一种聚合物自润滑纳米复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚合物自润滑纳米复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：⑴分别将环氧树脂、聚氨酯脱水干燥后混合搅拌均匀，得到混合物；⑵所述混合物中依次加入可水解活性纳米颗粒、增强纤维，搅拌均匀后，得到聚合物混合液；⑶所述聚合物混合液中加入固化剂倒入预热模具中加压固化，脱模后即得聚合物自润滑纳米复合材料。本发明专利技术方法简单、易于实施，所得自润滑纳米复合材料可应用于边界润滑条件下频繁起停的水润滑轴承等运动机构的滑动摩擦部件。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物自润滑纳米复合材料的制备方法
本专利技术涉及复合材料领域，尤其涉及一种聚合物自润滑纳米复合材料的制备方法。
技术介绍
船舶、水泵、水轮机、汽轮机、空气压缩机、洗衣机及其他工业设备轴系中的各种轴承、齿轮与密封装置等传动零部件，以及各种流体传动与控制系统中的液压泵、马达和控制阀等重要基础件，往往都是以金属构件组成，并用油作为工作介质。而为了防止油的泄漏，需要进行密封，使其结构变得相当复杂，同时，不可避免地船舶推进系统油泄漏污染水环境问题日趋严重，近年来已引起各国政府、企业界和学术界的密切关注，少数发达国家对此投入巨额资金先后进行系统研究其治理技术及装备的研发。工业发达国家如美国已立法禁止航行在内陆流域的船舶使用油润滑轴承。用水代替油作润滑介质，是机械润滑领域当前及今后的重要研究方向。水作为润滑剂的优越性主要表现在无污染、来源广泛、节省能源、安全。水润滑具有环境友好的特点，在水利水电、航运、海洋作业等装备中，用水代替油作为润滑介质，不仅能够节约大量的润滑油，还可以避免润滑油介质泄露对水资源所造成的污染，是最具有发展潜力的工作介质。同时，一些特殊的工况，必须面对水润滑，如水下航行器运动部件，轻水核反应堆堆内滑动支撑与螺旋构件等等。但水并不是优良的润滑介质，与润滑油相比，水的粘度低，水环境中的摩擦副形成润滑膜的能力较差，有时甚至不能产生流体润滑效果而导致摩擦副材料在非流体润滑工况下工作。同时对偶材料在摩擦时与水发生的物理化学作用也直接影响着材料的使用性能和寿命，比如水会对摩擦副特别是金属材料产生腐蚀。因此，水润滑基体材料自身所拥有的摩擦学性能成为决定材料使用性能和寿命的主要因素。对于摩擦副材料在水润滑条件下出现的严重的摩擦磨损问题，国内外研究人员试图从两方面着手解决：一是提高水润滑材料自身的性能。二是通过设计摩擦副材料的组分来使其在水润滑条件下形成高强度的转移膜，避免其在边界条件下发生严重的摩擦磨损。从而，设计具有优异润滑性能的聚合物基复合材料成为解决水润滑条件下水润滑运动部件失效的重要途径。环氧树脂作为自润滑基体材料具有热稳定性好、耐化学性高、绝缘性好、高强度、收缩率低、粘接性好等优异性能。然而，纯环氧树脂易发生粘着磨损，不适合单独作为自润滑材料使用。聚氨酯材料因其具有优良的耐磨性、阻尼性和高弹性而广泛作为水润滑轴承材料，然而，其依然存在重载低速条件下承载能力差、噪音大等缺点。中国专利CN104817840A公开了在聚合物基体中加入固体润滑剂等去提高材料的摩擦磨损，但没有探索在边界润滑条件下材料的摩擦学性能。。CN103788623A研究了聚氨酯基体材料中加入固体润滑剂以及增强纤维，但没有进一步探索功能性纳米颗粒在不同条件下，尤其是在边界润滑条件下，对水润滑轴承材料的摩擦学行为。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种方法简单、易于实施的聚合物自润滑纳米复合材料的制备方法。为解决上述问题，本专利技术所述的一种聚合物自润滑纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：⑴分别将环氧树脂、聚氨酯脱水干燥后混合，于-0.95×105Pa~-0.1×105Pa搅拌均匀，得到混合物；所述聚氨酯在所述环氧树脂中的质量分数为10%~90%；⑵所述混合物中依次加入其体积0.1~20%的可水解活性纳米颗粒、1~30%的增强纤维，于-0.95×105Pa~-0.1×105Pa搅拌均匀后，得到聚合物混合液；⑶所述聚合物混合液中加入其体积8%~50%的固化剂倒入温度为80℃~120℃的预热模具中加压固化，脱模后即得聚合物自润滑纳米复合材料。所述步骤⑴中的环氧树脂是指双酚A型的液体树脂E51或E44，其脱水温度为70℃~100℃。所述步骤⑴中的聚氨酯为聚醚型聚氨酯，其数均分子量为1000~5000，脱水温度为40℃~90℃。所述步骤⑴中的搅拌条件是指温度为40℃~70℃，转速为200r/min，时间为30min。所述步骤⑵中的可水解活性纳米颗粒是指经KH-550处理后的BN或SiC纳米颗粒，其粒度为50~900nm。所述步骤⑵中的增强纤维为短切碳纤维，单丝直径为5~30μm，长度为20~500μm。所述步骤⑵中的搅拌条件是指转速为3000r/min，时间为60min。所述步骤⑶中的固化剂为脂肪胺类固化剂。所述步骤⑶中的加压固化的条件是指温度为90℃~150℃、压力为10MPa、时间为4~7h。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术通过在聚氨酯-环氧树脂(PU/EPIPN)基体中添加短切碳纤维、可水解活性纳米颗粒，经高速搅拌均匀分散后高温固化，得到一种可水解纳米颗粒复合填充的（PU/EPIPN）互穿网络结构的自润滑纳米复合材料。2、在水润滑条件下，本专利技术所得的复合材料中的短切碳纤维有助于摩擦界面上生成的转移膜发生石墨化反应；同时，可水解活性纳米颗粒的加入与短切碳纤维协同促进摩擦界面摩擦化学反应的发生，有助于对偶表面上高性能转移膜的形成，从而使复合材料在摩擦过程中更快地达到稳定阶段，进而使复合材料的磨损率达到数量级上的降低。3、本专利技术方法简单、易于实施，所得自润滑纳米复合材料可应用于边界润滑条件下频繁起停的水润滑轴承等运动机构的滑动摩擦部件。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为水润滑条件下四种材料的特征磨损率。具体实施方式实施例1一种聚合物自润滑纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：⑴分别将环氧树脂、聚氨酯脱水干燥后，按聚氨酯在环氧树脂中的质量分数为10%混合，于-0.5×105Pa、温度为40℃、转速为200r/min的条件下均匀搅拌30min，得到混合物。⑵混合物中依次加入其体积0.1%的经KH-550处理过的BN纳米颗粒、1%的增强纤维，于-0.5×105Pa、转速为3000r/min的条件下均匀搅拌60min后，得到聚合物混合液。⑶聚合物混合液中加入其体积50%的固化剂倒入温度为80℃的预热模具中，在温度为90℃、压力为10MPa的条件下加压固化4h，脱模后即得聚合物自润滑纳米复合材料。实施例2一种聚合物自润滑纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：⑴分别将环氧树脂、聚氨酯脱水干燥后，按聚氨酯在环氧树脂中的质量分数为90%混合，于-0.95×105Pa、温度为70℃、转速为200r/min的条件下均匀搅拌30min，得到混合物。⑵混合物中依次加入其体积20%的经KH-550处理过的SiC纳米颗粒、1%的增强纤维，于-0.95×105Pa、转速为3000r/min的条件下均匀搅拌60min后，得到聚合物混合液。⑶聚合物混合液中加入其体积20%的固化剂倒入温度为90℃的预热模具中，在温度为150℃、压力为10MPa的条件下加压固化4h，脱模后即得聚合物自润滑纳米复合材料。实施例3一种聚合物自润滑纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：⑴分别将环氧树脂、聚氨酯脱水干燥后，按聚氨酯在环氧树脂中的质量分数为90%混合，于-0.1×105Pa、温度为55℃、转速为200r/min的条件下均匀搅拌30min，得到混合物。⑵混合物中依次加入其体积1%的经KH-550处理过的SiC纳米颗粒、30%的增强纤维，于-0.1×105Pa、转速为3000r/min的条件下均匀搅拌60min后，得到聚合物混合液。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物自润滑纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：⑴分别将环氧树脂、聚氨酯脱水干燥后混合，于‑0.95×105Pa~‑0.1×105Pa搅拌均匀，得到混合物；所述聚氨酯在所述环氧树脂中的质量分数为10%~90%；⑵所述混合物中依次加入其体积0.1~20%的可水解活性纳米颗粒、1~30%的增强纤维，于‑0.95×105Pa~‑0.1×105Pa搅拌均匀后，得到聚合物混合液；⑶所述聚合物混合液中加入其体积8%~50%的固化剂倒入温度为80℃~120℃的预热模具中加压固化，脱模后即得聚合物自润滑纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物自润滑纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：⑴分别将环氧树脂、聚氨酯脱水干燥后混合，于-0.95×105Pa~-0.1×105Pa搅拌均匀，得到混合物；所述聚氨酯在所述环氧树脂中的质量分数为10%~90%；⑵所述混合物中依次加入其体积0.1~20%的可水解活性纳米颗粒、1~30%的增强纤维，于-0.95×105Pa~-0.1×105Pa搅拌均匀后，得到聚合物混合液；⑶所述聚合物混合液中加入其体积8%~50%的固化剂倒入温度为80℃~120℃的预热模具中加压固化，脱模后即得聚合物自润滑纳米复合材料。2.如权利要求1所述的一种聚合物自润滑纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤⑴中的环氧树脂是指双酚A型的液体树脂E51或E44，其脱水温度为70℃~100℃。3.如权利要求1所述的一种聚合物自润滑纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤⑴中的聚氨酯为聚醚型聚氨酯，其数均分子量为1000~5000，脱水温度为40℃~90℃。4.如权利要求1所述的一种聚合物自润...

【专利技术属性】
技术研发人员：张嘎，喻萍，赵福燕，李贵涛，张利刚，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62