一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料，该复合材料由下述质量分数的组分制成：聚合物基体48~91%、增强填料6~12%、微纳米颗粒3~40%。同时，本发明专利技术还公开了该聚合物复合材料的制备方法。本发明专利技术可促进具有高覆盖性与高承载能力的转移膜在金属对偶表面形成，从而降低配副的摩擦系数，显著提高聚合物复合材料的耐磨性，使复合材料在苛刻边界润滑工况下表现出极低的摩擦系数和磨损率，同时降低金属对偶的表层氧化。属对偶的表层氧化。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及聚合物自润滑复合材料领域，尤其涉及一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着可持续发展被提上日程，人们希望在不影响摩擦副摩擦学性能的基础上，尽量减少对环境有害富含S、P等元素油润滑添加剂的使用，如ZDDP。因此在使用不含ZDDP等的油润滑条件下，开发具有优异性能的摩擦配副材料是非常有意义的。然而，由于部分润滑油粘度低，作为润滑剂承载能力比较差，摩擦副在摩擦过程中经常处于边界或混合润滑状态。摩擦副固
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固接触承担绝大部分载荷，因此对材料的摩擦学性能提出更高要求。
[0003]聚合物复合材料由于其本身密度小、比强度高、性能可设计、自润滑、耐腐蚀性能好等优异性能，在高技术工业领域中的应用日益广泛。同时，边界润滑工况下使用优化设计的聚合物
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金属摩擦副代替传统金属
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金属摩擦副，可有效防止运动机构的咬合，为提高摩擦副的使用寿命和可靠性设计提供了新思路。然而，由于纯的聚合物材料承载能力较低，摩擦、磨损性能较差，难以满足某些苛刻条件下的使用要求，需要针对具体使用条件对其进行改性和功能化设计。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种摩擦系数和磨损率低的适用于边界润滑工况的聚合物复合材料。
[0005]本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供该适用于边界润滑工况的聚合物复合材料的制备方法。
[0006]为解决上述问题，本专利技术所述的一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料，其特征在于：该复合材料由下述质量分数的组分制成：聚合物基体48~91%、增强填料6~12%、微纳米颗粒3~40%。
[0007]所述聚合物基体是指热塑性聚合物聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚芳醚腈中的任意一种。
[0008]所述增强填料是指碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、芳纶颗粒中的任意一种。
[0009]所述微纳米颗粒是指单质铜、钴、镍、铬及其氧化物的微纳米颗粒中的任意一种。
[0010]如上所述的一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：首先按配比称重，然后将聚合物基体、增强填料、微纳米颗粒混合均匀后干燥，得到混合物；所述混合物转移至双螺杆挤出机中熔融后挤出，并将熔融的挤出料经注射机注塑成型即得。
[0011]所述干燥的条件是指干燥温度为120℃，干燥时间为12~24h。
[0012]所述双螺杆挤出机的一区加热温度为350~375℃，二区温度为360~385℃，三区温度为370~395℃，四区温度为380~405℃，螺杆转速为100~300rpm。
[0013]所述注射机的注射模具温度为100~200℃，注射筒温度350~450℃，注射背压1~5MPa，注射压力100~200MPa。
[0014]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术中在传统聚合物材料中加入可促进摩擦闪温烧结反应的过渡金属或其氧化物微纳米填料，在摩擦过程中发生摩擦化学反应，烧结生成氧化物等化学物质，促进具有高覆盖性与高承载能力的转移膜在金属对偶表面形成，从而降低配副的摩擦系数，显著提高聚合物复合材料的耐磨性，使复合材料在苛刻边界润滑工况下表现出极低的摩擦系数和磨损率，同时降低金属对偶的表层氧化。
[0015]2、本专利技术以热塑性特种塑料为基体材料，可采用常规挤出共混和注塑工艺，生产效率高。
具体实施方式
[0016]一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料，该复合材料由下述质量分数（kg/kg）的组分制成：聚合物基体48~91%、增强填料6~12%、微纳米颗粒3~40%。
[0017]其中：聚合物基体是指热塑性聚合物聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚芳醚腈中的任意一种。
[0018]增强填料是指碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、芳纶颗粒中的任意一种。
[0019]微纳米颗粒是指单质铜、钴、镍、铬及其氧化物的微纳米颗粒中的任意一种。
[0020]该适用于边界润滑工况的聚合物复合材料的制备方法：首先按配比称重，然后将聚合物基体、增强填料、微纳米颗粒混合均匀后于120℃干燥12~24h，得到混合物；混合物转移至双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的一区加热温度为350~375℃，二区温度为360~385℃，三区温度为370~395℃，四区温度为380~405℃，螺杆转速为100~300rpm。熔融后挤出，并将熔融的挤出料经注射机注塑成型即得。注射机的注射模具温度为100~200℃，注射筒温度350~450℃，注射背压1~5MPa，注射压力100~200MPa。
[0021]下述实施例及对比例中试剂和原料，如无特殊说明，均从商业途径获得。
[0022]实施例1一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料的制备方法：按总量为2kg计，将48%聚酰亚胺、12%碳纤维、40%镍颗粒混合均匀，置于120℃鼓风干燥箱中干燥3h后，转移至双螺杆挤出机中熔融后挤出；将熔融的挤出料经注射机注塑成型。双螺杆挤出机的一区加热温度为350~375℃，二区温度为360~385℃，三区温度为370~395℃，四区温度为380~405℃，螺杆转速为100~300rpm；注射机的注射模具温度为100~200℃，注射筒温度350~450℃，注射背压1~5MPa，注射压力100~200MPa。
[0023]将聚合物复合材料切割为50mm
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10mm
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4mm的试样，采用MRH
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1A环块式摩擦试验机进行摩擦试验，试验速度0.2m/s，试验恒定载荷100N，时间3h。对偶为GCr15轴承钢，采用PAO油作为润滑介质。
[0024]实施例2一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料的制备方法：按总量为2kg计，将66%聚酰亚胺、10%碳纤维、24%镍颗粒混合均匀，置于120℃鼓风干燥箱中干燥6h后，转移至双螺杆挤出机中熔融后挤出；将熔融的聚酰亚胺挤出料经注射机注塑成型。双螺杆挤出机、注射机的工艺参数同实施例1。
[0025]将聚合物复合材料按实施例1制样、进行摩擦试验。
[0026]实施例3一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料的制备方法：按总量为2kg计，将91%聚酰亚胺、6%碳纤维、3%镍颗粒混合均匀，置于120℃鼓风干燥箱中干燥12h后，转移至双螺杆挤出机中熔融后挤出；将熔融的挤出料经注射机注塑成型。双螺杆挤出机、注射机的工艺参数同实施例1。
[0027]将聚合物复合材料按实施例1制样、进行摩擦试验。
[0028]实施例4一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料的制备方法：按总量为2kg计，将66%聚醚醚酮、10%玻璃纤维、24%氧化镍颗粒混合均匀，置于120℃鼓风干燥箱中干燥3h后，转移至双螺杆挤出机中熔融后挤出；将熔融的挤出料经注射机注塑成型。双螺杆挤出机、注射机的工艺参数同实施例1。
[0029]将聚合物复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料，其特征在于：该复合材料由下述质量分数的组分制成：聚合物基体48~91%、增强填料6~12%、微纳米颗粒3~40%。2.如权利要求1所述的一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料，其特征在于：所述聚合物基体是指热塑性聚合物聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚芳醚腈中的任意一种。3.如权利要求1所述的一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料，其特征在于：所述增强填料是指碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、芳纶颗粒中的任意一种。4.如权利要求1所述的一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料，其特征在于：所述微纳米颗粒是指单质铜、钴、镍、铬及其氧化物的微纳米颗粒中的任意一种。5.如权利要求1所述的一种适用于边界润滑工况的聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：首先按配比称重，然后将聚合物基体、增强填料、微纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺仁，林钰淞，张嘎，李贵涛，许永坤，
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：