基于磷酸镉改性的制造技术

本发明专利技术公开了一种基于磷酸镉改性的

【技术实现步骤摘要】
基于磷酸镉改性的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，具体涉及一种基于磷酸镉改性的
UHMWPE
减摩抗磨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，尤其是在工程装备中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
、
蠕变以及老化等固有缺陷，并且在低速重载工况下受摩擦热和剪切作用导致严重的磨损及振动，极大地限制了聚合物材料作为摩擦副部件在工程装备领域的应用，对材料性能提出了更高的要求
。
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，但是
UHMWPE
的高磨损限制了其在工程装备领域的应用，仍需对其进行进一步优化
。
[0003]专利
CN114539655A
公开了一种基于磷酸锆改性的
UHMWPE
减摩抗磨复合材料的制备方法
。
首先利用硅烷偶联剂
KH
‑
792
对磷酸锆片层表面进行有机化偶联修饰，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，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
UHMWPE
减摩抗磨复合材料
。
本专利技术利用磷酸锆优异的润滑性能，稳定的二维分子结构
、
较高的表面反应性和可控的纵横比，将
KH
‑
792
接枝到剥离后的磷酸锆片层表面，改善了填料与基体的界面结合能力，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
、
磨损体积均有显著降低
。
用磷酸锆改性
UHMWPE
具有一定的积极效果，然而这种效果还不足以大规模商业化使用，因此有必要寻找新的改性材料
。
[0004]与磷酸锆的稳定二维分子结构不同，磷酸镉颗粒是一种不规则片层堆叠状结构，这种特殊结构磷酸盐在
UHMWPE
中是否具有良好分散性，是否具有减摩抗磨效果还是未知，现有技术中也没有相关文献报道或者专利技术，因此探索磷酸镉颗粒对
UHMWPE
具有非常积极的意义
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于磷酸镉改性的
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聚合物摩擦副材料，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
。
[0006]本专利技术制备的
UHMWPE
减摩抗磨复合材料体系中包含质量百分比为
92
～
99wt
％的
UHMWPE
基体粉末，以及1～
8wt
％的磷酸镉增强相粉末
。
首先将二价可溶性镉盐溶液逐滴加入缓冲溶液中，搅拌充分反应后分离沉淀物并干燥后得到磷酸镉材料，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
UHMWPE
减摩抗磨复合材料
。
由于磷酸镉颗粒是一种不规则片层堆叠状结构，在模压过程中聚合物基体分子链进入磷酸镉表面凹陷中形成互
锁结构，不易在摩擦过程中剥落，进入摩擦界面后受剪切力作用破碎成磷酸镉纳米片形成润滑保护膜，可以有效削弱复合材料摩擦表面的损伤，显著提升复合材料的减摩抗磨性能
。
[0007]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案为：
[0008]本专利技术提供一种基于磷酸镉改性的
UHMWPE
减摩抗磨复合材料，由超高分子量聚乙烯
、
磷酸镉组成
。
[0009]所述磷酸镉的微观形貌是不规则片层堆叠状颗粒
。
[0010]本专利技术所述超高分子量聚乙烯和磷酸镉均为粉末状，首先将二价可溶性镉盐溶液逐滴加入缓冲溶液中，搅拌充分反应后分离沉淀物并干燥后得到磷酸镉材料，然后将超高分子量聚乙烯粉末和充分干燥后的磷酸镉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
。
[0011]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：
[0012]步骤
1、
选配超高分子量聚乙烯粉末；选配磷酸镉粉末；
[0013]步骤
2、
将步骤1得到的超高分子量聚乙烯粉末和磷酸镉粉末混合均匀，形成混合粉末；
[0014]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
。
[0015]优选的，所述磷酸镉粉末为磷酸镉纳米材料粉末
。
[0016]本专利技术将超高分子量聚乙烯粉末和磷酸镉粉末共混后通过热压机熔融固化成型制备出用于工程装备的
UHMWPE
减摩抗磨复合材料，在热压过程中超高分子量聚乙烯的分子链进入磷酸镉纳米花表面凹陷中形成互锁结构，有效增强了填料与聚合物基体间的界面结合，在摩擦过程中，位于材料表面的磷酸镉纳米花剥落进入摩擦界面，在剪切力作用破碎成磷酸镉纳米片形成润滑保护膜
。
[0017]优选的，步骤1中具体步骤为：按重量比例称取一定量的原料进行混合，即称取一定量超高分子量聚乙烯粉末和磷酸镉纳米材料粉末，利用行星式球磨机进行机械共混1～
2h。
[0018]优选的，所述混合粉末在模具中热压之前，先在
50
～
80℃
条件下利用干燥箱进行烘干
。
[0019]所述步骤3中，预压的压力为
20
～
30MPa
；预压2～5次，每次3～
5min。
[0020]优选的，所述步骤3中，固化成型的模具设定温度为
165
～
185℃
，固化时间为保温2～
4h。
[0021]优选的，所述步骤3中，固化成型时，保温2～
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，直至施加热压压力达到
120
～
150MPa
后保压；模具自然冷却至室温时，卸压脱模，即得到<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于磷酸镉改性的
UHMWPE
减摩抗磨复合材料，其特征在于：由超高分子量聚乙烯
、
磷酸镉组成
。2.
如权利要求1所述一种基于磷酸镉改性的
UHMWPE
减摩抗磨复合材料，其特征在于：所述磷酸镉的微观形貌是不规则片层堆叠状颗粒
。3.
如权利要求1所述一种基于磷酸镉改性的
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磷酸镉均为粉末状，先将二价可溶性镉盐溶液逐滴加入缓冲溶液中，搅拌充分反应后分离沉淀物并干燥后得到磷酸镉材料，然后将超高分子量聚乙烯粉末和充分干燥后的磷酸镉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所述一种基于磷酸镉改性的
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磷酸镉纳米材料含量为1～
8wt.
％
。5.
一种权利要求1‑4任意一项所述的一种基于磷酸镉改性的
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、
选配超高分子量聚乙烯粉末；选配磷酸镉粉末；步骤
2、
将步骤1选配的超高分子量聚乙烯粉末和磷酸镉粉末混合均匀，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
。6.
如权利要求5所述一种基于磷酸镉改性的
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
50
～
80℃
条件下利用干燥箱进行烘干
。7.
如权利要求5所述一种基于磷酸镉改性的
UHMWPE
减...

【专利技术属性】
技术研发人员：段海涛，杨田，詹胜鹏，贾丹，李晓静，马利欣，段林林，
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：