适用于海水环境下的自润滑聚合物复合材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于海水环境下的自润滑聚合物复合材料及制备方法

【技术实现步骤摘要】
适用于海水环境下的自润滑聚合物复合材料及制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料
，涉及一种用于制造海洋工程装备的材料，具体涉及一种适用于海水环境下的自润滑聚合物复合材料及制备方法
。

技术介绍

[0002]聚合物及聚合物基复合材料具有低密度
、
高韧性
、
耐腐蚀
、
优异的自润滑和机械加工性能等特点，尤其是在海洋工程装备中，聚合物材料在海水环境下的不导电特性杜绝了电偶腐蚀，水下遮光环境避免材料的光老化，以及优异的包埋沙粒等异物的能力，使得聚合物材料在海水环境下用作摩擦副材料具有广阔的应用前景
。
然而，与金属材料相比，聚合物材料存在强度低
、
蠕变
、
老化以及吸水等固有缺陷，并且在低速重载工况下难以形成完整的润滑水膜导致严重的磨损及振动，加之海洋装备运动副所面临复杂多样的摩擦环境，极大地限制了聚合物材料作为摩擦副部件在海洋装备领域的应用，对材料性能提出了更高的要求
。
综上所述，针对海水这一特殊的使役环境，开发应用于海洋工程装备的高性能聚合物摩擦副材料，对于提升海洋装备运动副部件的可靠性和延长其使用寿命，拓展海洋环境中用聚合物摩擦副材料的应用领域，具有重要的理论指导意义和工程实用价值
。
超高分子量聚乙烯
(UHMWPE)
具有良好的自润滑性
、
化学惰性和良好的力学性能
。
由于无毒环保和极低的吸水率，
UHMWPE
被认为是一种潜在的海洋工程装备用摩擦副材料
。
但是
UHMWPE
的高磨损限制了其在涉水工程装备领域的应用，仍需对其进行进一步优化
。
[0003]基于实际工程应用的要求，聚合物摩擦副材料在水环境中须同时具备良好的强度和尺寸稳定性
。
利用表面改性技术或亲水性聚合物材料的设计虽然可以改善摩擦副表界面润滑状态，但是亲水性填料或改性表面吸水后会发生溶胀
、
弱化，这不利于摩擦副材料在水中的稳定性
。
因此，如何设计具有一定尺寸与性能稳定性的亲水性聚合物复合材料仍具有一定的挑战性
。
磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花是通过晶核诱导纳米片层组装形成的多孔结构颗粒，具有的高比表面积和强毛细作用可以吸附海水，增强流体动压润滑效应，实现摩擦副由边界润滑状态向混合润滑状态的调控，而不会发生溶胀行为改变复合材料的尺寸
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种适用于海水环境下的自润滑聚合物复合材料及制备方法，制备出具有优异摩擦学性能的自润滑聚合物复合材料，大大提升苛刻工况下海洋工程装备用摩擦副材料的摩擦学性能和延长其使用寿命
。
[0005]本专利技术制备的自润滑聚合物复合材料中包含质量百分比为
93
～
95wt
％的
UHMWPE
基体粉末，以及5～
7wt
％的磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花增强相粉末
。
首先以少量碳酸钡晶核作为诱导，磷酸钡与磷酸钡钠晶体以其为中心向四周延续生长，从而形成磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花，再将其与超高分子量聚乙烯粉末机械共混均匀
。
将混合粉料放入模具中，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自润滑聚合物复合材料
。
本专利技术利用磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花多孔结构具有的强毛细作用吸附海水，增
强流体动压润滑效应，实现摩擦副由边界润滑状态向混合润滑状态的调控，显著提升复合材料在海水润滑条件下的减摩抗磨性能
。
[0006]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案为：
[0007]本专利技术提供一种适用于海水环境下的自润滑聚合物复合材料，由超高分子量聚乙烯
、
磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花组成
。
[0008]作为一种优选所述磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花是通过晶核诱导纳米片层组装形成的多孔结构颗粒
。
[0009]本专利技术所述超高分子量聚乙烯和磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花均为粉末状；磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花合成原理如下：
[0010]首先在室温下将氢氧化钡固体溶解于水中，在空气中搅拌暴露
10
～
20
分钟生成碳酸钡晶核后，溶液成浑浊状，再取一定量该溶液加入磷酸氢二钠溶液中，反应一段时间后，分离沉淀物，即得到磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花
。
[0011]自润滑聚合物复合材料制备原理如下：
[0012]将超高分子量聚乙烯粉末和充分干燥后的磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花粉末经过机械混合通过热压机固化成型形成用于海洋工程装备的自润滑聚合物复合材料，通过所需形状和结构的模具，得到相应的构件
。
[0013]本专利技术还提供一种适用于海水环境下的自润滑聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]步骤
1、
磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花的制备；
[0015]步骤
2、
选配超高分子量聚乙烯粉末；选配磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花粉末；
[0016]步骤
3、
将步骤2得到的超高分子量聚乙烯粉末和磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花粉末粉末混合均匀，形成混合粉末；
[0017]步骤
4、
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
。
[0018]优选的，步骤1中磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花的制备过程如下：
[0019]S1、
在室温下将氢氧化钡固体溶解于水中，在空气中搅拌暴露生成碳酸钡晶核后，得到浑浊状的悬浮液；
[0020]S2、
再取一定量浑浊状的悬浮液加入磷酸氢二钠溶液中，反应一段时间后，分离沉淀物，即得到磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花
。
微观形态为由若干线性磷酸钡和以线性磷酸钡为中心向四周延续生长的纳米片组成的花球型，纳米片为磷酸钡与磷酸钡钠生长混合物，纳米片为长条形的片状结构
。
由于纳米片生长过程中，二维片层结构伸展方向的不定向性，不同片层结构构成了三维的纳米花结构，且从图1的扫描电镜中可以看出该纳米花的孔隙率极高
。
[0021]优选地，所述花球的直径为4‑
30
微米左右
。
[0022]进一步优选地，纳米片的宽度为
0.5
‑3微米，长度为3‑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种适用于海水环境下的自润滑聚合物复合材料，其特征在于：由超高分子量聚乙烯
、
磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花组成
。2.
如权利要求1所述一种适用于海水环境下的自润滑聚合物复合材料，其特征在于：所述磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花是通过晶核诱导纳米片层组装形成的多孔结构颗粒
。3.
如权利要求1所述适用于海水环境下的自润滑聚合物复合材料，其特征在于：所述磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花合成方法如下：先以少量碳酸钡晶核作为诱导，磷酸钡与磷酸钡钠晶体以其为中心向四周延续生长，从而形成磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花
。4.
如权利要求1所述一种适用于海水环境下的自润滑聚合物复合材料，其特征在于：所述自润滑聚合物复合材料中的磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花含量为5～
7wt.
％
。5.
一种权利要求1‑4任意一项所述的一种适用于海水环境下的自润滑聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1、
制备磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花；步骤
2、
选配超高分子量聚乙烯粉末；选配磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花粉末；步骤
3、
将步骤2得到的超高分子量聚乙烯粉末和磷酸钡
‑
磷酸钡钠杂化纳米花粉末混合均匀，形成混合粉末；步骤
4、
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
。6.
如权利要求5所述一种适用于海水环境下的自润滑聚合物复合材料，其特征在于：所述混合粉末在模具中热压之前，先在
50
～
60℃
条件下利用干燥箱进行烘...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾丹，杨田，段林林，段海涛，詹胜鹏，章武林，李银华，
申请(专利权)人：中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：