一种耐磨复合材料及其拉丝工艺与在毛刷中的应用的制作方法

1.本发明涉及耐磨复合材料技术领域，具体地说，涉及一种耐磨复合材料及其拉丝工艺与在毛刷中的应用。


背景技术：

2.目前市场上的毛刷产品常常在长时间使用后容易出现刷毛断裂、磨损等问题，影响了使用寿命和刷毛质量。传统的毛刷材料多为天然毛发、尼龙毛，或者是由聚氨酯材料制成的刷毛，这些材料在使用过程中存在耐磨性、热稳定性、刚性和机械强度等方面的问题。
3.首先，天然毛发是由动物身上的毛发制成的，有些动物毛发质地较软，易断裂，并且不够耐磨。其次，尼龙毛虽然较天然毛发更加坚韧，不易断裂，但是仍然存在摩擦力小、易弯曲和磨损等问题。另外，聚氨酯刷毛由化学合成材料制成，即使经过特殊处理以增加其耐磨性和强度，但在高温、高压或者化学溶剂的作用下，仍然容易出现老化或变形现象，影响使用。总之，传统毛刷材料在耐磨、热稳定、机械强度等方面均存在诸多局限，不能很好地满足用户的需求。
4.因此，需要一种能够提供更高耐磨性和拉丝性能的复合材料，以改善毛刷的使用寿命和性能。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种耐磨复合材料及其拉丝工艺与在毛刷中的应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，一方面，本发明提供一种耐磨复合材料，包括以下质量百分比的原料：聚酰亚胺树脂：20-50%；聚醚醚酮树脂：10-30%；碳纤维：10-30%；硅橡胶：5-20%；碳纳米管：3-10%；助剂：2-10%。
7.作为本技术方案的进一步改进，所述聚酰亚胺树脂为线性高分子聚合物，比表面积为10-20m2/g，拉伸强度为120-150mpa。
8.作为本技术方案的进一步改进，所述聚醚醚酮树脂为线性高分子聚合物，相对分子质量为10000-40000，抗拉强度为65-120mpa。
9.作为本技术方案的进一步改进，所述碳纤维直径为5-10μm，长度为0.5-1.5mm。
10.作为本技术方案的进一步改进，所述碳纳米管直径为5-15nm，长度为5-30um。
11.作为本技术方案的进一步改进，所述助剂包括流平剂、填料和耐候剂，按质量配比为1：5-7：1。
12.另一方面，本发明提供了一种用于上述中任意一项所述的耐磨复合材料的拉丝工艺，其特征在于，包括以下步骤：s1、混合过程：将聚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂和碳纤维进行混合，在混合器中进行，以确保各组分混合均匀；s2、预处理过程：加入硅橡胶、碳纳米管和助剂在混合器中继续混合，并加热处理，温度为230-280℃；s3、挤出成型：在挤出成型时，使用配有挤出机头的注塑机进行，挤压温度为280-320℃；s4、拉丝：在拉丝工艺中，使用带有恒温装置的拉丝机进行，拉丝速度为0.1-0.5 m/s，拉丝温度为250-300℃；拉丝完成后，将细丝状材料定长切割，制备清洁刷刷毛。
13.本发明制备的耐磨复合材料在毛刷中的应用。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果：1、该耐磨复合材料及其拉丝工艺与在毛刷中的应用中，聚酰亚胺树脂是线性高分子聚合物，具有优异的耐磨性和热稳定性；聚醚醚酮树脂也是线性高分子聚合物，具有优异的拉丝性能和耐化学腐蚀性能；这两种树脂能够为复合材料提供卓越的性能基础。
15.2、该耐磨复合材料及其拉丝工艺与在毛刷中的应用中，碳纤维和硅橡胶是复合材料中的关键组分；碳纤维具有高强度和轻质的特点，能够增加复合材料的机械强度和刚性；硅橡胶具有良好的耐磨性和弹性，能够增加复合材料的柔韧性和耐用性；这两种材料的应用能够为复合材料提供卓越的性能增强效果。
16.3、该耐磨复合材料及其拉丝工艺与在毛刷中的应用中，聚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂、碳纤维、硅橡胶和碳纳米管的配比和选择是根据特定要求进行优化的；这些组分的综合运用增强了复合材料的耐磨性、热稳定性、机械强度和刚性，并且保持了柔韧性和耐用性；相比现有技术中常用的单一材料或传统组分配比，本发明的组分及配比具有创新性和独特性。
17.4、该耐磨复合材料及其拉丝工艺与在毛刷中的应用中，通过挤出成型和拉丝工艺的组合应用，使复合材料得以形成细丝状结构；这种结构具有较高的表面积和较好的柔韧性，能够增强毛刷刷毛的弹性、耐用性和清洁能力。
附图说明
18.图1为本发明的整体流程框图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.本发明实施例提供一种耐磨复合材料，包括以下质量百分比的原料：聚酰亚胺树脂：20-50%；聚醚醚酮树脂：10-30%；
碳纤维：10-30%；硅橡胶：5-20%；碳纳米管：3-10%；助剂：2-10%。
21.聚酰亚胺树脂为线性高分子聚合物，具有较好的抗化学腐蚀能力、耐磨性和热稳定性；比表面积为10-20m2/g，拉伸强度为120-150mpa；聚醚醚酮树脂为线性高分子聚合物，具有优异的拉丝性能、耐高温、高强度和耐化学性的效果；相对分子质量为10000-40000，抗拉强度为65-120mpa；碳纤维具有较高的强度、硬度和轻质特性，增加了复合材料的机械强度和刚性；直径为5-10μm，长度为0.5-1.5mm；硅橡胶具有极好的耐磨性、弹性、耐热性和耐候性，增加了复合材料的柔韧性和耐用性；硬度为20-80 shore a，抗张强度为3-10mpa；碳纳米管具有高导电性、高强度和高韧性，增强了复合材料的导电性和机械性能；直径为5-15nm，长度为5-30um。
22.助剂包括流平剂、填料和耐候剂，按质量配比为1:5-7:1，所采用的流平剂为亚甲基硅油，填料选自碳酸钙、陶瓷颗粒、珍珠岩粉和颜料中的至少一种，耐候剂为紫外线吸收剂和光稳定剂。
23.本发明中，聚酰亚胺树脂是线性高分子聚合物，具有优异的耐磨性和热稳定性；聚醚醚酮树脂也是线性高分子聚合物，具有优异的拉丝性能和耐化学腐蚀性能；这两种树脂能够为复合材料提供卓越的性能基础。
24.碳纤维和硅橡胶是复合材料中的关键组分；碳纤维具有高强度和轻质的特点，能够增加复合材料的机械强度和刚性；硅橡胶具有良好的耐磨性和弹性，能够增加复合材料的柔韧性和耐用性；这两种材料的应用能够为复合材料提供卓越的性能增强效果。
25.聚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂、碳纤维、硅橡胶和碳纳米管的配比和选择是根据特定要求进行优化的；这些组分的综合运用增强了复合材料的耐磨性、热稳定性、机械强度和刚性，并且保持了柔韧性和耐用性；相比现有技术中常用的单一材料或传统组分配比，本发明的组分及配比具有创新性和独特性。
26.根据图1所示，本发明实施例还提供了用于制备上述一种耐磨复合材料的拉丝工艺，具体步骤如下：（1）混合过程：将聚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂和碳纤维进行混合，在混合器中进行，以确保各组分混合均匀；（2）预处理过程：加入硅橡胶、碳纳米管和助剂在混合器中继续混合，并加热处理，温度为230-280℃；在处理过程中，加入适量的分散剂，以更好地分散碳纳米管；（3）挤出成型：在挤出成型时，使用配有挤出机头的注塑机进行，以确保均匀的挤压和成型，挤压温度为280-320℃；（4）拉丝：在拉丝工艺中，使用带有恒温装置的拉丝机进行，以确保稳定的拉丝速度和温度，拉丝速度为0.1-0.5 m/s，拉丝温度为250-300℃；拉丝完成后，将细丝状材料定长切割，制备清洁刷刷毛。
27.本发明通过挤出成型和拉丝工艺的组合应用，使复合材料得以形成细丝状结构；
这种结构具有较高的表面积和较好的柔韧性，能够增强毛刷刷毛的弹性、耐用性和清洁能力。
28.根据不同的原料用量，通过以下具体的实施例来对本发明提供的耐磨复合材料进一步说明。
29.实施例1
30.（1）将30%的聚酰亚胺树脂、25%的聚醚醚酮树脂和20%的碳纤维在混合器中进行混合；（2）加入15%的硅橡胶、5%的碳纳米管和5%的助剂在混合器中继续混合，并加热处理，温度为230℃，其中助剂中流平剂、填料和耐候剂质量配比为1:6:1；（3）挤出成型：使用配有挤出机头的注塑机进行挤压成型，挤压温度为280℃；（4）拉丝：使用带有恒温装置的拉丝机进行拉丝，拉丝速度为0.1 m/s，拉丝温度为250℃；拉丝完成后，将细丝状材料定长切割，制备清洁刷刷毛。
31.实施例2
32.（1）将35%的聚酰亚胺树脂、20%的聚醚醚酮树脂和25%的碳纤维在混合器中进行混合；（2）加入15%的硅橡胶、3%的碳纳米管和2%的助剂在混合器中继续混合，并加热处理，温度为240℃，其中助剂中流平剂、填料和耐候剂质量配比为1:7:1；（3）挤出成型：使用配有挤出机头的注塑机进行挤压成型，挤压温度为290℃；（4）拉丝：使用带有恒温装置的拉丝机进行拉丝，拉丝速度为0.2 m/s，拉丝温度为270℃；拉丝完成后，将细丝状材料定长切割，制备清洁刷刷毛。
33.实施例3
34.（1）将40%的聚酰亚胺树脂、10%的聚醚醚酮树脂和30%的碳纤维在混合器中进行混合；（2）加入5%的硅橡胶、10%的碳纳米管和5%的助剂在混合器中继续混合，并加热处理，温度为260℃，其中助剂中流平剂、填料和耐候剂质量配比为1:6:1；（3）挤出成型：使用配有挤出机头的注塑机进行挤压成型，挤压温度为300℃；（4）拉丝：使用带有恒温装置的拉丝机进行拉丝，拉丝速度为0.3 m/s，拉丝温度为280℃；拉丝完成后，将细丝状材料定长切割，制备清洁刷刷毛。
35.实施例4
36.（1）将50%的聚酰亚胺树脂、10%的聚醚醚酮树脂和10%的碳纤维在混合器中进行混合；（2）加入20%的硅橡胶、5%的碳纳米管和5%的助剂在混合器中继续混合，并加热处理，温度为270℃，其中助剂中流平剂、填料和耐候剂质量配比为1:6:1；（3）挤出成型：使用配有挤出机头的注塑机进行挤压成型，挤压温度为310℃；（4）拉丝：使用带有恒温装置的拉丝机进行拉丝，拉丝速度为0.4 m/s，拉丝温度为290℃；拉丝完成后，将细丝状材料定长切割，制备清洁刷刷毛。
37.实施例5
38.（1）将20%的聚酰亚胺树脂、30%的聚醚醚酮树脂和20%的碳纤维在混合器中进行混合；
（2）加入10%的硅橡胶、10%的碳纳米管和10%的助剂在混合器中继续混合，并加热处理，温度为280℃，其中助剂中流平剂、填料和耐候剂质量配比为1:5:1；（3）挤出成型：使用配有挤出机头的注塑机进行挤压成型，挤压温度为320℃；（4）拉丝：使用带有恒温装置的拉丝机进行拉丝，拉丝速度为0.5 m/s，拉丝温度为300℃；拉丝完成后，将细丝状材料定长切割，制备清洁刷刷毛。
39.表1 实施例1-5各原料用量
40.为了验证本发明实施例制备的耐磨复合材料具有较好的耐磨性和机械强度，通过以下试验例来对本发明实施例提供的耐磨复合材料进行说明。
41.试验例本试验例对实施例1-5提供的耐磨复合材料进行检测；试验样品：实施例1-5提供的耐磨复合材料和市售尼龙材料（对比例）；耐磨性能测试：使用模拟摩擦测试仪，载荷500g，测试时间为1000次，采用双向刮擦方式；记录测试结束时样品重量，计算磨耗损失和摩擦系数；热稳定性测试：使用热重分析仪，在空气中以升温速率为10℃/min的条件下进行热重分析，记录材料的熔点；刚性和机械强度测试：使用万能材料试验机，在机械性能试验标准要求的测试温度和湿度下，分别进行拉伸和弯曲试验，计算材料的弹性模量和伸长率；具体检测指标见表2。
42.表2
43.根据表2所示，本发明实施例1-5提供的耐磨复合材料相较于现有技术的尼龙材料，具有更好的耐磨性、热稳定性，同时表现出更高的刚性和机械强度，因此可以说明，本发明提供的耐磨复合材料应用于毛刷后有更广泛的潜力。
44.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种耐磨复合材料，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：聚酰亚胺树脂：20-50%；聚醚醚酮树脂：10-30%；碳纤维：10-30%；硅橡胶：5-20%；碳纳米管：3-10%；助剂：2-10%。2.根据权利要求1所述的耐磨复合材料，其特征在于：所述聚酰亚胺树脂为线性高分子聚合物，比表面积为10-20m2/g，拉伸强度为120-150mpa。3.根据权利要求1所述的耐磨复合材料，其特征在于：所述聚醚醚酮树脂为线性高分子聚合物，相对分子质量为10000-40000，抗拉强度为65-120mpa。4.根据权利要求1所述的耐磨复合材料，其特征在于：所述碳纤维直径为5-10μm，长度为0.5-1.5mm。5.根据权利要求1所述的耐磨复合材料，其特征在于：所述碳纳米管直径为5-15nm，长度为5-30um。6.根据权利要求1所述的耐磨复合材料，其特征在于：所述助剂包括流平剂、填料和耐候剂，按质量配比为1：5-7：1。7.一种用于权利要求1-6中任意一项所述的耐磨复合材料的拉丝工艺，其特征在于，包括以下步骤：s1、混合过程：将聚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂和碳纤维进行混合，在混合器中进行，以确保各组分混合均匀；s2、预处理过程：加入硅橡胶、碳纳米管和助剂在混合器中继续混合，并加热处理，温度为230-280℃；s3、挤出成型：在挤出成型时，使用配有挤出机头的注塑机进行，挤压温度为280-320℃；s4、拉丝：在拉丝工艺中，使用带有恒温装置的拉丝机进行，拉丝速度为0.1-0.5 m/s，拉丝温度为250-300℃；拉丝完成后，将细丝状材料定长切割，制备清洁刷刷毛。8.根据权利要求1-7任意一项所述的耐磨复合材料在毛刷中的应用。

技术总结
本发明涉及耐磨复合材料技术领域，具体地说，涉及一种耐磨复合材料及其拉丝工艺与在毛刷中的应用。其包括以下质量百分比的原料：聚酰亚胺树脂：20-50%；聚醚醚酮树脂：10-30%；碳纤维：10-30%；硅橡胶：5-20%；碳纳米管：3-10%；助剂：2-10%；本发明通过聚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂、碳纤维、硅橡胶和碳纳米管的配比和选择是根据特定要求进行优化的；这些组分的综合运用增强了复合材料的耐磨性、热稳定性、机械强度和刚性，并且保持了柔韧性和耐用性；相比现有技术中常用的单一材料或传统组分配比，本发明专利的组分及配比具有创新性和独特性。发明专利的组分及配比具有创新性和独特性。发明专利的组分及配比具有创新性和独特性。


技术研发人员：刘雪珍 王珉 刘志强
受保护的技术使用者：广州傲群刷业科技有限公司
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/8/24