其它工程塑料不可比拟的耐磨性、耐冲击性及耐低温性能。超高分子量聚乙烯与尼龙共混可以改善尼龙的低温冲击韧性、尺寸稳定性和摩擦磨损性能等，从而拓宽尼龙的应用范围。但由于uhmwpe是非极性材料，而尼龙为强极性材料，必须加入相容剂才能获得良好的力学性能。目前使用的相容剂主要有hdpe-g-mah和hdpe-g-gma。如申请号为201711377577.4的发明专利申请公开了一种提高超高分子量聚乙烯与尼龙6间亲和力的方法，它采用hdpe-g-gma作为相容剂来增强uhmwpe/pa界面结合力。而申请号为201711464311.3的发明专利申请则公开了一种尼龙改性超高分子量聚乙烯共混材料，其采用了hdpe-g-mah的增容技术。上述两种相容剂的使用虽然在一定程度上增强了uhmwpe/pa的界面结合力，但这两种相容剂与pa和uhmwpe基体的相容性并不能达到最优。虽然uhmwpe还可以通过接枝改性提高与尼龙基体的相容性，但由于uhmwpe的耐热性能较低，因此普通的接枝改性方法实施起来也较困难。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题在于提出一种既具有优异的低温柔韧性和耐磨性，又具有极佳的力学性能和加工性能的耐磨尼龙复合材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本发明一种耐磨尼龙复合材料由下列质量份的原料制备而成：59～80份尼龙，10～30份超高分子量聚乙烯(uhmwpe)，3～10份相容剂,1～5份纳米耐磨导热剂,0.5～3份润滑剂和0.1～1份抗氧剂。上述一种耐磨尼龙复合材料，所述超高分子量聚乙烯(uhmwpe)的分子量≥400万。上述一种耐磨尼龙复合材料，所述尼龙为尼龙6、尼龙66的一种或两种的混合物。上述一种耐磨尼龙复合材料，所述纳米耐磨导热剂为纳米碳化硅、纳米氮化硅、纳米氮化铝、纳米氮化硼的一种或两种以上（含两种）的混合物，所述纳米耐磨导热剂的粒径为50～100nm。上述一种耐磨尼龙复合材料，所述纳米耐磨导热剂经偶联剂有机化表面处理。上述一种耐磨尼龙复合材料，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。上述一种耐磨尼龙复合材料，所述相容剂为马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯（uhmwpe-g-mah），所述马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯的制备原料包括超高分子量聚乙烯、低分子量聚乙烯、马来酸酐和过氧化二异丙苯，上述原料经共混反应挤出制成，所述超高分子量聚乙烯的分子量为100～200万，所述低分子量聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯的一种或两种或三种混合物。上述一种耐磨尼龙复合材料，所述润滑剂为马来酸酐接枝聚乙烯蜡和硅酮粉按照质量比例1:1的混合物。上述一种耐磨尼龙复合材料，所述抗氧剂为n,n＇-双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯按照质量比例1:1的混合物。一种耐磨尼龙复合材料的制备方法，它包括如下步骤：采用偶联剂对纳米耐磨导热剂进行有机化表面处理：将纳米耐磨导热剂加入高速搅拌机中，然后将占所述纳米耐磨导热剂质量0.5%～1.5%的硅烷偶联剂和乙醇按质量比1:5配置成稀溶液，直接喷洒在所述纳米耐磨导热剂上并高速搅拌10～30min，处理完后在120℃温度条件下烘干2小时；②采用下列质量份的原料制备相容剂uhmwpe-g-mah：将80～95份超高分子量聚乙烯，5～15份低分子量聚乙烯，0.5～5份马来酸酐和0.05～0.5份过氧化二异丙苯一起在高速混合机中混合均匀，然后加入挤出机中反应挤出，即得到相容剂uhmwpe-g-mah粒料；所述超高分子量聚乙烯的基体分子量为100～200万；所述反应挤出过程中的温度分别为：加料段140～160℃，熔融段160～180℃，反应段180～200℃；③将经步骤①处理后的所述纳米耐磨导热剂、步骤②制得的所述相容剂uhmwpe-g-mah、经干燥处理的尼龙、uhmwpe、抗氧剂和润滑剂倒入高速搅拌机中高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒，制得耐磨尼龙复合材料。本发明由于采用了上述技术方案，它通过添加导热填料方式进行改性，可大幅提高散热性，有利于降低摩擦温度，从而更好地发挥uhmwpe的耐磨优势，获得自润滑性能和导热性能优异、耐磨性能极佳的改性尼龙材料，综合性能优良，可在较高的温度环境下包括滑动轴承领域得到应用。它采用uhmwpe-g-mah作为相容剂，克服了现有uhmwpe的加工流动性难题，充分发挥其耐磨剂和相容剂的双功能性，更好地解决了uhmwpe和尼龙的相容性。同时，它采用偶联剂对纳米耐磨导热剂进行有机化表面处理，提高了耐磨导热剂在基体树脂中的分散性，从而改善了纳米耐磨导热剂与尼龙基体的粘结性，使制得的导热耐磨尼龙复合材料在耐磨性能和导热性能方面有显著的提高，并保持了优异的力学性能。与现有的耐磨剂包括石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等相比，添加量少，而且其密度小，在降低生产成本的同时减轻复合材料的重量，耐磨的同时具有优异的导热性能，扩大了其应用范围，可作为滑动轴承使用。使用分子量≥400万的超高分子量聚乙烯制得的耐磨尼龙复合材料的力学性能和耐磨性能更佳。本发明制备方法简单、有效，制得的耐磨尼龙复合材料不仅密度小、重量轻、耐磨性能突出，而且吸水性低、尺寸稳定性高。具体实施方式实施例1本发明耐磨尼龙复合材料采用如下方法制备而成：（1）采用偶联剂对纳米耐磨导热剂进行有机化表面处理：将纳米碳化硅和纳米氮化硅按质量比1:1混合，制成纳米耐磨导热剂，并将上述纳米耐磨导热剂加入高速搅拌机中。以γ-氨丙基三乙氧基硅烷为偶联剂，其质量为上述纳米耐磨导热剂的1%。将上述偶联剂和乙醇按质量比1:5配置成稀溶液，直接喷洒在纳米耐磨导热剂上并高速搅拌20min，处理完后在120℃温度条件下烘干2小时。（2）采用下列质量份的原料制备相容剂uhmwpe-g-mah：将85份超高分子量聚乙烯，10份低密度聚乙烯，5份马来酸酐和0.05份过氧化二异丙苯一起在高速混合机中混合均匀，加入挤出机中反应挤出，即得到uhmwpe-g-mah粒料。其中，超高分子量聚乙烯的基体分子量为100万。反应挤出过程中各段的温度为：加料段160℃，熔融段180℃，反应段190℃。（3）将4份（质量份，下同）经步骤（1）处理后的纳米耐磨导热剂，5份步骤（2）制得的uhmwpe-g-mah，76份经干燥处理的尼龙66，15份uhmwpe，由0.2份抗氧剂1098（n,n＇-双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺）和0.2份抗氧剂168（亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯）混合成的抗氧剂及0.5份马来酸酐接枝聚乙烯蜡和0.5份硅酮粉混合成的润滑剂，一起倒入高速搅拌机中高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒，制得本发明耐磨尼龙复合材料。其中，超高分子量聚乙烯uhmwpe的基体分子量为400万。实施例2本发明耐磨尼龙复合材料采用如下方法制备而成：（1）采用偶联剂对纳米耐磨导热剂进行有机化表面处理：将纳米氮化铝和纳米氮化硼按质量比1:1混合，制成纳米耐磨导热剂，将将上述纳米耐磨导热剂加入高速搅拌机中。然后，以γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为偶联剂，其质量为上述纳米耐磨导热剂的0.5%，将上述偶联剂和乙醇按质量比1:5配置成稀溶液，直接喷洒在上述纳米耐磨导热剂上并高速搅拌30min，处理完后120℃烘干2小时。（2）采用下列质量份的原料制备相容剂uhmwpe-g-mah：将90份超高分子量聚乙烯，15份线性低密度聚乙烯，3份马来酸酐和0.4份过氧化二异丙苯一起在高速混合机中混合均匀，加入挤出机中反应挤出，即得到uhmwpe-g-mah粒料。其中，超高分子量聚乙烯的基体分子量为130万。反应挤出过程中各段的温度为：加料段140℃，熔融段160℃，反应段180℃。（3）将1份经步骤（1）处理后的纳米耐磨导热剂，10份步骤（2）制得的uhmwpe-g-mah，60份经干燥处理的尼龙6，30份uhmwpe，0.05份抗氧剂1098，0.05份抗氧剂168，1.5份马来酸酐接枝聚乙烯蜡和1.5份硅酮粉倒入高速搅拌机中高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒，制得本发明耐磨尼龙复合材料。其中，超高分子量聚乙烯uhmwpe的基体分子量为500万。实施例3本发明耐磨尼龙复合材料采用如下方法制备而成：（1）采用偶联剂对纳米耐磨导热剂进行有机化表面处理：将纳米碳化硅、纳米氮化硅和纳米氮化铝按质量比1:1:1混合，制得纳米耐磨导热剂，并将上述纳米耐磨导热剂加入高速搅拌机中。然后，将占上述纳米耐磨导热剂质量1.5%的硅烷偶联剂（γ-氨丙基三乙氧基硅烷）和乙醇按质量比1:5配置成稀溶液，直接喷洒在纳米耐磨导热剂上并高速搅拌10min，处理完后120℃烘干2小时。（2）采用下列质量份的原料制备相容剂uhmwpe-g-mah：将95份超高分子量聚乙烯，5份高密度聚乙烯，4份马来酸酐和0.1份过氧化二异丙苯一起在高速混合机中混合均匀，加入挤出机中反应挤出，即得到uhmwpe-g-mah粒料。其中，超高分子量聚乙烯的基体分子量为200万。反应挤出过程中各段的温度为：加料段150℃，熔融段170℃，反应段200℃。（3）将5份经步骤（1）处理后的纳米耐磨导热剂，8份步骤（2）制得的uhmwpe-g-mah，68份经干燥处理的尼龙66，10份uhmwpe，0.5份抗氧剂1098，0.5份抗氧剂168，0.25份马来酸酐接枝聚乙烯蜡和0.25份硅酮粉倒入高速搅拌机中高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒，制得本发明耐磨尼龙复合材料。，其中，超高分子量聚乙烯uhmwpe的基体分子量为600万。实施例4本发明耐磨尼龙复合材料，它采用如下方法制备而成：（1）采用偶联剂对纳米耐磨导热剂进行有机化表面处理：以纳米碳化硅为纳米耐磨导热剂，将其加入高速搅拌机中。然后，将占纳米耐磨导热剂质量1.5%的硅烷偶联剂（γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷）和乙醇按质量比1:5配置成稀溶液，直接喷洒在上述纳米纳米导热剂上并高速搅拌30min，处理完后120℃烘干2小时。（2）采用下列质量份的原料制备相容剂uhmwpe-g-mah：将85份超高分子量聚乙烯，10份低密度聚乙烯，5份马来酸酐和0.05份过氧化二异丙苯一起在高速混合机中混合均匀，加入挤出机中反应挤出，即得到uhmwpe-g-mah粒料。其中，超高分子量聚乙烯的基体分子量为100万。反应挤出过程中各段的温度为：加料段145℃，熔融段163℃，反应段175℃。（3）将3份经步骤（1）处理后的纳米耐磨导热剂，3份步骤（2）制得的uhmwpe-g-mah，80份经干燥处理的尼龙66，12份uhmwpe，0.2份抗氧剂1098，0.2份抗氧剂168，0.5份马来酸酐接枝聚乙烯蜡和0.5份硅酮粉倒入高速搅拌机中高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒，制得本发明耐磨尼龙复合材料。其中，超高分子量聚乙烯uhmwpe的基体分子量为400万。实施例5本发明耐磨尼龙复合材料，它采用与实施例1基本相同的方法制备而成，不同之处在于，本实施例以纳米氮化硅为纳米耐磨导热剂。实施例6本发明耐磨尼龙复合材料，它采用与实施例1基本相同的方法制备而成，不同之处在于，本实施例的纳米耐磨导热剂采用由纳米碳化硅、纳米氮化硅、纳米氮化硼和纳米氮化铝四种原料，按质量比1:1:1:1混合而成。为进一步说明本发明制备方法中相关技术特征的有益效果，特另外实施了下列五个对比例：对比例1制备方法与上述实施例1基本相同，不同之处在于：步骤（3）中超高分子量聚乙烯uhmwpe的基体分子量为100万。对比例2制备方法与上述实施例1基本相同，不同之处在于：纳米耐磨导热剂为未经表面处理的纳米耐磨导热剂。对比例3制备方法与上述实施例1基本相同，不同之处在于：步骤（3）中，将5份uhmwpe-g-mah，80份经干燥处理的尼龙66，15份uhmwpe，0.2份抗氧剂1098，0.2份抗氧剂168，0.5份马来酸酐接枝聚乙烯蜡和0.5份硅酮粉倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒，制得耐磨尼龙复合材料。其中，超高分子量聚乙烯的基体分子量为400万。对比例4制备方法与上述实施例1基本相同，不同之处在于：步骤（3）中，将4份经步骤（1）处理后的纳米耐磨导热剂，5份hdpe-g-mah，77份经干燥处理的尼龙66，15份uhmwpe，0.2份抗氧剂1098，0.2份抗氧剂168，0.5份马来酸酐接枝聚乙烯蜡和0.5份硅酮粉倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒，制得尼龙复合材料。其中，超高分子量聚乙烯是基体分子量为400万的超高分子量聚乙烯。对比例5制备方法与上述实施例1基本相同，不同之处在于：步骤（3）中，将4份聚四氟乙烯，5份uhmwpe-g-mah，77份经干燥处理的尼龙66，15份uhmwpe，0.2份抗氧剂1098，0.2份抗氧剂168，0.5份马来酸酐接枝聚乙烯蜡和0.5份硅酮粉倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒，制得尼龙复合材料。其中，超高分子量聚乙烯的基体分子量为400万。对上述实施例1-6与对比例1-5制备的尼龙复合材料的导热性能采用gb/t3399-1982测试，耐磨性能根据0.75mpa、48h条件进行测定，极限pv值采用gb/t7948-1987来测定，其物性数据见表1。表1质量份实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6对比例1对比例2对比例3对比例4对比例5热导率/w/(m·k)0.430.320.500.400.420.450.390.340.240.400.26摩擦系数0.110.090.120.130.120.100.250.270.250.280.3048小时磨耗/um/km0.360.300.390.400.410.330.660.750.790.800.85极限pv值（干运行）/n/mm2·m/s0.250.230.280.240.250.260.150.140.120.130.10从上表中可看出，本发明制备的耐磨尼龙复合材料显著改善了导热性能，其中实施例3的热导率最高，达到了0.50w/(m·k)，而对比例制备的复合材料的热导率整体较低。另外，本发明制备的产品摩擦系数低、磨耗量小，且极限pv值较大，呈现出了优良的耐磨性能。因此，从实施例1-6和对比例1-5中可以看出，本发明在导热性能提高的同时，复合材料的耐磨性能都有显著的提高。本发明材料中，当纳米耐磨导热剂采用纳米碳化硅、纳米氮化硅、纳米氮化铝、纳米氮化硼的两种或两种以上的混合物时，各原料的质量比为1:1、1:1:1或1:1:1:1。相容剂马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯的制备原料低分子量聚乙烯可以采用高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯的两种或三种混合物，各原料的质量比为1:1或1:1:1。当前第1页12