一种自润滑MC尼龙弹带材料的制备方法与流程

本发明涉及自润滑滑动密封及高压气体冲击领域，尤其涉及一种自润滑mc尼龙弹带材料的制备方法。

背景技术：

滑动弹带是杆式弹体的关键组件之一，广泛用于线膛炮和滑膛炮尾翼稳定弹体，对弹体的出口速度、飞行姿态、膛内挠动以及气流密封性产生重要影响，弹带位于弹体和炮管之间，与炮管和弹体在短时间内产生强烈的滑动摩擦。其主要作用为：一、密封闭气，阻止火药燃烧而产生气体的泄露，提高药能的利用效率，获得更高的炮口初速；二、定位作用，保证弹体在炮膛内的正常运动，降低弹体在膛内的起始挠动，弹体离开炮管之后，减小对弹体飞行姿态的影响；三、减小弹体与炮管的摩擦磨损，提高炮管的使用寿命，同时降低炮管对弹体的摩擦阻力，提升速度。此外，充分利用滑动弹带与弹体之间的自润滑作用,降低弹体飞行过程中的转速，从而提高弹体的弹道稳定性和着靶密集度。

弹带通常使用的材料为铜或纯铁等金属材料，不仅与炮管的摩擦力大，而且对炮管的磨损也严重，严重影响着炮管的使用寿命。另外，由于金属材料密度高，重量大，发射过程中的能量损失较高，严重影响着弹体飞行速度和着靶威力。随着化学新材料的开发和工业技术的发展，金属弹带已经不能够满足现代装备的需要。国内外相继开展了高分子弹带材料研制，具有优异自润滑性能高分子材料的弹带已成为弹体组件的重要应用，可以显著提升弹体各项关键指标。

美国专利usp4239006公开了一种利用石墨、二硫化钼填充尼龙自润滑高分子弹带与结构设计方法，应用于步枪和手枪弹体中，可以大幅度提高发射速度。美国专利usp5165041公开了一种易碎的脱壳穿甲弹，利用尼龙材料作为弹带，可以显著提高穿甲弹的射击速度。中国发明专利cn104339677a公开了一种穿甲弹用mc尼龙弹带的制造方法，具体步骤为：将己内酰胺原料加热融化，在不同时间段加入氢氧化钠、2,4-二异氰酸甲苯酯和n，n`-二(β-萘基)对苯二胺，聚合成型为一定尺寸的尼龙管材，再车削加工成所需尺寸的滑动弹带。此方法的不足之处在于，氢氧化钠作为己内酰胺阴离子聚合的催化剂，在反应过程中会生成水分子；同时氢氧化钠本身易吸水，容易造成反应过程的聚合不稳定或生成的水分子在聚合反应过程中不能完全去除，从而导致聚合度不足、出现气孔甚至阻聚等现象，严重影响滑动弹带的物理机械强度和产品稳定性。另外，使用氢氧化钠催化剂和甲苯二异氰酸酯活化剂制备的尼龙弹带材料在贮存过程中容易泛黄，从而导致产品性能下降等问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高产品性能的自润滑mc尼龙弹带材料的制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种自润滑mc尼龙弹带材料的制备方法，包括以下步骤：

⑴将离心模具在离心机中加热至175±3℃，保持温度恒定；

⑵将单体置于反应容器中，于90℃~130℃使其全部完全熔化，并抽真空至-0.08mpa以下，保持20~30分钟；

⑶在所述反应容器中加入所述单体重量0.2%~0.4%的催化剂，继续抽真空至-0.08mpa以下，温度保持在120℃~130℃，并保持磁力搅拌和真空状态，持续20~30分钟；

⑷按所述单体重量计，将1%~5%的润滑剂、2~5%的增强剂和1%~15%增韧剂依次加入所述反应容器中，继续抽真空至-0.08mpa以下，温度保持在120℃~130℃，并保持磁力搅拌和真空状态，持续20~30分钟；

⑸在所述反应容器中加入所述单体重量0.1%~2%的活化剂，并使其迅速溶解，快速搅拌后浇铸至所述步骤⑴所得的离心模具中，使离心模具转速保持在700~1500转/分钟，持续时间为20±3分钟，停止模具旋转和关闭模具加热，使其自然冷却至室温，取出模具中管件；

⑹将制得的管件放在硅油槽中进行加热处理，在设定140℃的温度下油浴，油浴时间为4~10小时；

⑺将油浴结束的管件在94~95℃水浴槽中继续加热4~10小时，即得自润滑mc尼龙弹带材料。

所述步骤⑵中的单体是指己内酰胺（cl）与十二内酰胺（ll）按1:1~8:1的重量比混合均匀的混合物。

所述步骤⑶中的催化剂为有机钠盐，该有机钠盐是指甲醇钠或己内酰胺钠。有机钠盐与己内酰胺进行反应生成环酰胺阴离子，催化反应过程中没有水分子生成。

所述步骤⑷中的润滑剂是指石墨和聚四氟乙烯粉末按1:1~1:5的重量比混合均匀的混合物。

所述石墨的平均粒径≤10μm。

所述聚四氟乙烯粉末的平均粒径≤5μm，平均分子量≤30000。

所述步骤⑷中的增强剂是指将多孔二氧化硅粉体置于密闭容器中，利用真空泵对多孔二氧化硅粉体进行真空抽滤，然后在负压状态下吸入液体石蜡或熔融后的聚乙烯蜡，待压力达到平稳状态后，继续进行真空抽滤10~20分钟；解除真空后对物料进行粉碎、研磨、过筛处理即得；所述多孔二氧化硅与所述液体石蜡或所述聚乙烯蜡的重量比为1:1~1:3。

所述多孔二氧化硅的平均粒径≤5μm，比表面积≥700m²/g，介孔孔径≥200nm。

所述步骤⑷中的增韧剂是指分子量为300~6000的三官能度聚醚胺（pea），其中的柔性分子链为聚丙二醇醚，该分子链结构式为。

所述步骤⑸中的活化剂是指封端型多异氰酸酯（c-hdi）或碳化二亚胺改性的芳香族二异氰酸酯（ci-tdi）；所述封端型多异氰酸酯是指己内酰胺封端的六亚甲基二异氰酸酯或hdi缩二脲；所述碳化二亚胺改性的芳香族二异氰酸酯中碳化二亚胺含量≥12%，异氰酸根基团（nco）含量≥29%。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明利用长链内酰胺单体进行阴离子聚合反应，在有机碱性催化剂的作用下，利用封端和改性型异氰酸酯活化剂对反应体系进行扩链和交联反应，在聚合过程中加入润滑剂、增强剂和增韧剂，改善材料的力学强度和自润滑性，最终通过离心浇铸成型自润滑高分子弹带管材。再通过对弹带管材进行热处理，调控材料的结晶度和内应力，最终机械加工后可制备出满足弹体性能要求的mc尼龙弹带。

2、本发明所制备的自润滑mc尼龙弹带材料具有良好的尺寸稳定性、较低的吸水率、优异的自润滑性和机械强度，应用于滑动弹带时，可以提高炮膛发射瞬间的密封闭气性能，对弹体飞行姿态稳定性起到重要作用；同时，还可以显著降低摩擦阻力、炮口旋转速度，提高炮口初速。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明自润滑mc尼龙弹带材料的管件坯料示意图。

图2为机械加工后的弹带示意图。

具体实施方式

实施例1一种自润滑mc尼龙弹带材料的制备方法，包括以下步骤：

⑴将离心模具在离心机中加热至175±3℃，保持温度恒定。

⑵将1600g己内酰胺（cl）和200g十二内酰胺（ll）固体粉料装入3000ml反应容器中，于90℃使其全部完全熔化，并抽真空至-0.08mpa以下，打开磁力搅拌器，保持25分钟。

⑶解除真空，在反应容器中加入6.4g甲醇钠，继续抽真空至-0.08mpa以下，温度保持在125℃，并保持磁力搅拌和真空状态，持续25分钟。

⑷解除真空，将54g增韧剂（pea）和80g润滑剂（石墨：聚四氟乙烯=1:2）同时加入反应容器中，继续抽真空至-0.08mpa以下，温度保持在126℃，并保持磁力搅拌和真空状态，持续20分钟。解除真空，加入36g已制备好的增强剂（多孔二氧化硅：液体石蜡=1:3），继续抽真空至-0.08mpa以下，温度为130℃，保持磁力搅拌和真空状态，持续30分钟。

⑸解除真空，开启模具转动开关，设定转速为800转/分钟；在反应容器中加入12.6g活化剂（c-hdi），手动摇晃活化剂颗粒消失后，迅速浇铸至旋转的步骤⑴所得的离心模具中，持续时间为20±3分钟，停止模具旋转和关闭模具加热，使其自然冷却至室温，取出模具中管件。

⑹将制得的管件放在硅油槽中进行加热处理，在设定140℃的温度下油浴，油浴时间为4小时。

⑺将油浴结束的管件在94~95℃水浴槽中继续加热10小时，即得自润滑mc尼龙弹带材料。

本实施例提供生产的管件如附图1所示，然后加工成附图2所示的弹带。将其管件材料加工成测试试样，按照gb/t2918进行调节处理以后性能测试结果如表1：

表1性能测试结果

实施例2一种自润滑mc尼龙弹带材料的制备方法，包括以下步骤：

⑴将离心模具在离心机中加热至175±3℃，保持温度恒定。

⑵将1000g己内酰胺（cl）和800g十二内酰胺（ll）固体粉料装入3000ml反应容器中，于130℃使其全部完全熔化，并抽真空至-0.08mpa以下，打开磁力搅拌器，保持20分钟。

⑶解除真空，在反应容器中加入3.6g己内酰胺钠，继续抽真空至-0.08mpa以下，温度保持在125℃，并保持磁力搅拌和真空状态，持续25分钟。

⑷解除真空，将100g增韧剂（pea）和18g润滑剂（石墨：聚四氟乙烯=1:1）同时加入反应容器中，继续抽真空至-0.08mpa以下，温度保持在126℃，并保持磁力搅拌和真空状态，持续23分钟。解除真空，加入50g已制备好的增强剂（多孔二氧化硅：液体石蜡=1:2），继续抽真空至-0.08mpa以下，温度为130℃，保持磁力搅拌和真空状态，持续30分钟。

⑸解除真空，开启模具转动开关，设定转速为1500转/分钟；在反应容器中加入12.6g活化剂（c-hdi），手动摇晃活化剂颗粒消失后，迅速浇铸至旋转的步骤⑴所得的离心模具中，持续时间为20±3分钟，停止模具旋转和关闭模具加热，使其自然冷却至室温，取出模具中管件。

⑹将制得的管件放在硅油槽中进行加热处理，在设定140℃的温度下油浴，油浴时间为4小时。

⑺将油浴结束的管件在94~95℃水浴槽中继续加热5小时，即得自润滑mc尼龙弹带材料。

本实施例提供生产的管件如附图1所示，然后加工成附图2所示的弹带，将其管件材料加工成测试试样，按照gb/t2918进行调节处理以后性能测试结果如表2：

表2性能测试结果

实施例3一种自润滑mc尼龙弹带材料的制备方法，包括以下步骤：

⑴将离心模具在离心机中加热至175±3℃，保持温度恒定。

⑵将900g己内酰胺（cl）和900g十二内酰胺（ll）固体粉料装入3000ml反应容器中，于90℃使其全部完全熔化，并抽真空至-0.08mpa以下，打开磁力搅拌器，保持30分钟。

⑶解除真空，在反应容器中加入3.6g己内酰胺钠，继续抽真空至-0.08mpa以下，温度保持在130℃，并保持磁力搅拌和真空状态，持续20分钟。

⑷解除真空，将270g增韧剂（pea）和90g润滑剂（石墨:聚四氟乙烯=1:5）同时加入反应容器中，继续抽真空至-0.08mpa以下，温度保持在126℃，并保持磁力搅拌和真空状态，持续22分钟。解除真空，加入90g增强剂(多孔二氧化硅：聚乙烯蜡=1:1)，继续抽真空至-0.08mpa以下，温度为120℃，保持磁力搅拌和真空状态，持续25分钟。

⑸解除真空，开启模具转动开关，设定转速为1000转/分钟；在反应容器中加入36g活化剂（c-hdi），手动摇晃活化剂颗粒消失后，迅速浇铸至旋转的步骤⑴所得的离心模具中，持续时间为20±3分钟，停止模具旋转和关闭模具加热，使其自然冷却至室温，取出模具中管件。

⑹将制得的管件放在硅油槽中进行加热处理，在设定140℃的温度下油浴，油浴时间为10小时。

⑺将油浴结束的管件在94~95℃水浴槽中继续加热4小时，即得自润滑mc尼龙弹带材料。

本实施例提供生产的管件如附图1所示，然后加工成附图2所示的弹带，将其管件材料加工成测试试样，按照gb/t2918进行调节处理以后性能测试结果如表3：

表3性能测试结果

实施例4一种自润滑mc尼龙弹带材料的制备方法，包括以下步骤：

⑴将离心模具在离心机中加热至175±3℃，保持温度恒定。

⑵将1600g己内酰胺（cl）和200g十二内酰胺（ll）固体粉料装入3000ml反应容器中，于93℃使其全部完全熔化，并抽真空至-0.08mpa以下，打开磁力搅拌器，保持30分钟。

⑶解除真空，在反应容器中加入7.2g甲醇钠，继续抽真空至-0.08mpa以下，温度保持在120℃，并保持磁力搅拌和真空状态，持续30分钟。

⑷解除真空，将18g增韧剂（pea）和54g润滑剂（石墨：聚四氟乙烯=1:1）同时加入反应容器中，继续抽真空至-0.08mpa以下，温度保持在130℃，并保持磁力搅拌和真空状态，持续25分钟。解除真空，加入90g聚乙烯蜡增强剂（多孔二氧化硅：聚乙烯蜡=1:2），继续抽真空至-0.08mpa以下，温度为120℃，保持磁力搅拌和真空状态，持续25分钟。

⑸解除真空，开启模具转动开关，设定转速为700转/分钟；在反应容器中加入1.8g活化剂（c-hdi），手动摇晃活化剂颗粒消失后，迅速浇铸至旋转的步骤⑴所得的离心模具中，持续时间为20±3分钟，停止模具旋转和关闭模具加热，使其自然冷却至室温，取出模具中管件。

⑹将制得的管件放在硅油槽中进行加热处理，在设定140℃的温度下油浴，油浴时间为6小时。

⑺将油浴结束的管件在94~95℃水浴槽中继续加热5小时，即得自润滑mc尼龙弹带材料。

本实施例提供生产的管件如附图1所示，然后加工成附图2所示的弹带，将其管件材料加工成测试试样，按照gb/t2918进行调节处理以后性能测试结果如表4：

表4性能测试结果

上述实施例1~4中，石墨的平均粒径≤10μm。聚四氟乙烯粉末的平均粒径≤5μm，平均分子量≤30000。

增强剂是指将多孔二氧化硅粉体置于密闭容器中，利用真空泵对多孔二氧化硅粉体进行真空抽滤，然后在负压状态下吸入液体石蜡或熔融后的聚乙烯蜡，待压力达到平稳状态后，继续进行真空抽滤10~20分钟；解除真空后对物料进行粉碎、研磨、过200目筛处理即得。

多孔二氧化硅的平均粒径≤5μm，比表面积≥700m²/g，介孔孔径≥200nm。

增韧剂是指分子量为300~6000的三官能度聚醚胺（pea），其中的柔性分子链为聚丙二醇醚，该分子链结构式为

。

活化剂是指封端型多异氰酸酯（c-hdi）或碳化二亚胺改性的芳香族二异氰酸酯（ci-tdi）；封端型多异氰酸酯是指己内酰胺封端的六亚甲基二异氰酸酯或hdi缩二脲；碳化二亚胺改性的芳香族二异氰酸酯中碳化二亚胺含量≥12%，异氰酸根基团（nco）含量≥29%。采用该活化剂作为扩链剂，具有良好的反应活性和时效稳定性，可以精确计量，并且具有较长的扩链交联时间，便于操作。