【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种超高分子量聚乙烯润滑材料，尤其涉及一种重载工况下使用的改性超高分子量聚乙烯润滑材料，主要用于制造船舶甲板与桥梁支座等重载工况下服役的润滑材料，属于支承结构材料或润滑材料领域。
技术介绍
1、超高分子量聚乙烯具有优良的摩擦磨损性能，但是力学性能不足，突出体现在承载能力不高，也容易产生蠕变。特别在重载工况下，超高分子量聚乙烯往往由于比压过高导致摩擦系数、磨损率急剧增大且不稳定，因而迅速磨损失效。常规的改性方法通过引入各种具有高承载能力的无机填料对超高分子量聚乙烯进行复合改性，在一定程度上改善了复合材料的承载能力。然而，引入高含量的无机填料也不可避免地阻断了超高分子量线性高分子链的连续性与伸展性，导致复合材料延展率与韧性，甚至拉伸强度的明显下降。
2、聚芳醚酮是一类亚苯基通过醚基与酮基交替连接而成的半结晶热塑性工程塑料。因为聚芳醚酮分子结构中含有刚性苯环，具有显著优于超高分子量聚乙烯的力学性能和承载能力，因而适用于制造齿轮支承座、轴承、轴衬、齿轮等航空航天、海洋工程等领域重载部件。然而，聚芳醚酮本身价格昂贵，单独使用时性价比不高，且制造工艺复杂。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有超高分子量聚乙烯润滑材料承载能力不足、重载工况下摩擦磨损性能不理想的瓶颈问题，提供一种超高分子量聚乙烯重载润滑材料及其制备方法。
2、一、超高分子量聚乙烯重载润滑材料的制备
3、本专利技术以超高分子量聚乙烯为聚合物基体，聚芳醚酮为主要增强填料，结合
4、原料组分：以重量份计，超高分子量聚乙烯60~85份，聚芳醚酮5~35份，增强填料0.1~3份。
5、原料组分中，超高分子量聚乙烯粒径为10~60μm，分子量为(1.5~7.0)×106g/mol。聚芳醚酮为聚醚酮、聚醚醚酮酮、聚醚酮酮中的一种或多种，且粒径为10~80μm。增强填料为碳纤维、玻璃纤维、碳酸钙、氧化硅、实心玻璃珠中一种或多种，且增强填料尺寸为30~200μm。
6、本专利技术在复合材料的原料组分设计方面，聚芳醚酮承载能力高，并且在重载高压条件下具有优异的摩擦磨损性能，将其与超高分子量聚乙烯基体复合后，能有效提升复合材料的承载能力与润滑填料；结合少量增强填料的复配，可以进一步提升复合材料承载能力，并控制因高含量无机填料引起的延展率与冲击韧性的下降，从而全面提升超高分子量聚乙烯复合材料的力学强度、柔韧性，特别是在重载工况下的摩擦磨损性能。
7、制备工艺：包括以下步骤：
8、（1）机械共混：将超高分子量聚乙烯、聚芳醚酮与增强填料放置于机械混料机中混合均匀，得到混合物料。机械共混在双轴混料器中进行，混料釜内剪切刀具转速为50~1000pm，混料釜整体绕悬臂转速为5~20rpm，混合时间为3~40min。
9、（2）烧结成型：将混合粉料放置于精密模压机模具中，在2~15mpa、195~225℃烧结30~210min，得到烧结坯料。所得烧结坯料为板状，长度80~1500mm，宽度50~200mm，厚度1~10mm。
10、（3）压制定型：在开放嵌入式版形模具中，将烧结坯料在温度30~60℃、压力10~60mpa下定型30~120min，得到压制定型坯料。压制定型在板式模具中进行，加压速率为0.5~10mm/min，且嵌入深度为烧结坯料的50%~80%。
11、（4）削边加工：将压制定型坯料长、宽方向的变形边缘在双轴削边机中经机械加工去除，得到超高分子量聚乙烯重载润滑材料。削除尺寸为长、宽尺寸的1%~15%，切削速度为5~100mm/s。
12、本专利技术在制备工艺方面，通过机械共混工艺参数的控制实现多元组分的均匀共混，通过烧结成型、压制定型与削边加工工艺流程与参数调控，保障复合材料性能与尺寸精密程度，特别是采用压制定型工艺在提升成型材料的致密程度，解决超高分子量聚乙烯自身承载能力不足造成的复合材料摩擦系数与磨损率高的问题。
13、二、超高分子量聚乙烯重载润滑材料的性能测试
14、1、摩擦磨损性能测试
15、测试方法：按照astm g99-05进行，将制得聚四氟乙烯润滑材料成型产品加工为尺寸19mm×12mm×12mm的块状试样，与高碳铬轴承钢环（gcr15）配副，在mrh-3高速环块摩擦磨损试验机中进行测试；试验接触载荷为800n~1200n，线速度为0.5m/s，运行时间为30min；摩擦系数由试验机自动记录并输出，磨损率由样品磨损前、后质量损失计算。
16、测试结果：本专利技术制备的超高分子量聚乙烯润滑材料，摩擦系数为0.02~0.05，磨损率为(1.2~5.7) ×10-5mm3/nm。可见，该超高分子量聚乙烯润滑材料在800n以上的重载工况下具有优异的摩擦系数与磨损率。
17、2、拉伸强度测试
18、测试方法：制得超高分子量聚乙烯重载润滑材料经机械加工成国标指定尺寸在万能试验机上进行力学性能测试，拉伸强度试件为80 mm×10mm×4 mm的哑铃形，测试标准为gb/t 1040.2-2006，拉伸速率为10mm/min。
19、测试结果：本专利技术制备的超高分子量聚乙烯重载润滑材料，拉伸强度为20~33mpa，延展率为150%~280%。可见，该超高分子量聚乙烯重载润滑材料具有优异的拉伸强度，特别是拉伸延展率远超50%的安全使用线。
20、3、缺口冲击强度测试
21、测试方法：制得的超高分子量聚乙烯重载润滑材料经机械加工成国标指定尺寸在万能试验机上进行力学性能测试，试件为80 mm×10mm×4mm的长条形，加工有iso 2818:1994指定的双侧b型缺口。测试标准为gb/t 1043.1-2008，摆锤动能为7.5j。
22、测试结果：本专利技术制备的超高分子量聚乙烯重载润滑材料的缺口冲击强度为150~250kj/m2。可见，该超高分子量聚乙烯重载润滑材料具有优异的冲击强度。
23、综上所述，本专利技术以超高分子量聚乙烯树脂为聚合物基体，聚芳醚酮为主要改性填料，利用聚芳醚酮自身的刚性骨架结构，在提升超高分子量聚乙烯基体承载能力的基础上，保持其延展率与韧性不受影响；结合少量无机增强填料，进一步提升其承载能力；结合二次压制定型工艺，进一步提升成型材料的致密性，提升复合材料承载能力，满足高载荷摩擦工况的服役需求。
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1.一种超高分子量聚乙烯重载润滑材料，是由以下原料和工艺制备而得：
2.如权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯重载润滑材料，其特征在于：原料组分中，超高分子量聚乙烯粒径为10~60μm，分子量为(1.5~7.0)×106g/mol。
3.如权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯重载润滑材料，其特征在于：原料组分中，聚芳醚酮为聚醚酮、聚醚醚酮酮、聚醚酮酮中的一种或多种，且粒径为10~80μm。
4.如权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯重载润滑材料，其特征在于：原料组分中，增强填料为碳纤维、玻璃纤维、碳酸钙、氧化硅、实心玻璃珠中一种或多种，且增强填料尺寸为30~200μm。
5.如权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯重载润滑材料，其特征在于：制备工艺的机械共混在双轴混料器中进行，混料釜内剪切刀具转速为50~1000pm，混料釜整体绕悬臂公转转速为5~20rpm，混合时间为3~40min。
6.如权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯重载润滑材料，其特征在于：制备工艺的烧结成型中，所得烧结坯料为板状，长度80~1500mm，宽度50~20
7.如权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯重载润滑材料及其制备方法，其特征在于：制备工艺的压制定型在嵌入式板型模具中进行，加压速率为0.5~10mm/min，且嵌入深度为烧结坯料的50%~80%。
8.如权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯重载润滑材料，其特征在于：制备工艺的削边加工中，削除尺寸为长、宽尺寸的1%~15%，切削速度为5~100mm/s。
...【技术特征摘要】
1.一种超高分子量聚乙烯重载润滑材料，是由以下原料和工艺制备而得：
2.如权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯重载润滑材料，其特征在于：原料组分中，超高分子量聚乙烯粒径为10~60μm，分子量为(1.5~7.0)×106g/mol。
3.如权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯重载润滑材料，其特征在于：原料组分中，聚芳醚酮为聚醚酮、聚醚醚酮酮、聚醚酮酮中的一种或多种，且粒径为10~80μm。
4.如权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯重载润滑材料，其特征在于：原料组分中，增强填料为碳纤维、玻璃纤维、碳酸钙、氧化硅、实心玻璃珠中一种或多种，且增强填料尺寸为30~200μm。
5.如权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯重载润滑材料，其特征在于：制备工艺的机...
【专利技术属性】
技术研发人员：张东跃，王建章，刘昊，齐振涛，阎逢元，施正良，
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：
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