一種耐刮擦複合材料及其製備方法與流程
2023-04-23 01:52:56 1
本發明涉及一種改性材料
技術領域：
，具體涉及一種耐刮擦材料及其製備方法。
背景技術：
：目前塑料得到了廣泛的應用，如聚丙烯就被廣泛地應用於汽車內外飾件、電子產品等領域中。但塑料目前都普遍具有一個缺陷，就是本身的耐刮擦性較差，製件的表面易劃傷，從而降低了產品的外觀美觀程度，並且在制品表面產品的劃痕也會導致其應力集中，限制了其使用性能。特別是用滑石粉填充塑料的耐刮擦性更差，材料在壓入力和滑動力或橫（側）向力的作用下發生屈服，產生延性/脆性破壞從而造成刮痕。在刮痕中，不平的表面產生不均勻的光散射和「刮痕發白」，從而限制了塑料在耐刮擦性能要求較高的零部件處的使用。為了解決這一問題，通常在塑料中添加耐刮擦劑來改善其耐刮擦效果，但傳統耐刮擦劑主要為芥酸醯胺類物質和高聚矽氧烷類物質，這兩類物質本身存在氣味較重等缺點，嚴重影響了其應用範圍。BC2N是一種類金剛石結構，其硬度僅次於金剛石，並且具有比氮化硼（BN）更高的體積和切變彈性模量。所以BC2N具有金剛石和BN這兩種材料的優點，其在應用上具有很大的潛能，也引起了國際材料界的重視。而四方晶系的z-BC2N為一種新型超硬材料，其力學穩定性良好，硬度高達77GPa,遠高於傳統用作耐刮擦改性填料的硬度為60的c-BN，是目前發現的系金剛石之下的最硬的材料。但目前對它的應用較少，且作為塑料耐刮擦改性填料更是尚未報導。技術實現要素：本發明的目的是提供一種耐刮擦複合材料及其製備方法。本發明的技術方案如下：一種耐刮擦複合材料，由以下組分按重量份數製備而成：塑料樹脂100份四方晶系z-BC2N5-30份偶聯劑0.1-2份加工助劑0.1-2份。進一步方案，所述塑料樹脂為聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮和聚醯亞胺中的至少一種。所述聚醯胺為聚醯胺6、聚醯胺66、聚醯胺610和聚醯胺1010中的至少一種。所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯（PET）、聚對苯二甲酸丁二醇酯和聚碳酸酯中的至少一種。所述四方晶系z-BC2N的粒徑為1500目-5000目。所述偶聯劑為矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑和稀土鋁酸酯偶聯劑中的至少一種。所述矽烷偶聯劑為3-氨丙基三乙氧基矽烷（KH550）；鈦酸酯偶聯劑為異丙基三(二辛基磷酸醯氧基)鈦酸酯（NDZ-102）；稀土鋁酸酯偶聯劑為鋁酸三異丙酯（DL-411）。所述加工助劑為矽酮粉和N,N』-乙撐雙硬脂醯胺（EBS）中的一種或兩種混合物。本發明的另一個發明目的是提供上述耐刮擦複合材料的製備方法，步驟如下：（1）將100份塑料樹脂和0.1-2份偶聯劑一起加入速度為100-300轉/min的常溫高速混合機進行混合；再加入5-30份四方晶系z-BC2N繼續混合；最後加入0.1-2份加工助劑繼續混合，總混合時間為2-8min；（2）將混合物加入擠出機中進行熔融、擠出、冷卻、乾燥、切粒得耐刮擦複合材料；其中擠出機各區溫度為140-355℃，擠出螺杆長徑比為30-40，擠出螺杆轉速為150-350轉/min。所以本發明與現有技術相比具有如下優點：1、本發明使用新型超硬材料四方晶系z-BC2N作為塑料改性耐刮擦劑，由於四方晶系z-BC2N的硬度較傳統耐刮擦劑高，對塑料樹脂進行改性後，能提高複合材的耐刮擦性能；2、本發明開展了四方晶系z-BC2N作為塑料改性耐刮擦劑的新應用；3、本發明製備的耐刮擦複合材料，具有很好的耐刮擦性能，且可應用於汽車、電子電氣、建築、航天等對耐刮擦性能要求較高的領域。具體實施方式實施例1將100份聚丙烯和0.05份KH550、0.05份NDZ-102加入轉速為100轉/min高速混合機進行常溫混合；再加入5份粒徑為1500目的四方晶系z-BC2N繼續混合；最後加入0.1份矽酮粉繼續混合；總混合時間為2min；將混合後的共混物通過雙螺杆擠出機擠出造粒得耐刮擦複合材料；其中擠出機的各區溫度從餵料段到機頭溫度依次為140℃、160℃、160℃、170℃、170℃、180℃、180℃、190℃、190℃、195℃，擠出螺杆長徑比為30，擠出螺杆轉速為150轉/分鐘。實施例2在100重量份PP中加入2份DL-411經高速混合機常溫混合，再將30份粒徑為2500目的z-BC2N加入其中進行常溫高速混合，最後將1份矽酮粉、1份EBS加入進行常溫高速混合，整個混合過程中混合速度均為300轉/min，混合時間總長為8min；將混合後的共混物通過雙螺杆擠出機擠出造粒得耐刮擦複合材料；其中擠出機的各區溫度從餵料段到機頭溫度依次為140℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、200℃、210℃、210℃、215℃，擠出螺杆長徑比為40，擠出螺杆轉速為350轉/分鐘。實施例3在100重量份PET中加入1份KH550經高速混合機常溫混合，再將20份粒徑為5000目的z-BC2N加入其中進行常溫高速混合，最後將0.5份矽酮粉、1份EBS加入進行常溫高速混合，整個混合過程中混合速度均為250轉/min，混合時間為4min；將混合後的共混物通過雙螺杆擠出機擠出造粒得耐刮擦複合材料；其中擠出機的各區溫度從餵料段到機頭溫度依次為240℃、260℃、270℃、280℃、290℃、290℃、290℃、290℃、290℃、295℃，擠出螺杆長徑比為35，擠出螺杆轉速為300轉/分鐘。實施例4在100重量份PA66中加入0.5份NDZ-102和0.2份DL-411經高速混合機常溫混合，再將30份粒徑為2500目的z-BC2N加入其中進行常溫高速混合，最後將0.5份矽酮粉、1份EBS加入進行常溫高速混合，整個混合過程中混合速度均為150轉/min，混合時間為6min；將混合後的共混物通過雙螺杆擠出機擠出造粒，擠出機的各區溫度從餵料段到機頭溫度依次為220℃、240℃、250℃、260℃、270℃、270℃、280℃、280℃、285℃、290℃，擠出螺杆長徑比為35，擠出螺杆轉速為320轉/分鐘。實施例5在100重量份PC中加入0.5份NDZ-102和0.2份DL-411經高速混合機常溫混合，再將6份粒徑為1500目的z-BC2N加入其中進行常溫高速混合，最後將1.2份EBS加入進行常溫高速混合，整個混合過程中混合速度均為180轉/min，混合時間為6min；將混合後的共混物通過雙螺杆擠出機擠出造粒得耐刮擦複合材料；其中擠出機的各區溫度從餵料段到機頭溫度依次為240℃、260℃、260℃、270℃、270℃、280℃、280℃、290℃、295℃、300℃，擠出螺杆長徑比為35，擠出螺杆轉速為280轉/分鐘。實施例6在100重量份PPS中加入0.3份NDZ-102和0.2份DL-411經高速混合機常溫混合，再將8份粒徑為5000目z-BC2N加入其中進行常溫高速混合，最後將0.8份矽酮粉加入進行常溫高速混合，整個混合過程中混合速度均為220轉/min，混合時間為7.5min；將混合後的共混物通過雙螺杆擠出機擠出造粒得耐刮擦複合材料；其中擠出機的各區溫度從餵料段到機頭溫度依次為260℃、270℃、280℃、280℃、290℃、290℃、290℃、290℃、295℃、300℃，擠出螺杆長徑比為35，擠出螺杆轉速為340轉/分鐘。實施例7在100重量份PEEK中加入0.3份NDZ-102和0.4份KH550經高速混合機常溫混合，再將15份粒徑為5000目z-BC2N加入其中進行常溫高速混合，最後將0.7份矽酮粉、0.5份EBS加入進行常溫高速混合，整個混合過程中混合速度均為220轉/min，混合時間為7.5min；將混合後的共混物通過雙螺杆擠出機擠出造粒得耐刮擦複合材料；其中擠出機的各區溫度從餵料段到機頭溫度依次為280℃、290℃、300℃、320℃、340℃、340℃、350℃、350℃、355℃、355℃，擠出螺杆長徑比為35，擠出螺杆轉速為340轉/分鐘。實施例8在100重量份PA6中加入0.5份NDZ-102和0.2份DL-411經高速混合機常溫混合，再將12份粒徑為2500目的z-BC2N加入其中進行常溫高速混合，最後將0.5份矽酮粉、1份EBS加入進行常溫高速混合，整個混合過程中混合速度均為150轉/min，混合時間為6min；將混合後的共混物通過雙螺杆擠出機擠出造粒得耐刮擦複合材料；其中擠出機的各區溫度從餵料段到機頭溫度依次為160℃、200℃、220℃、220℃、220℃、230℃、230℃、230℃、235℃、240℃，擠出螺杆長徑比為35，擠出螺杆轉速為320轉/分鐘。實施例9在100重量份PA6中加入0.5份NDZ-102和0.2份DL-411經高速混合機常溫混合，再將12份粒徑為2500目的z-BC2N加入其中進行常溫高速混合，最後將0.5份矽酮粉、1份EBS加入進行常溫高速混合，整個混合過程中混合速度均為150轉/min，混合時間為6min；將混合後的共混物通過雙螺杆擠出機擠出造粒得耐刮擦複合材料；其中擠出機的各區溫度從餵料段到機頭溫度依次為160℃、200℃、220℃、220℃、220℃、230℃、230℃、230℃、235℃、240℃，擠出螺杆長徑比為35，擠出螺杆轉速為320轉/分鐘。對比例1純均聚聚丙烯材料。對比例2按實施例1的組份與製備方法製備對比例2，其區別僅在於將實施例1中的「5份粒徑為1500目的四方晶系z-BC2N」改為「4%芥酸醯胺」。對比例3按實施例1的組份與製備方法製備對比例2，其區別僅在於將實施例1中的「5份粒徑為1500目的四方晶系z-BC2N」改為「4%矽酮」。將上述實施例1-9和對比例1-3製備的耐刮擦複合材料分別用單螺杆注塑注塑成樣條，然後分別檢測其耐刮擦性能，具體見表1所示。其中單螺杆注塑的溫度從餵料到機頭依次為210℃、225℃、225℃、230℃、230℃，注塑機螺杆長徑比為35，螺杆轉速為320轉/min，注塑壓力為60MPa，螺杆背壓為8MPa，注塑時間為8s，冷卻時間為6s。耐刮擦試驗按PV3952進行檢驗，負荷為10N，通過測定刮擦試樣表面的ΔL值(即黑白顏色的變化標誌)來評判其耐刮擦性能，ΔL的數值越小，表示材料的耐刮擦性能越好。表1：耐刮擦性能 ΔL摩擦係數（幹磨）磨耗/mg（幹磨）對比例13.340.3311.2對比例21.460.2810.8對比例31.810.2110.5實施例10.880.126.4實施例20.680.091.9實施例30.930.073.2實施例41.070.062.8實施例50.680.124.5實施例61.170.13.1實施例71.090.042.2實施例80.670.080.03實施例90.832.72.5從表1可看出，本發明製備的耐刮擦複合材料的耐刮擦性能均顯著優於對比例1-3，所以本發明的耐刮擦複合材料具有優異的耐磨、耐刮擦性能。上述的對實施例的描述是為便於該
技術領域：
的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明範疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。當前第1頁1 2 3