一种高强度海洋工程用MC尼龙传动轮的制备方法

技术领域

本发明涉及海洋工程领域，具体涉及一种制备方法。

背景技术

海洋工程用传动轮多为铸铁轮，存在生产、运输成本高、易腐蚀、使用寿命短等一系列问题。传统MC尼龙轮很难满足海洋工程中高载荷、高磨损、高水分、高紫外线及低温等应用需求，海洋工程是一个国家大力支持并蓬勃发展的领域。传统的海洋工程用传动轮多为金属材料制成，易受到海洋环境的腐蚀而生锈，导致润滑性能显著下降，安全性能和使用寿命大打折扣，还存在生产、运输成本高等问题。单体浇铸尼龙又称铸型尼龙（MonomerCasting Nylon, MC尼龙）作为新型的工程塑料，具有结晶度高、分子量大、刚度和强度高、化学稳定性好等突出优点，因此可以替代传统的金属滑轮、传动轮、滑块、轴套、轴瓦等，广泛应用于机械设备、钢铁工业、采矿、建筑、航空、军事装备、铁路以及海洋工程等领域。然而，目前国内厂商的MC尼龙轮产品绝大多数还不能同时满足高载荷、高磨损、高湿度、高紫外线及低温等特定的应用环境场景需求，因此，开发兼具高强韧、自润滑、耐老化的MC尼龙传动轮具有迫切的技术需求和广阔的市场前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度海洋工程用MC尼龙传动轮的制备方法，该发明具有高强韧、自润滑、耐老化的优点，可替代传统金属轮应用在海洋工程中并提供传动力；而且便于进行生产，成本低廉，能够进行批量化的生产。

本发明的目的应用时，包括一种高强度海洋工程用MC尼龙传动轮的制备方法；包括

步骤一：准备700-1000重量份的尼龙原材料、含有双端羟基的聚醚或聚烯烃预聚体30-40重量份、二异氰酸酯10-20重量份、滑石粉5-8重量份、纳米二氧化钛1-2重量份、石蜡油2-3重量份、玻璃纤维剂3-5重量份、耐磨改性剂3-8计量份；

步骤二：将尼龙原材料投入到真空反应釜中，加热到100℃-140℃，真空度保持在0.02-0.08MPa之间，保持真空度5-10min；

步骤三：加入含有双端羟基的聚醚或聚烯烃预聚体，然后再加入二异氰酸酯，保持反应釜内真空度在0.02-0.08MPa之间，并加热温度到120℃-150℃之间，同时在碱性阴离子催化条件下与尼龙原材料中的己内酰胺进行共聚合；

步骤四：去真空，再降温至常温，将步骤三中的半成品置入到离心设备中进行离心，转速控制在 1000-1500 转/min，保持5-10min；通过离心聚合制备出聚氨酯/尼龙共聚物；

步骤五：与此同时，在离心聚合的过程中同时加入滑石粉、纳米二氧化钛、石蜡油；将滑石粉可以作为尼龙原材料的异相成核剂，石蜡油在高速离心聚合过程中可以迁移到尼龙原材料的表面，提高其憎水性；

步骤六：在离心聚合过程中，滑石粉对尼龙原材料的异相成核作用，结合离心聚合过程中的高速离心力使得滑石粉片层，平行取向排列；同时确保了尼龙原材料的结晶度；

步骤七：保温工作，持续保持5-13min，再放入到真空反应釜中进行聚合，同时加入玻璃纤维剂和耐磨改性剂并加热到120℃-140℃，一边搅拌一边抽真空，真空度保持在0.03-0.05MPa之间，保持真空度5-10min；

步骤八：预热模具，确保模具温度和出来的聚合物温度不会相差过大，将步骤七中的半成品加入到模具中，再将模具至于离心机中转动，转速控制在 1200-1500 转/min，保持8-10min，持续保温，最后出模，形成MC尼龙传动轮坯料；

步骤九：将步骤八的MC尼龙传动轮坯料进行冷却、浸泡，最后再进行干燥，然后进行机加工。

本发明制备时，准备700-1000重量份的尼龙原材料、含有双端羟基的聚醚或聚烯烃预聚体30-40重量份、二异氰酸酯10-20重量份、滑石粉5-8重量份、纳米二氧化钛1-2重量份、石蜡油2-3重量份、玻璃纤维剂3-5重量份、耐磨改性剂3-8计量份；将尼龙原材料投入到真空反应釜中，加热到100℃-140℃，真空度保持在0.02-0.08MPa之间，保持真空度5-10min；加入含有双端羟基的聚醚或聚烯烃预聚体，然后再加入二异氰酸酯，保持反应釜内真空度在0.02-0.08MPa之间，并加热温度到120℃-150℃之间，同时在碱性阴离子催化条件下与尼龙原材料中的己内酰胺进行共聚合；去真空，再降温至常温，将步骤三中的半成品置入到离心设备中进行离心，转速控制在 1000-1500 转/min，保持5-10min；通过离心聚合制备出聚氨酯/尼龙共聚物；与此同时，在离心聚合的过程中同时加入滑石粉、纳米二氧化钛、石蜡油；将滑石粉可以作为尼龙原材料的异相成核剂，石蜡油在高速离心聚合过程中可以迁移到尼龙原材料的表面，提高其憎水性；在离心聚合过程中，滑石粉对尼龙原材料的异相成核作用，结合离心聚合过程中的高速离心力使得滑石粉片层，平行取向排列；同时确保了尼龙原材料的结晶度；保温工作，持续保持5-13min，再放入到真空反应釜中进行聚合，同时加入玻璃纤维剂和耐磨改性剂并加热到120℃-140℃，一边搅拌一边抽真空，真空度保持在0.03-0.05MPa之间，保持真空度5-10min；预热模具，确保模具温度和出来的聚合物温度不会相差过大，将步骤七中的半成品加入到模具中，再将模具至于离心机中转动，转速控制在1200-1500 转/min，保持8-10min，持续保温，最后出模，形成MC尼龙传动轮坯料；将步骤八的MC尼龙传动轮坯料进行冷却、浸泡，最后再进行干燥，然后进行机加工。

本发明的有益效果是，该发明具有高强韧、自润滑、耐老化的优点，可替代传统金属轮应用在海洋工程中并提供传动力；而且便于进行生产，成本低廉，能够进行批量化的生产。

作为本发明的进一步改进，为了保证，滑石粉能够进行充分的聚合，提高聚合的效果；所述步骤六中，滑石粉在高速离心过程中形成结晶互锁的特殊结晶形貌，延长和增大水分子扩散进入MC尼龙分子的路径长度和难度。

作为本发明的进一步改进，为了保证玻璃纤维剂和耐磨改性剂能够充分的和尼龙原材料进行聚合；所述步骤七中，在加入玻璃纤维剂和耐磨改性剂时候，需要间隔进行加入，而且需要预先加入玻璃纤维剂，然后间隔2-5min再加入耐磨改性剂，延长反应时间。

作为本发明的进一步改进，为了保证工作稳定，避免损坏模具及过度的消耗能源；所述步骤八中，预热模具时间应当控制是在30min-1h之间，然后适当调高温度；确保模具工作正常。

附图说明

图1为本发明中聚氨酯共聚路线图一；

图2为本发明中聚氨酯共聚路线图二；

图3为本发明中聚氨酯共聚路线图三；

图4为互锁结晶形貌MC尼龙的微观扫描电镜照片图；

图5为互锁结晶形貌抗水解机理示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1-5所示，本发明的目的应用时，包括一种高强度海洋工程用MC尼龙传动轮的制备方法；包括

步骤一：准备750重量份的尼龙原材料、含有双端羟基的聚醚或聚烯烃预聚体35重量份、二异氰酸酯15重量份、滑石粉6.5重量份、纳米二氧化钛1.3重量份、石蜡油2.2重量份、玻璃纤维剂3.6重量份、耐磨改性剂4.5计量份；

步骤二：将尼龙原材料投入到真空反应釜中，加热到120℃，真空度保持在0.03MPa，保持真空度6.5min；

步骤三：加入含有双端羟基的聚醚或聚烯烃预聚体，然后再加入二异氰酸酯，保持反应釜内真空度在0.03MPa，并加热温度到130℃，同时在碱性阴离子催化条件下与尼龙原材料中的己内酰胺进行共聚合；

步骤四：去真空，再降温至常温，将步骤三中的半成品置入到离心设备中进行离心，转速控制在 1200转/min，保持6min；通过离心聚合制备出聚氨酯/尼龙共聚物；

步骤五：与此同时，在离心聚合的过程中同时加入滑石粉、纳米二氧化钛、石蜡油；将滑石粉可以作为尼龙原材料的异相成核剂，石蜡油在高速离心聚合过程中可以迁移到尼龙原材料的表面，提高其憎水性；

步骤六：在离心聚合过程中，滑石粉对尼龙原材料的异相成核作用，结合离心聚合过程中的高速离心力使得滑石粉片层，平行取向排列；同时确保了尼龙原材料的结晶度；

步骤七：保温工作，持续保持7min，再放入到真空反应釜中进行聚合，同时加入玻璃纤维剂和耐磨改性剂并加热到125℃，一边搅拌一边抽真空，真空度保持在0.04MPa，保持真空度6min；

步骤八：预热模具，确保模具温度和出来的聚合物温度不会相差过大，将步骤七中的半成品加入到模具中，再将模具至于离心机中转动，转速控制在 1300 转/min，保持8.5min，持续保温，最后出模，形成MC尼龙传动轮坯料；

步骤九：将步骤八的MC尼龙传动轮坯料进行冷却、浸泡，最后再进行干燥，然后进行机加工。

所述步骤六中，滑石粉在高速离心过程中形成结晶互锁的特殊结晶形貌，延长和增大水分子扩散进入MC尼龙分子的路径长度和难度。

所述步骤七中，在加入玻璃纤维剂和耐磨改性剂时候，需要间隔进行加入，而且需要预先加入玻璃纤维剂，然后间隔2.5min再加入耐磨改性剂，延长反应时间。

所述步骤八中，预热模具时间应当控制是在35min，然后适当调高温度；确保模具工作正常。

实施例二：

如图1-5所示，本发明的目的应用时，包括一种高强度海洋工程用MC尼龙传动轮的制备方法；包括

步骤一：准备795重量份的尼龙原材料、含有双端羟基的聚醚或聚烯烃预聚体38重量份、二异氰酸酯17重量份、滑石粉6.7重量份、纳米二氧化钛1.4重量份、石蜡油2.4重量份、玻璃纤维剂3.8重量份、耐磨改性剂4.7计量份；

步骤二：将尼龙原材料投入到真空反应釜中，加热到125℃，真空度保持在0.04MPa，保持真空度7.5min；

步骤三：加入含有双端羟基的聚醚或聚烯烃预聚体，然后再加入二异氰酸酯，保持反应釜内真空度在0.04MPa，并加热温度到140℃，同时在碱性阴离子催化条件下与尼龙原材料中的己内酰胺进行共聚合；

步骤四：去真空，再降温至常温，将步骤三中的半成品置入到离心设备中进行离心，转速控制在 1300 转/min，保持7min；通过离心聚合制备出聚氨酯/尼龙共聚物；

步骤五：与此同时，在离心聚合的过程中同时加入滑石粉、纳米二氧化钛、石蜡油；将滑石粉可以作为尼龙原材料的异相成核剂，石蜡油在高速离心聚合过程中可以迁移到尼龙原材料的表面，提高其憎水性；

步骤六：在离心聚合过程中，滑石粉对尼龙原材料的异相成核作用，结合离心聚合过程中的高速离心力使得滑石粉片层，平行取向排列；同时确保了尼龙原材料的结晶度；

步骤七：保温工作，持续保持9min，再放入到真空反应釜中进行聚合，同时加入玻璃纤维剂和耐磨改性剂并加热到132℃，一边搅拌一边抽真空，真空度保持在0.045MPa，保持真空度7min；

步骤八：预热模具，确保模具温度和出来的聚合物温度不会相差过大，将步骤七中的半成品加入到模具中，再将模具至于离心机中转动，转速控制在 1400 转/min，保持9min，持续保温，最后出模，形成MC尼龙传动轮坯料；

步骤九：将步骤八的MC尼龙传动轮坯料进行冷却、浸泡，最后再进行干燥，然后进行机加工。

所述步骤六中，滑石粉在高速离心过程中形成结晶互锁的特殊结晶形貌，延长和增大水分子扩散进入MC尼龙分子的路径长度和难度。

所述步骤七中，在加入玻璃纤维剂和耐磨改性剂时候，需要间隔进行加入，而且需要预先加入玻璃纤维剂，然后间隔3min再加入耐磨改性剂，延长反应时间。

所述步骤八中，预热模具时间应当控制是在40min，然后适当调高温度；确保模具工作正常。

实施例三：

如图1-5所示，本发明的目的应用时，包括一种高强度海洋工程用MC尼龙传动轮的制备方法；包括

步骤一：准备850重量份的尼龙原材料、含有双端羟基的聚醚或聚烯烃预聚体39重量份、二异氰酸酯18重量份、滑石粉6.8重量份、纳米二氧化钛1.7重量份、石蜡油2.6重量份、玻璃纤维剂4.2重量份、耐磨改性剂5.5计量份；

步骤二：将尼龙原材料投入到真空反应釜中，加热到135℃，真空度保持在0.06MPa，保持真空度8min；

步骤三：加入含有双端羟基的聚醚或聚烯烃预聚体，然后再加入二异氰酸酯，保持反应釜内真空度在0.07MPa，并加热温度到145℃，同时在碱性阴离子催化条件下与尼龙原材料中的己内酰胺进行共聚合；

步骤四：去真空，再降温至常温，将步骤三中的半成品置入到离心设备中进行离心，转速控制在1400转/min，保持9min；通过离心聚合制备出聚氨酯/尼龙共聚物；

步骤五：与此同时，在离心聚合的过程中同时加入滑石粉、纳米二氧化钛、石蜡油；将滑石粉可以作为尼龙原材料的异相成核剂，石蜡油在高速离心聚合过程中可以迁移到尼龙原材料的表面，提高其憎水性；

步骤六：在离心聚合过程中，滑石粉对尼龙原材料的异相成核作用，结合离心聚合过程中的高速离心力使得滑石粉片层，平行取向排列；同时确保了尼龙原材料的结晶度；

步骤七：保温工作，持续保持12min，再放入到真空反应釜中进行聚合，同时加入玻璃纤维剂和耐磨改性剂并加热到135℃，一边搅拌一边抽真空，真空度保持在0.048MPa，保持真空度9.5min；

步骤八：预热模具，确保模具温度和出来的聚合物温度不会相差过大，将步骤七中的半成品加入到模具中，再将模具至于离心机中转动，转速控制在 1450 转/min，保持9min，持续保温，最后出模，形成MC尼龙传动轮坯料；

步骤九：将步骤八的MC尼龙传动轮坯料进行冷却、浸泡，最后再进行干燥，然后进行机加工。

所述步骤六中，滑石粉在高速离心过程中形成结晶互锁的特殊结晶形貌，延长和增大水分子扩散进入MC尼龙分子的路径长度和难度。

所述步骤七中，在加入玻璃纤维剂和耐磨改性剂时候，需要间隔进行加入，而且需要预先加入玻璃纤维剂，然后间隔4.5min再加入耐磨改性剂，延长反应时间。

所述步骤八中，预热模具时间应当控制是在50min，然后适当调高温度；确保模具工作正常。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进也应视为本发明的保护范围。