一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料及其制备方法，由塑料工作层（1）和金属基体（2）组成；金属基体（2）表面经过喷丸毛化，使金属基体（2）和塑料层（1）之间有一定的机械镶嵌力；金属基体（2）与塑料层（1）之间的结合力由分子间化学键和机械镶嵌力组成；塑料工作层（1）材料成分按质量百分含量为：聚苯硫醚树脂（PPS）29～69%，液晶聚合物(LCP)10～30%，热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)10～30%，石墨5%，纳米二氧化硅（SiO2）2%，相容剂3%，偶联剂1%。本发明专利技术在金属基体（2）表面经过喷丸毛化，使表面粗糙度Ra值达到130um，进一步提高金属与塑料的结合强度，具有良好的耐热性、抗化学腐蚀性、耐磨损、自润滑性、对环境零污染、减振降噪；长期使用温度范围为-50～265℃，摩擦系数为0.14～0.217，磨损率为0.8～2X10-6mm3/N?m。

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料及其制备方法
本专利技术提供了一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料及其制备方法。
技术介绍
近几年研究发现，磨耗、腐蚀是机械、水利、食品、矿山、运输、化工、冶金等轻工业和重工业共同面临的重要机械零部件的损伤形式，每年在这几方面的经济损失高达数百亿美元。对经常处于摩擦状态的零部件（如轴套、滑板和滑道）提出了越来越高的性能要求。在机械运行过程中，不可避免的会产生摩擦磨损、振动、腐蚀等不良现象，这严重的影响了设备的使用寿命。目前应用于降低机械运行中摩擦系数的方法有一下几种：1）在金属轴瓦的接触摩擦表面涂上润滑油已达到减小摩擦的目的，但在高温、高压的苛刻条件下，会产生腐蚀性的气体，限制了其使用工况和对环境产生不利影响。2）在金属基材表面加工多个凹腔来存储润滑脂或固体润滑剂，可以满足耐热和自润滑的特性，但凹腔的产生会减弱机械零部件的强度、制造加工复杂且裸露的金属表面容易划伤对摩表面。3）在烧结有青铜粉层的金属基材上复合一层自润滑塑料，可以满足金属与塑料间较强的结合强度、自润滑性能、耐高温性能，但制造工艺繁琐复杂，在我国，铜资源相对于铁资源的广泛性来说属于稀少资源，应节约使用。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是为克服上述现有技术的不足，提供了一种金属与塑料结合性强、机械强度高、摩擦系数低、耐磨性好的自润滑PPS—金属复合材料。本专利技术的第二个目的是提供一种成型工艺简单、性能可靠性，同时具有耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、抗冲击、无污染的自润滑PPS—金属复合材料的制备方法。本专利技术一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料采用的技术方案是：由金属基体、塑料工作层组成，其特征是：金属基体表面经过喷丸毛化，使金属基体和塑料层之间有一定的机械镶嵌力；金属基体与塑料层之间的结合力由分子间化学键和机械镶嵌力组成；塑料工作层材料成分按质量百分含量为：聚苯硫醚树脂（PPS）29～69%，液晶聚合物(LCP)10～30%，热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)10～30%，石墨5%，纳米二氧化硅（SiO2）2%，相容剂3%，偶联剂1%。本专利技术一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料及其制备方法的技术方案是采用如下步骤：a)干燥：把聚苯硫醚、液晶聚合物、热塑性聚酰亚胺、石墨、纳米二氧化硅分别鼓风干燥4～8h，温度设定为50～160℃。b)称量配料：称量以下组分，以质量分数表示为:聚苯硫醚树脂（PPS）29～69%，液晶聚合物(LCP)10～30%，热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)10～30%，石墨5%，纳米二氧化硅（SiO2）2%，相容剂3%，偶联剂1%。c）混合：将石墨和纳米二氧化硅放入偶联剂中混合均匀；把石墨和纳米二氧化硅取出放在阴凉干燥处让其自然晾干；将LCP、TPI、PPS投入到混料机中混合均匀；再将相容剂投入到混料机中混合均匀；再将石墨和纳米二氧化硅投入到混料机中混合均匀，混合时间为3～10分钟。d)造粒：将混合后的原料放入双螺杆挤出机中造粒，挤出机各段温度分别为220～250℃，245～270℃，275～300℃，275～320℃，机头温度为285～320℃，螺杆机的转速为60～200转/分钟。e)金属基体喷丸毛化：使用自回收式多功能抛丸机PW-700-01，在金属基体表面喷丸时间为50S，喷丸速度为70m2/h。f)金属基体预热：采用烘箱加热，把金属基材置于烘箱中，温度设置为80～120℃，时间定为0.5～1h。g)将步骤f)中预热的金属基体放入注射模具模腔内作为嵌件，再将步骤d)中混合塑料投入到注射机的料斗内。注射机参数设定为：料筒温度为250～290℃，注射机后部、中部、前部温度分别为280～300℃、285～310℃、290～320℃；注射机喷嘴温度设为290～330℃；模具温度设为120～140℃；螺杆转速为100～300r/min；注射压力为45～65mpa；注射时间为5～60s；保压时间为10～30s；金属塑料表面复合层的平均厚度为1.5mm，注射结束后，待制件温度降到100～150℃时脱模取件。h)将脱模冷却后的材料在180～198℃温度下保温1.5小时即可。本专利技术金属基体表面经过喷丸毛化，使表面粗糙度Ra值达到130um，进一步提高金属与塑料的结合强度，具有良好的耐热性、抗化学腐蚀性、自润滑性、对环境零污染、减振降噪；长期在-50～265℃温度范围内使用，仍然呈现出较低的摩擦系数、耐磨损性能。在MM-200型环块摩擦磨损试验机测定时，转速为300rpm，压力为250N，大气室温（25℃）下进行干摩擦。得其使用温度为-50～265℃，摩擦系数为0.14～0.217，磨损率为0.8～2X10-6mm3/N•m。材料使用范围广，与金属轴瓦相比可延长摩擦副使用寿命2倍以上。其原因是：1.本专利技术一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料成分中采用的聚苯硫醚。具有优异的机械性能；耐高温，长期使用温度可达260度；耐化学腐蚀；不燃性；成型收缩率可以小到0.15～0.25％；对炭黑、石墨、玻纤、聚四氟乙烯、陶瓷和金属等有特好的润湿作用和粘结性；耐摩擦磨损；优异的导热性能(为一般高聚物的5倍)；价格较低廉。2.本专利技术一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料成分中采用的热致性液晶聚合物。具有高强度、高模量的力学性能；耐热性，在连续使用温度200～300℃时；耐蠕变；减摩耐磨；耐化学腐蚀；熔体粘度低，流动性好；成型尺寸稳定性好。3.本专利技术一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料成分中采用的热塑性聚酰亚胺。具有高强度；耐高温；耐化学腐蚀；介电性能好；抗辐射；高断裂韧性；尺寸稳定性较好；线胀系数较小，非常接近于金属铝材料；耐疲劳；耐滑动磨损和微动磨损；成形加工型优。4.本专利技术一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料成分中采用石墨，纳米二氧化硅，乙烯-马来酸酐-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物，硅烷偶联剂添加到塑料工作层中，使得复合材料进一步提升其摩擦学性能、减振降噪性，具有更好的机械性能，耐压缩抗蠕变、热传导性。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明。图1为本专利技术的一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料的组成结构示意图。图中：1.塑料工作层；2.金属基体。具体实施方式如图1所示，耐磨损自润滑PPS—金属复合材料自上而下由塑料工作层1、金属基体2组成。其中塑料工作层1材料的各成分重量百分含量为：聚苯硫醚树脂（PPS）29～69%，液晶聚合物(LCP)10～30%，热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)10～30%，石墨5%，纳米二氧化硅（SiO2）2%，相容剂3%，偶联剂1%。金属基体2的材料为25#钢、铸铁或铝等金属，金属层2的厚度为2～3mm。金属基体2与塑料层1之间的结合力由分子间化学键和机械镶嵌力组成。一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料具体的制备方法如下：把聚苯硫醚、液晶聚合物、热塑性聚酰亚胺、石墨、纳米二氧化硅分别鼓风干燥4～8h，温度设定为50～160℃。称量以下组分，以质量分数表示为:聚苯硫醚树脂（PPS）29～69%，液晶聚合物(LCP)10～30%，热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)10～30%，石墨5%，纳米二氧化硅（SiO2）2%，相容剂3%，偶联剂1%。将石墨和纳米二氧化硅放入偶联剂中混合均匀；把石墨和纳米二氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料，由塑料工作层（1）、金属基体（2）组成，其特征是：金属基体（2）表面经过喷丸毛化，使金属基体（2）和塑料层（1）之间有一定的机械镶嵌力；塑料工作层（1）材料成分按质量百分含量为：聚苯硫醚树脂（PPS）29～69%，液晶聚合物(LCP)？10～30%，热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)？10～30%，石墨5%，纳米二氧化硅（SiO2）2%，相容剂3%，偶联剂1%。

【技术特征摘要】
1.一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料，由塑料工作层(1)、金属基体(2)组成，其特征是：金属基体(2)表面经过喷丸毛化，使金属基体(2)和塑料层(1)之间有一定的机械镶嵌力；塑料工作层(1)材料成分按质量百分含量为：聚苯硫醚树脂(PPS)29～69％，液晶聚合物(LCP)10～30％，热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)10～30％，石墨5％，纳米二氧化硅(SiO2)2％，相容剂3％，偶联剂1％。2.根据权利要求1所述的耐磨损自润滑PPS—金属复合材料，其特征是：所述的液晶聚合物为热致性液晶聚合物(TLCP)。3.根据权利要求1所述的耐磨损自润滑PPS—金属复合材料，其特征是：所述的相容剂为乙烯-马来酸酐-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(EMG)。4.根据权利要求1所述的耐磨损自润滑PPS—金属复合材料，其特征是：所述的偶联剂为硅烷偶联剂，选用KH550或KH570中的一种。5.根据权利要求1所述的耐磨损自润滑PPS—金属复合材料，其特征是：金属基体为25#钢、铸铁或铝。6.一种实现权利要求1～5任一所述的耐磨损自润滑PPS—金属复合材料的制备方法，其特征是采用如下步骤：a)干燥：把聚苯硫醚、液晶聚合物、热塑性聚酰亚胺、石墨、纳米二氧化硅分别鼓风干燥4～8h，温度设定为50～160℃；b)称量配料：称量以下组分，以质量分数表示为:聚苯硫醚树脂(PPS)29～69％，液晶聚合物(LCP)10～30％，热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)10～30％，石墨5％，纳米二氧化硅(SiO2)2％，相容剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆志高，赵兵，李进，徐健伟，骆志尚，
申请(专利权)人：镇江江科机电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：