一种低密度阻燃耐磨尼龙/氟塑料复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及复合材料领域，特别涉及一种密度低、阻燃、耐磨、耐高低温、导电性好 的尼龙/氟塑料复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚邻苯二甲酰胺（简称PPA)树脂是以对苯二甲酸或间苯二甲酸为原料的半芳香 族聚酰胺。在高温高湿（温度彡85°C，湿度彡90% )状态下，PPA的抗拉强度比尼龙6高 20%，比尼龙66更高；弯曲模量比普通尼龙高20%，硬度更大，能抗长时间的拉伸蠕变；耐 汽油、耐油脂和耐冷却剂的能力也比普通尼龙强；可以耐200°C的持续高温，并且还能保持 良好的尺寸稳定性。由于PPA树脂杰出的物理、热和电性能，尤其是适中的成本，使它具有 广阔的应用范围，这些性能和优良的耐化学性一起，使PPA能够应用在汽车马达、前灯反光 器、轴承座、皮带轮、传感器壳体、燃料管线元件和电气元件等诸多产品中。但是PPA的自润 滑耐磨性、耐超高温性（多250°C )，以及耐低温性（< -40°C )都有不足，而尼龙普遍具有 阻燃性差的特点，如果将阻燃性提高，则会降低其力学性能和耐磨性，因此也影响了其在航 空航天、轨道交通、新能源、汽车等特殊环境下的应用。
[0003] 氟塑料是部分或全部氢被氟取代的链烷烃聚合物，它们有聚四氟乙烯（PTFE)、全 氟（乙烯丙烯）（FEP)共聚物、聚全氟烷氧基（PFA)树脂、聚三氟氯乙烯（PCTFF)、乙烯-三 氟氯乙烯共聚物（ECTFE)、乙烯-四氟乙烯（ETFE)共聚物、聚偏氟乙烯（PVDF)和聚氟乙烯 (PVF)。氟塑料具有很高的抗冲强度、较好的自润滑性、很好的耐化学性能、阻燃性能和耐高 低温性，主要用于化工、机械、电器、建筑、电子、汽车、医药等诸多领域。但是氟塑料的拉伸 强度、耐磨性、抗蠕变性比其它工程塑料差，限制了其在部分有力学性能要求的结构件中的 应用；另外，氟塑料的导电性能较差（体积电阻率在1〇17Ω ·_左右），通常只能用于绝缘 产品，而对于一些需要导电导热的耐化学和耐候领域则不能满足。
[0004] 随着航空航天、轨道交通、汽车、能源等领域的快速发展，亟需一些综合性能更好 的材料来替代原材料，使人们构想的技术能够得以实现。
【发明内容】
[0005] 结合PPA和氟塑料这两种材料的优点，我们开发了一种新型的尼龙/氟塑料复合 材料，具有密度低、阻燃、耐磨、耐高低温、导电性好的优点，可以满足航空航天、轨道交通、 汽车、新能源以及石油化工等领域的多种需要。
[0006] 为此，本发明公开了一种低密度阻燃耐磨尼龙/氟塑料复合材料，由以下重量份 数的组分制成：高温尼龙50~100份，氟塑料30~50份，改性介质材料20~40份，耐磨 介质材料3~10份，阻燃剂5~20份，润滑剂0. 2~0. 8份，抗氧剂0. 2~0. 8份，填充剂 10~50份；
[0007] 作为本发明的进一步改进，所述高温尼龙为半芳香族尼龙，粘度为0.27~ 0.32dl/g ；
[0008] 所述氟塑料为聚四氟乙烯、聚全氟烷氧基树脂、聚全氟乙丙烯、聚三氟氯乙烯、聚 偏氟乙烯、聚氟乙烯中的一种或几种；
[0009] 所述改性介质材料由改性玻璃微珠与改性碳纳米管按比例1 :1~3 :1复配而成；
[0010] 所述耐磨介质材料为二硫化钼、石墨、硅酮粉中的一种或几种；
[0011] 所述阻燃剂为红磷、聚磷酸铵、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、甲苯基二苯基磷酸酯、 三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺氰尿酸盐中的一种或几种；
[0012] 所述润滑剂为乙二撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺、石蜡、聚乙烯蜡、丙烯蜡、硅氧烷 中的一种或几种；
[0013] 所述抗氧剂为抗氧剂264、抗氧剂1098、抗氧剂626中的一种或几种；
[0014] 所述填充剂为玻璃纤维、聚酯纤维、碳纤维中的一种或几种。
[0015] 本发明还公开了一种制备所述低密度阻燃耐磨尼龙/氟塑料复合材料的方法，包 括以下步骤：
[0016] 1)将高温尼龙、氟塑料、改性介质材料、润滑剂、抗氧剂加入到高混机中，高速搅拌 3 ~7min ;
[0017] 2)将阻燃剂、耐磨介质材料加入到高混机中，高速搅拌8~lOmin，制得混合料；
[0018] 3)将所述混合料放入到干燥箱中，在90~100°C的温度下干燥2~3h ;
[0019] 4)将干燥好的混合料输送至双螺杆挤出机中，加入填充剂进行造粒；
[0020] 5)经过造粒后的混合料挤出后经水冷切粒，制得粒料，将所述粒料在100°C的温 度下干燥3h，制得尼龙/氟塑料复合材料。
[0021] 作为本发明的进一步改进，所述改性介质材料的制备包括以下步骤：
[0022] 1)碳纳米管的制备
[0023] a、将催化剂溶于无水乙醇中制备催化剂前驱混合溶液，然后将所述催化剂前驱混 合溶液均匀涂抹在基材表面，自然晾干，备用；
[0024] b、将所述基材放入直流等离子体化学气相沉积设备中的沉积台上，基材与沉积台 之间设有锡丝；
[0025] c、关闭真空室抽真空，当真空度达到0.1 pa时，向真空室内通入氩气和氢气，流量 分别为2~4L/min和8~10L/min，启动直流电弧，调节弧电流为100~130A，调节排气阀 和真空室调节阀，使真空室内压强稳定在2500~4000Pa，反应5~15min，制得Ni/MgO催 化剂；
[0026] d、在保持氩气流量的条件下，逐步减小氢气流量至4~5L/min，然后通入碳氢化 合物，在2500~4000Pa压力和700~1000°C下进行反应20~30min，在Ni/MgO催化剂表 面即可得到碳纳米管，收集备用；
[0027] 2)碳纳米管的改性
[0028] 将表面改性剂加入无离子水中，配制成浓度为30~40mg/ml的溶液，然后将步骤 1)中制备的碳纳米管加入所述溶液中，采用功率为40~250W超声波水浴处理，使碳纳米 管被表面改性剂浸润，然后过滤，采用冷冻真空进行干燥，制得改性碳纳米管备用；
[0029] 3)玻璃微珠的改性
[0030] 将表面改性剂加入质量分数为70%的乙醇溶液中，搅拌配制成浓度为10~20mg/ ml的混合溶液，然后将直径为20 μ m的玻璃微珠加入所述混合溶液中，室温下搅拌5~ l〇h，并通入低频高压脉冲电流，使玻璃微珠被表面改性剂包覆，然后过滤，采用冷冻真空进 行干燥，制得改性玻璃微珠备用；
[0031] 4)改性介质材料的制备
[0032] 将改性碳纳米管和改性玻璃微珠按比例1 :1~3 :1加入到搅拌机中，中速搅拌 2~4min，收集备用。
[0033] 作为本发明的进一步改进，所述双螺杆挤出机的工作温度为：第一区300~ 330°C，第二区305~335°C，第三区315~360°C，第四区310~350°C，第五区305~335°C， 第六区300~330°C，第七区295~325°C，第八区295~325°C，第九区290~320°C，机头 温度315~325°C，主机转速450~550rpm，料筒真空度-0· 06MPa，机头压力16~25MPa。
[0034] 作为本发明的进一步改进，所述催化剂为镍和镁的硝酸盐，所述基材为铜或硅。
[0035] 作为本发明的进一步改进，所述碳氢化合物为天然气、甲烷、乙烷、乙烯或乙炔。
[0036] 作为本发明的进一步改进，所述表面改性剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
[0037] 本发明的有益效果是：
[0038] 本发明的低密度阻燃耐磨尼龙/氟塑料复合材料，通过各种组分的合理配比，密 度低至I. 0~I. 3g/cm3,阻燃级别达到UL94V-0级，摩擦系数低至0. 05~0. 15,体积电阻率 IO4~105Ω ·_，经测试可在-70~250°C下长期使用，能够应用于航空航天、轨道交通、汽 车、新能源等领域的阻燃、耐磨、耐高低温部件，如连接器、手柄、密封圈及密封条、传动杆、 滑块等，以及化工、石油、矿山等领域阻燃、耐磨、耐低温、耐化学腐蚀的设备和材料，如管道 密封接环、设备轴承套、联动轴、密封圈及密封条、传动滑块等。
【具体实施方式】
[0039] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0040] 下述实施例中所使用的实验或测试方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的设 备、材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0041] -种低密度阻燃耐磨尼龙/氟塑料复合材料，由以下重量份数的组分制成：高温 尼龙50~100份，氟塑料30~50份，改性介质材料20~40份，耐磨介质材料3~10份， 阻燃剂5~20份，润滑剂0. 2~0. 8份，抗氧剂0. 2~0. 8份，填充剂10~50份。其中：
[0042] 高温尼龙为半芳香族尼龙一高温尼龙PPA，粘度为0. 27~0.