磷酸锆四苯基锡协同改性UHMWPE的抗磨复合材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸锆四苯基锡协同改性UHMWPE的抗磨复合材料及制备方法。抗磨复合材料由超高分子量聚乙烯、四苯基锡和磷酸锆组成。首先利用行星式球磨机将四苯基锡粉末、磷酸锆粉末与超高分子量聚乙烯粉末机械共混均匀，然后将混合粉料放入模具中，最后采用热压成型法将混合粉料加热模压熔融后固化成型，待冷却脱模后即可得改性超高分子量聚乙烯基抗磨复合材料。本发明专利技术利用磷酸锆稳定的二维分子结构所具有的优异的自润滑性能，和金属有机化合物四苯基锡在聚合物基体中的骨架承载效应，协同改性超高分子量聚乙烯，进而改善了超高分子量聚乙烯的抗磨性能。抗磨复合材料在干摩擦工况下的磨损体积均有显著降低。工况下的磨损体积均有显著降低。工况下的磨损体积均有显著降低。

【技术实现步骤摘要】
磷酸锆四苯基锡协同改性UHMWPE的抗磨复合材料及制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料
，涉及一种用于工程装备的材料，具体涉及一种磷酸锆四苯基锡协同改性UHMWPE的抗磨复合材料及制备方法。

技术介绍

[0002]摩擦磨损普遍存在于机械系统中，不可避免地会导致机械损坏和能源浪费。解决这一问题最有效的方法之一是开发具有自润滑功能的抗磨复合材料。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种分子量超过150万的线型结构高分子聚合物，是一种自润滑高分子材料，因具有高的机械强度和抗冲击性，低的摩擦系数与良好的耐磨性而著称，且无毒、无污染、可再循环回收等优点。然而，UHMWPE的高磨损限制了其在工程装备领域的应用，还需对其进行进一步改进。层状结构的磷酸锆(ZrP)由于具有层间滑动效应具有优异的润滑性能，用于高分子复合材料当中，可以增加复合材料的韧性和拉伸强度，提升材料的稳定性，抗氧化性和抗老化性，同时增加了复合材料的耐摩擦性，用于润滑脂、润滑油中，可以提升油品的承载和抗磨能力，减低基础油的黏度，提高基础油的减摩耐磨性等优点，而金属有机化合物四苯基锡(Ph4Sn)在聚合物基体中具有骨架承载效应。利用磷酸锆和四苯基锡协同改性UHMWPE，制备出具有优异抗磨性能的复合材料，对于提升苛刻工况下工程装备用摩擦副材料的摩擦学性能和延长其使用寿命具有重要的意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种磷酸锆四苯基锡协同改性UHMWPE的抗磨复合材料及制备方法，制备出具有优异抗磨性能的复合材料，大大提升苛刻工况下工程装备用摩擦副材料的摩擦学性能和延长其使用寿命。
[0004]本专利技术制备的抗磨复合材料由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、磷酸锆(ZrP)和四苯基锡(Ph4Sn)组成，首先选配超高分子量聚乙烯粉末、磷酸锆和四苯基锡粉末，将三者干燥后通过机械混合形成混合粉末，将混合粉末置于模具中，采用热压机对混合粉末进行先预压后热压成型工艺，得到抗磨复合材料。本专利技术利用磷酸锆的自润滑作用和四苯基锡的骨架承载作用，提升了超高分子量聚乙烯的抗磨损性能，最终得到工程装备用抗磨复合材料。抗磨复合材料在干摩擦工况下的磨损体积均大幅度降低。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术保护一种磷酸锆四苯基锡协同改性UHMWPE的抗磨复合材料，其特征在于：由超高分子量聚乙烯、磷酸锆和四苯基锡组成。
[0007]优选的，所述超高分子量聚乙烯、磷酸锆和四苯基锡均为粉末状，三种粉末材料经过机械混合通过热压机固化成型形成用于工程装备的耐磨聚合物材料。
[0008]优选的，所述抗磨复合材料中的磷酸锆含量为4～5wt.％，所述抗磨复合材料中的四苯基锡含量为0.5～5wt.％。
[0009]本专利技术还保护一种抗磨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0010]步骤1、选配超高分子量聚乙烯粉末；选配磷酸锆粉末；选配四苯基锡粉末；
[0011]步骤2、将步骤1得到的超高分子量聚乙烯粉末、磷酸锆粉末和四苯基锡粉末混合均匀，形成混合粉末；
[0012]步骤3、将混合粉末置于模具中，采用热压机进行先预压后固化成型最后冷却脱模。
[0013]优选的，步骤2中，将超高分子量聚乙烯粉末、磷酸锆粉末和四苯基锡粉末通过行星式球磨机进行机械共混1～2h，得到混合粉末。
[0014]优选的，所述混合粉末装入模具前，先60～80℃干燥一段时间。
[0015]优选的，所述步骤3中，预压的压力为20～30MPa；预压2～5次，每次3～5min。
[0016]优选的，所述步骤3中，热压机固化成型的模具设定温度为160～180℃，固化时间为保温3～4h。
[0017]优选的，所述步骤3中，固化成型时，保温3～4h后，停止对模具加热，将模具置于空气中自然冷却，冷却过程中，根据模具温度的下降逐渐增加热压机的压力，直至施加热压压力为140～150MPa保压；模具自然冷却至室温时，卸压脱模，即得到减摩抗磨复合材料。
[0018]优选的，所述步骤3的冷却过程中热压机施压参数为：当控温仪温度显示为110℃，施加压力20～30MPa保压；等温度冷却至100℃，施加压力50～60MPa保压；等温度冷却至90℃，施加压力80～90MPa保压；等温度冷却至80℃，施加压力140～150MPa保压直至冷却至常温。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020](1)本专利技术选用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉末为基础材料，对其添加磷酸锆(ZrP)、四苯基锡(Ph4Sn)进行热压成型得到工程装备用ZrPPh4SnUHMWPE聚合物材料试样。由于磷酸锆的自润滑作用和四苯基锡的骨架承载作用，当磷酸锆含量为4～5wt.％，四苯基锡含量为0.5～5wt.％，超高分子量聚乙烯的含量为90～95.5wt.％时，复合材料的耐磨性效果最好，对材料的损耗减小60％以上。
[0021](2)在干摩擦条件下ZrPPh4SnUHMWPE复合材料与纯UHMWPE材料相比，无明显增摩变化。ZrPPh4SnUHMWPE聚合物材料在干摩擦工况下进行摩擦学试验，复合材料磨损体积都比纯UHMWPE材料低，说明ZrPPh4SnUHMWPE复合材料在干摩擦工况下具有更好的耐塑性化和耐磨损性能。
附图说明
[0022]图1为本专利技术中工程装备用耐磨聚合物材料干摩擦工况下摩擦系数和摩擦时间关系图，图中曲线1
‑
4分别为纯UHMWPE材料(曲线1)和实施例1～3(曲线2～4)中制备的不同组成工程装备用用抗磨复合材料曲线；
[0023]图2为纯UHMWPE和本专利技术实施例1～3中制备的工程装备用聚合物材料干摩擦工况下复合材料的磨损体积图；
[0024]图3为本专利技术实施例1中制备的工程装备用聚合物材料干摩擦工况下复合材料的磨痕形貌三维图；
[0025]图4为本专利技术实施例2中制备的工程装备用聚合物材料干摩擦工况下复合材料的磨痕形貌三维图；
[0026]图5为本专利技术实施例3中制备的工程装备用聚合物材料干摩擦工况下复合材料的磨痕形貌三维图。
具体实施方式
[0027]为进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及应用实例，对依据本专利技术提出的一种磷酸锆四苯基锡协同改性超高分子量聚乙烯的抗磨复合材料具体实施方式进行详细说明。以下实施例仅用于更清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0028]以下实施例中所述超高分子量聚乙烯粉末、磷酸锆粉末和四苯基锡粉末，其均为常规的市购产品。
[0029]实施例1：称取总重量百分比为1wt.％的Ph4Sn原料、4.95wt.％的ZrP原料和94.05wt.％的UHMWPE原料粉末，使用行星式球磨机机械研磨共混1～2h(无明显单一相)。之后将粉末在60～80℃干燥3h。接下来进行成型工艺：将干燥后的原料装入模具中，使用20～30MPa压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸锆四苯基锡协同改性UHMWPE的抗磨复合材料，其特征在于：由超高分子量聚乙烯、磷酸锆和四苯基锡组成。2.如权利要求1所述磷酸锆四苯基锡协同改性超高分子量聚乙烯的抗磨复合材料，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯、磷酸锆和四苯基锡均为粉末状，三种粉末材料经过机械混合通过热压机固化成型形成用于工程装备的耐磨聚合物材料。3.如权利要求1所述磷酸锆四苯基锡协同改性超高分子量聚乙烯的抗磨复合材料，其特征在于：所述抗磨复合材料中的磷酸锆含量为4～5wt.％，所述抗磨复合材料中的四苯基锡含量为0.5～5wt.％。4.一种权利要求1
‑
3任意一项所述抗磨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、选配超高分子量聚乙烯粉末；选配磷酸锆粉末；选配四苯基锡粉末；步骤2、将步骤1得到的超高分子量聚乙烯粉末、磷酸锆粉末和四苯基锡粉末混合均匀，形成混合粉末；步骤3、将混合粉末置于模具中，采用热压机进行先预压后固化成型最后冷却脱模。5.如权利要求4所述抗磨复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2中，将超高分子量聚乙烯粉末、磷酸锆粉末和四苯基锡粉末通过行星式球磨机进行机械共混1～2h，得到混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：段海涛，蔡暾，詹胜鹏，杨田，贾丹，李银华，章武林，金义杰，
申请(专利权)人：武汉材料保护研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：