适用于水润滑工况的自润滑聚合物复合材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种自润滑聚合物复合材料，由硫化铜

【技术实现步骤摘要】
适用于水润滑工况的自润滑聚合物复合材料及其应用


[0001]本专利技术涉及一种适用于水润滑工况的自润滑聚合物复合材料及其应用，属于自润滑复合材料材料


技术介绍

[0002]高端润滑材料是高端装备制造业的重要支撑材料，也是实现节能减排及动力传动系统平稳可靠运行的重要保障。水润滑轴承材料作为替代现有使用油润滑为工作介质的金属轴承具有绿色、环保以及简化结构设计、节省维护成本等优点。设计开发具有优异摩擦学性能的自润滑聚合物复合材料，对于提高配副可靠性、经济性具有重要意义。
[0003]相关研究表明，自润滑聚合物复合材料通过配方设计，能够在摩擦过程中通过物理
‑
化学作用在摩擦界面上形成具有润滑特性的转移膜；正是由于转移膜的存在，分离摩擦界面，承担大部分载荷，极大提高了配副的摩擦学性能。
[0004]硫化铜(CuS)作为无机纳米材料的一种，具有近似的层状结构，在不同的温度下会发生晶体相变而转变为六方晶体，使其在润滑领域有一定的应用前景。现有对于CuS的研究主要集中催化、储能领域，以及其作为油添加剂，尚未有关于其作为聚合物复合材料的填料来研究对复合材料摩擦学性能的系统报道。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术，本专利技术提供了一种适用于水润滑工况的、核壳杂化体增强的自润滑聚合物复合材料，及其在制备水润滑轴承中的应用。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种适用于水润滑工况的、核壳杂化体增强的自润滑聚合物复合材料，由硫化铜
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碳壳杂化体和聚合物基体组成，硫化铜
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碳壳杂化体的质量分数为0.1％～25％，聚合物基体的质量分数为75％～99.9％；优选，硫化铜
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碳壳杂化体的质量分数为10％，聚合物基体的质量分数为90％。
[0008]进一步地，所述硫化铜
‑
碳壳杂化体是通过一步水热法制备得到的，包括以下步骤：
[0009](1)向去离子水中加入硫酸铜和硫代硫酸钠，搅拌使其充分溶解；然后加入碳源，搅拌使其充分溶解，得混合液；所述碳源选自葡萄糖、果糖、蔗糖、甘露糖、柠檬酸、谷氨酸、抗坏血酸中的任意一种或两种以上的组合；
[0010]所述水、硫酸铜、硫代硫酸钠、碳源的摩尔用量分别为：1.0～2.0mol，0.2～0.6mol，0.6～1.0mol，1.5～2.0mol；优选的摩尔用量分别为：1.4mol，0.4mol，0.8mol，1.8mol；
[0011](2)混合液置于不锈钢高压反应釜中，于150～300℃下进行水热反应4～20h；自然冷却至室温；离心，沉淀用去离子水和/或乙醇洗涤；充分干燥(在80℃的电热鼓风式烘箱中干燥24h)，得到硫化铜
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碳壳杂化体。
[0012]进一步地，所述聚合物基体选自聚酰胺、聚甲醛、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯硫醚中的任意一种或两种以上的组合。
[0013]所述自润滑聚合物复合材料的制备方法为：将硫化铜
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碳壳杂化体与聚合物基体搅拌混合、模压，即得；或将硫化铜
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碳壳杂化体与聚合物基体熔融共混、挤出注塑，即得。
[0014]进一步地，所述搅拌混合的条件为：转速30000rpm，时间5min。
[0015]进一步，所述模压的成型条件为：熔融温度190～400℃(具体地，当聚合物基体为聚酰胺时，熔融温度为295℃；当聚合物基体为聚甲醛时，熔融温度为190℃；当聚合物基体为聚醚醚酮、聚酰亚胺或聚酰胺酰亚胺时，熔融温度为400℃；当聚合物基体为聚苯硫醚时，熔融温度为300℃)，保温1h，压力15MPa。
[0016]进一步地，所述熔融共混、挤出注塑的条件为：双螺杆挤出机/注塑机1
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4区温度为：
[0017]当聚合物基体为聚酰胺时，260℃
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280℃
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290℃
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300℃；
[0018]当聚合物基体为聚甲醛时，160℃
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170℃
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180℃
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190℃；
[0019]当聚合物基体为聚醚醚酮、聚酰亚胺或聚酰胺酰亚胺时，370℃
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380℃
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390℃
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400℃；
[0020]当聚合物基体为聚苯硫醚时，280℃
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290℃
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300℃
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310℃；
[0021]挤出机螺杆转速400rpm或注塑机注射压力100MPa，背压2MPa，模具温度80℃。
[0022]所述自润滑聚合物复合材料在制备水润滑轴承中的应用。
[0023]本专利技术的自润滑聚合物复合材料，所添加的硫化铜
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碳壳杂化体在摩擦应力和摩擦热作用下易于在接触表面形成高强度转移膜，具有显著的承载及修复能力，促使复合材料在摩擦过程中更快地达到稳定阶段，抑制摩擦副的直接接触，降低材料的摩擦磨损；且硫化铜
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碳壳杂化体的合成方法简单易行，可大批量生产。本专利技术的自润滑聚合物复合材料作为水润滑轴承材料应用时，可大幅提高运动机构配副的可靠性和使用寿命，在降低能耗、节能减排、减少有色金属运用等方面具有较高的应用价值。
附图说明
[0024]图1：实施例1所制备的硫化铜
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碳壳杂化体的扫描电镜图片。
具体实施方式
[0025]下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明。然而，本专利技术的范围并不限于下述实施例。本领域技术人员能够理解，在不背离本专利技术的精神和范围的前提下，可以对本专利技术进行各种变化和修饰。
[0026]下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
[0027]实施例1制备自润滑聚合物复合材料
[0028]向去离子水(1.4mol)中加入硫酸铜(0.4mol)和硫代硫酸钠(0.8mol)，磁力搅拌使其充分溶解。然后加入1.8mol葡萄糖，继续磁力搅拌搅拌，待其完全溶解。移置至不锈钢高压反应釜中，于150℃下进行水热反应20h。自然冷却至室温。合成后的最终材料通过高速离
心机用去离子水和乙醇各洗涤3次，最后将获得的样品在80℃的电热鼓风式烘箱中干燥24h，得到硫化铜
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碳壳杂化体，其扫描电镜图片如图1所示。
[0029]将上述充分干燥的硫化铜
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碳壳杂化体(质量分数0.1％)加入到聚醚醚酮基体(质量分数99.9％)中，30000rpm机械搅拌5min，分散均匀，模压温度设置400℃，保温1h，压力设置15MPa，冷却室温得到块体材料。
[0030]实施例2制备自润滑聚合物复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自润滑聚合物复合材料，其特征在于：由硫化铜
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碳壳杂化体和聚合物基体组成，硫化铜
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碳壳杂化体的质量分数为0.1％～25％，聚合物基体的质量分数为75％～99.9％；所述硫化铜
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碳壳杂化体是通过一步水热法制备得到的，包括以下步骤：(1)向水中加入硫酸铜和硫代硫酸钠，搅拌使其充分溶解；然后加入碳源，搅拌使其充分溶解，得混合液；所述水、硫酸铜、硫代硫酸钠、碳源的摩尔用量分别为：1.0～2.0mol，0.2～0.6mol，0.6～1.0mol，1.5～2.0mol；所述碳源选自葡萄糖、果糖、蔗糖、甘露糖、柠檬酸、谷氨酸、抗坏血酸中的任意一种或两种以上的组合；(2)混合液于150～300℃下进行水热反应4～20h；自然冷却至室温；离心，沉淀用水和/或乙醇洗涤；充分干燥，得到硫化铜
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碳壳杂化体；所述聚合物基体选自聚酰胺、聚甲醛、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯硫醚中的任意一种或两种以上的组合。2.根据权利要求1所述的自润滑聚合物复合材料，其特征在于：所述水、硫酸铜、硫代硫酸钠、碳源的摩尔用量分别为：1.4mol，0.4mol，0.8mol，1.8mol。3.根据权利要求1所述的自润滑聚合物复合材料，其特征在于：所述步骤(2)中，混合液置于不锈钢高压反应釜中，于150℃下进行水热反应20h。4.根据权利要求1所述的自润滑聚合物复合材料，其特征在于：所述硫化铜
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碳壳杂化体的质量分数为10％，聚合物基体的质量分数为90％。5.权利要求1～4中任一项所述的自润滑聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：将硫化铜
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碳壳杂化体与聚合物基体搅拌混...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文宇，隋武，
申请(专利权)人：山东润持新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：