一种磷酸锰纳米片改性的制造技术

本发明专利技术公开了一种磷酸锰纳米片改性的

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸锰纳米片改性的UHMWPE减摩抗磨复合材料及制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料
，涉及一种用于制造工程装备的材料，具体涉及一种磷酸锰纳米片改性的
UHMWPE
减摩抗磨复合材料及制备方法
。

技术介绍

[0002]摩擦磨损在我们的日常生活中无处不在，对能源消耗
、
二氧化碳排放以及经济成本等方面具有十分重要的影响
。
有研究表明，针对交通
、
能源等行业的摩擦学问题研究不仅可以有效延长机械设备使用寿命，减少能源消耗和经济损失，还可以减少二氧化碳排放，为世界各国提供新的解决方案
。
近年来，随着各类重大工程项目的建设，对各类工程装备在苛刻工况条件下的功能性和可靠性提出了更高的要求
。
因此，高性能聚合物基复合材料的研发及其摩擦学性能研究对于工程装备的开发和应用具有非常重要的意义
。
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，作为摩擦副零部件得到了广泛的应用，但是
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
。
传统的层状结构润滑剂如二硫化钼
、
石墨等由于具有层间滑动效应具有优异的润滑性能
。
磷酸锰是一种用途十分广泛且重要的化工原料和其他材料的中间体，它可作为磷化剂用于钢铁制品的磷化处理，起到很好的防锈效果，也用作各种武器或大型设备的润滑层和防护层
。
片层状结构的磷酸锰盐膜具有优异的润滑性能和抗热性
。
现有对于磷酸锰的研究主要集中在磷化剂
、
锂离子电池正极材料磷酸锰锂的前驱体等领域，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

[0003]本专利技术的目的在于提供一种磷酸锰纳米片改性的
UHMWPE
减摩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
UHMWPE
减摩抗磨复合材料由
UHMWPE
基体材料
、
三水合磷酸锰纳米片填充材料组成
。
首先制备出三水合磷酸锰纳米片材料，再将其与
UHMWPE
粉末机械共混均匀，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
UHMWPE
减摩抗磨复合材料
。
本专利技术利用三水合磷酸锰纳米片在摩擦过程中形成具有一定润滑性和抗热性的磷酸锰盐膜，有效减少了摩擦表面的材料的变形和撕裂，进而改善了超高分子量聚乙烯的减摩抗磨性能
。
制备的
UHMWPE
减摩抗磨复合材料在干摩擦工况下的摩擦系数
、
磨痕深度和宽度均有显著降低，作为运动副部件摩擦材料应用时，可大幅提高配副的可靠性和使用寿命
。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案为：
[0006]本专利技术提供一种三水合磷酸锰纳米片改性的
UHMWPE
减摩抗磨复合材料，由超高分子量聚乙烯
、
三水合磷酸锰组成
。
[0007]作为一种优选三水合磷酸锰为二维纳米片层结构
。
[0008]本专利技术所述超高分子量聚乙烯和三水合磷酸锰纳米片均为粉末状，先将二价锰盐溶液加入碱性的缓冲溶液中完全反应后分离沉淀物得到三水合磷酸锰纳米片，然后将超高分子量聚乙烯粉末和充分干燥后的三水合磷酸锰纳米片粉末经过机械混合通过热压机固化成型形成用于工程装备的减摩耐磨聚合物材料，通过所需形状和结构的模具，得到相应的构件
。
[0009]本专利技术还提供一种
UHMWPE
减摩抗磨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤
1、
合成三水合磷酸锰纳米片材料；
[0011]步骤
2、
选配超高分子量聚乙烯粉末；选配三水合磷酸锰纳米片粉末；
[0012]步骤
3、
将步骤2得到的超高分子量聚乙烯粉末和三水合磷酸锰纳米片粉末混合均匀，形成混合粉末；
[0013]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
。
[0014]优选的，步骤1中三水合磷酸锰纳米片过程如下：
[0015]将二价锰盐溶液加入碱性的缓冲溶液中形成反应液，将反应液超声后在室温下静置反应一段时间，完全反应后，分离沉淀物并充分干燥，进而得到三水合磷酸锰纳米片
。
[0016]优选的，所述碱性的缓冲溶液由磷酸氢二钠溶液与磷酸二氢钠溶液按照
60:40
～
80:20
的比例混合配置而成
。
[0017]优选的，所述二价锰盐溶液为硫酸锰溶液
、
氯化锰溶液及硝酸锰溶液中的任意一种或者几种的组合
。
[0018]优选的，步骤2中具体步骤为：按重量比例称取一定量的原料进行混合，即称取一定量三水合磷酸锰纳米片和
UHMWPE
原料粉末，利用行星式球磨机进行机械共混1～
2h。
[0019]优选的，所述混合粉末在模具中热压之前，先在
66℃
条件下利用干燥箱进行烘干
。
[0020]优选的，步骤3中，成型工艺：将干燥后的共混粉末原料装入模具中，使用
20
～
30MPa
压力进行预压，预压3次，每次3～
5min
；预压结束后进行固化成型，将模具温度设置为
160
～
180℃
，开始对模具加热，控温仪显示温度达到设置温度时，保温2～
3h
后，停止加热；将模具置于空气中自然冷却，当控温仪温度显示为
108
～
112℃
，施加压力
10
～
20MPa
保压；等温度冷却至
98
～
102℃
，施加压力
30
～
40MPa
保压；等温度冷却至
88
～
92℃
，施加压力
70
～
80MPa
保压；等温度冷却至
78
～
82℃
，施加压力
120
～
150MPa
保压；模具自然冷却至室温时，卸压脱模
。
[0021]作为优选，所述
UHMWPE
和三水合磷酸锰纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种三水合磷酸锰纳米片改性的
UHMWPE
减摩抗磨复合材料，其特征在于：由超高分子量聚乙烯
、
三水合磷酸锰组成
。2.
如权利要求1所述一种三水合磷酸锰纳米片改性的
UHMWPE
减摩抗磨复合材料，其特征在于：所述三水合磷酸锰为纳米片层结构
。3.
如权利要求1所述一种三水合磷酸锰纳米片改性的
UHMWPE
减摩抗磨复合材料，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯和三水合磷酸锰纳米片均为粉末状，先制备出三水合磷酸锰纳米片，然后将超高分子量聚乙烯粉末和三水合磷酸锰纳米片粉末经过机械混合通过热压机固化成型形成用于工程装备的减摩耐磨聚合物材料
。4.
如权利要求1所述一种三水合磷酸锰纳米片改性的
UHMWPE
减摩抗磨复合材料，其特征在于：所述
UHMWPE
减摩抗磨复合材料中的三水合磷酸锰纳米片含量为5～
10wt.
％
。5.
一种权利要求1‑4任意一项所述的
UHMWPE
减摩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、
制备三水合磷酸锰纳米片材料；步骤
2、
选配超高分子量聚乙烯粉末；选配三水合磷酸锰纳米片粉末；步骤
3、
将步骤2得到的超高分子量聚乙烯粉末和三水合磷酸锰纳米片粉末混合均匀，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所述一种三水合磷酸锰纳米片改性的
UHMWPE
减摩抗磨复合材料，其特征在于：所述混合粉末在模具中热压之前，先在
66℃
条件下利用干燥箱进行烘干
。7.
如权利要求5所述一种三水合磷酸锰纳米片改性的
UHMWPE
...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾丹，杨田，蔡暾，段海涛，詹胜鹏，段林林，成煜，刘炼，
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：