[发明专利]石墨烯/碳纤维增强尼龙复合耐磨材料及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐磨材料及制备方法和应用，具体涉及一种石墨烯/碳纤维增强尼龙复合耐磨材料及制备方法和应用。

背景技术

传动部件是机械装备的关键部件，上个世纪早些年代，我国机械传动部件绝大部分是金属材料制成的，从上世纪九十年代开始，由于发现浇注尼龙6 齿轮具有自润滑性，不需要黄油润滑，而且，其噪音较金属齿轮低得多，纺织机械等轻工机械的传动齿轮开始使用浇注尼龙6，减少了纺织车间噪音；而在食品、医药机械制造中，则大力推广使用聚甲醛作齿轮、润滑轴承。虽然这些材料都具有优异的耐磨性、自润性，但是，均存在强度不够，无法用于负荷较大或转速较高的场合。特别是浇注尼龙6，由于其吸水性大，产品尺寸稳定性较差，也不适合用于轴承类部件。随着我国高端装备制造业的发展，特别是汽车轻量化、舒适化，对传动耐磨部件的耐磨损寿命，减震降噪提出了更高的要求。

CN103788633A公开了一种导热阻燃PA6、PA66复合材料制备方法，采用铜、铝等金属粉末及石墨烯作导热体，较好的提高了阻燃PA6或PA66的导热性。但是，同时会增加其导电性，且金属粉末的加入降低了材料的力学性能。

CN103740092A公开了一种高导热石墨烯/尼龙复合材料及其制备方法，CN103951974A公开了一种抗静电导热尼龙复合材料及其制备方法，这两种方法是采用石墨烯、膨胀石墨、氮化硅及金属氧化物晶须作为复合导热剂制备导热尼龙或导热抗静电尼龙复合材料的方法。但是，它们均存在同一的缺陷：1）由于石墨烯与尼龙直接共混，无法实现石墨烯在尼龙树脂中的分散；2）上述方法主要考虑提高尼龙的导热性，未涉及如何提高尼龙的耐磨性及力学性能的问题，也未明确所得材料的用途。

CN104559161A公开了一种碳纤维增强PA66耐磨材料，是采用30%碳纤维，7～10%的聚四氟乙烯和6～19%的聚苯硫醚与PA66共混，得到弯曲强度350MPa，模量2500MPa 的耐磨材料。但是，其摩擦系数与磨耗较高，仍达不到轴承的基本要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有高强度、导热性好、耐磨性好的石墨烯/碳纤维增强尼龙复合耐磨材料。

本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种工艺简单、成本低、适于工业化生产的石墨烯/碳纤维增强尼龙复合耐磨材料的制备方法。

本发明更进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种石墨烯/碳纤维增强尼龙复合耐磨材料的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：石墨烯/碳纤维增强尼龙复合耐磨材料，包括以下原料：尼龙树脂、碳纤维、石墨烯/尼龙6母粒、有机润滑剂、无机固体润滑剂、偶联剂和抗氧剂。尼龙树脂作为基材具有较好的耐磨性；碳纤维既具有增强作用，又有提高尼龙耐磨性的作用；石墨烯/尼龙6母粒中的石墨烯既可增强材料的耐磨性，又可增强导热性；有机润滑剂和无机固体润滑剂可增强材料的润滑性；偶联剂可提高无机润滑剂以及碳纤维与尼龙树脂之间的粘结性，最终提高碳纤维的增强效果。

优选地，所述石墨烯/碳纤维增强尼龙复合耐磨材料各原料的重量份为：尼龙树脂：100份，碳纤维：15～35份，石墨烯/尼龙6母粒：0.4～10.0份，有机润滑剂：0.4～3.0份，无机固体润滑剂：0.5～3.0份，偶联剂：0.2～0.8份，抗氧剂：0.3～0.5份。

优选地，所述石墨烯/碳纤维增强尼龙复合耐磨材料各原料的重量份为：尼龙树脂：100份，碳纤维：20～32份，石墨烯/尼龙6母粒：0.5～5.0份，有机润滑剂：0.5～2.0份，无机固体润滑剂：0.6～2.0份，偶联剂：0.3～0.6份，抗氧剂：0.3～0.5份。

优选地，所述尼龙树脂的相对特性粘度为3.0～5.0（更优选3.5～4.5）。所述尼龙树脂为中、高粘度树脂，所述粘度下的尼龙树脂具有更好的耐磨性；所述尼龙树脂相对特性粘度大，相对特性粘度越大则耐磨性就越好，但当尼龙树脂相对特性粘度过大时，使得尼龙树脂挤出流动性差，碳纤维、助剂等改性剂难以分散于尼龙树脂熔体中，反而造成复合耐磨材料的力学性能与耐磨性变差。

优选地，当所述尼龙树脂的相对特性粘度＜3.0时，先在160～200℃，真空度为-0.6～0.8MPa（更优选-0.1～0.1MPa）下，加热反应8～20h（更优选10～15h），再冷却4～8h，出料，得高粘度尼龙树脂。