[发明专利]一种托辊用多元复合改性尼龙6复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种采用纳米粉体材料、玻璃纤维、聚合物以及其它添加剂多元复合改性高性能尼龙6复合材料及其制备方法，特别涉及适用于制造一种常规托辊用低成本环保型高性能尼龙6复合材料。

背景技术

带式输送是散装物料运输的主要方式，已被广泛应用于冶金、矿山、电厂、水泥、煤炭、港口、粮库和盐场等行业的物料输送。托辊是带式输送机的心脏部件，其性能的优劣给带式输送机的运行带来直接的影响。目前国内外生产的带式输送机托辊主要包括钢制托辊、陶瓷托辊、塑料托辊等几种类型，在使用过程中，人们发现这些托辊存在诸多问题。传统的钢制托辊，耐磨性差，特别是较长时间的运行后其表面易产生毛刺，导致划伤、划破输送带；因机械加工过程中的误差以及辊筒焊接、固定等原因，影响托辊的同心同轴度，致使工作状态下稳定性差，且耐化学腐蚀性差，在高腐蚀环境下使用时，导致使用寿命比设计值低很多（一般为2-3个月），因此，使用过程中需要频繁更换，给带式输送机的维护增加了大量工作量，因质量重，更换过程劳动强度大，实际使用成本显著提高；此外，还存在噪音大的缺点。陶瓷托辊虽然具有耐磨性、耐酸碱性和抗氧化性佳等优点，但存在质量重、脆性大，安装不便，使用过程中容易损坏、运行过程中产生较大的无功损耗等缺点，同时因托辊两端装有的塑料密封圈，其与陶瓷、金属的热膨胀系数上存在差异，导致其实际使用寿命大大缩短，实际使用成本明显增加。塑料托辊（如超高分子量聚乙烯托辊）与前两者相比，具有质轻、耐腐蚀、抗冲击、运行过程中噪音低等优势，但其耐温性能、耐候性能以及强度不如陶瓷和金属托辊，价格高导致其推广受到限制。近年来，用聚合物基复合材料代替钢材、陶瓷、塑料制造托辊是该领域内研究的重要课题，也是今后发展的主要方向。目前市场上迫切需要研发用于制造托辊的性能优良、价格适宜、使用寿命长、更换快捷的新型高性能聚合物基复合材料来投放市场。

专利号为ZL93118918.7的发明专利，公开了一种加玻璃鳞片的热固性树脂/纤维复合材料的一次模压成型工艺制造托辊，该方案有利于大规模工业化生产，特别是对不同尺寸的异形托辊的生产更有优势。但该方法存在明显的不足，如材料本身耐高温性能不佳，韧性小是热固性树脂的通病，在高、低温环境下使用时容易导致托辊开裂现象，采用模压成型工艺致使生产效率低，生产过程中需要更多的模具，从而增加了生产成本等。专利号为ZL98114136.6的发明专利与专利号为ZL93118918.7的发明专利存在类似不足，同时由于没有采用增强措施，其强度偏低，难以满足重载散料的实际使用要求。专利号为ZL96115855.7的发明专利，公开了一种以聚氯乙烯为基体，以甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物为主要改性剂可用于井下的塑料托辊组合物复合材料，该复合材料的最大优点是利用了聚氯乙烯本身具有的良好的抗阻燃性能来制备具有阻燃性能的组合物托辊材料，同时通过加入主改性剂甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物来增加材料的抗冲击强度与韧性。然而该材料体系存在明显的缺陷，如由于基材聚氯乙烯自身的耐高温性能不足，导致复合材料用作制造托辊时其耐高温的性能不佳；另外，该复合材料体系的抗张强度偏低，导致运输散料时的载荷量难以满足使用要求。专利号为ZL03143221.2的发明专利公开了以超高分子量聚乙烯为基料，纳米碳酸钙与偶联剂以及其它辅助助剂为改性剂，采用挤出成型制备复合材料托辊的方法。该发明利用超高分子量聚乙烯因分子量高而具有其它塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能，因其价格过高难以推广。专利号为ZL200510046618.2的发明专利公开了以铸石粉（又名辉绿岩粉）为主料，聚丙烯或聚乙烯或尼龙或聚甲醛以及抗静电剂为改性剂的复合材料制备托辊的方法。其用意是利用铸石粉具有优异的耐酸碱性能的优点，采用聚丙烯或聚乙烯等聚合物充当类似的粘合剂作用，便于塑化后的模压成型，从本质上说该发明还属于类似陶瓷托辊的范畴，因采用聚丙烯或聚乙烯为改性剂，致使所制备的托辊的耐高温性能不佳。同时从公开的成型工艺条件来看，如采用聚甲醛或尼龙时，能否达到改性的目的还有待进一步探讨。公开号为CN1810879A的发明专利，采用不饱和聚酯树脂、钢纤维、玻璃纤维、尼龙纤维、石墨、碳酸钙、氢氧化铝和石英砂为原材料，经模压成型制备复合材料托辊的方案，但材料体系本身存在耐高温性能差，固化时体积收缩率较大致使尺寸难以保障，同时因采用模压成型导致生产效率不高的显著弊端。公开号为CN101423665A的发明专利，公布了以聚己内酰胺、玻璃纤维、陶瓷粉体、润滑剂、阻燃剂、抗静电剂、抗老化剂、表面改性剂为原料制备聚合物基复合材料托辊的方法，该方案的最大优点是既考虑了托辊的强度，又考虑到了托辊的韧性。然而该方案的针对性不明显，因为当托辊用在不同的环境条件下（如南方地区、北方地区），其对性能的要求是不一样的。此外，按该配方进行具体实施时，价格偏高，推广存在缺陷。