CN101240092A - 超高分子量聚乙烯低摩耐磨复合材料及其制备和用途 - Google Patents
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Abstract
超高分子量聚乙烯低摩耐磨复合材料及其制备和用途，将超高分子量聚乙烯100份；耐磨剂0.1～10份；加工助剂0.1～5.0份按质量份数配比；通过混合、冷压、加热熔融、模压成型、冷却定型及切割制成高耐磨复合材料。所述的超高分子量聚乙烯是基体分子量为≥600万的超高分子量聚乙烯。所述的耐磨剂为经由偶联剂表面处理的MoS2、石墨、钼润滑脂、铜粉，或它们两种以上的混合物。所述的加工助剂为高沸点有机硅油、聚四氟乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、高沸点石蜡或聚乙烯蜡，或它们两种以上的混合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子材料及其制备方式，尤其是指一种具有低摩擦系数、高耐磨、较高强度的超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法。本发明还涉及到上述材料的应用，主要用于作为桥梁结构支座和轴承耐磨材料。
背景技术
聚四氟乙烯(PTFE)由于其具有良好的自润滑和耐磨特性被作为耐磨件广泛应用于桥梁支座和轴承的制作。但随着建筑技术要求的不断提高，对桥梁支座和轴承耐磨件的抗压强度、压缩蠕变性能、长期耐磨性能、允许的相对滑移速度和滑行路程的承受能力都提出了更高的要求，使引进新材料和新技术来提高产品质量和安全可靠性成为必要。
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种性能优异的工程塑料，其冲击强度、耐低温性，均居各种工程塑料之首，其具有其它工程塑料无可比拟的耐磨损、自润滑性，与PTFE相比，其摩擦系数基本相当，但耐磨性比PTFE高数倍；此外，UHMWPE还具有高的接触应力、适应高速运动、高累积滑动位移和很强的环境适应能力以及优异的耐磨性和极低的摩擦系数等优点以及耐化学腐蚀、不易粘附、密度小等优良特性，是一种新式的用于桥梁支座和轴承的耐磨材料。
有报道表明模压成型UHMWPE可采用添加填料或玻璃纤维、碳纤维等进行改性明显提高材料的承载能力和耐磨性，但长期磨耗容易导致对对磨面的刮伤，或因纤维含量过大导致疲劳磨损。
发明内容
本发明的目的是针对现有桥梁支座和轴承耐磨件材料的不足，提供一种低摩擦系数、高耐磨UHMWPE复合材料的配方以及成型制备方法。该复合材料不含纤维与填料组分，具有极低摩擦系数、高耐磨、高强度和使用寿命长的特点。
根据本发明目的所提出的超高分子量聚乙烯低摩高耐磨复合材料的配方是(按质量份数配比)：
超高分子量聚乙烯 100份；
耐磨剂 0.1～10份；
加工助剂 0.1～5.0份；
所述的超高分子量聚乙烯是基体分子量为≥600万的超高分子量聚乙烯。
所述的耐磨剂为经由偶联剂表面处理的MoS2、石墨、钼润滑脂、铜粉，或它们两种以上的混合物。所述MoS2、石墨、钼润滑脂、铜粉均经由偶联剂表面处理，粒径为3～20μm；所述钼润滑脂为MoS2润滑脂；所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
所述的加工助剂为高沸点有机硅油、聚四氟乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、高沸点石蜡或聚乙烯蜡，或它们两种以上的混合物，其使用有利于耐磨剂在超高分子量聚乙烯粉末中的均匀分散性，提高超高分子量聚乙烯复合材料的柔韧性。
所述复合材料的制备方法是：通过混合、冷压、加热熔融、模压成型、冷却定型及切割制成耐磨复合材料，包括如下步骤：(1)将耐磨剂、加工助剂与少量的超高分子量聚乙烯树脂在高速搅拌机中充分混合搅拌，以制成母料；(2)将母料再与超高分子量聚乙烯树脂按比例高速搅拌混合均匀；(3)将混合物定量装入模具内，整平后抽真空冷压，真空度达到-70cm汞柱后即关闭真空泵，模压压力为7～15MPa，保压5～10分钟；(4)将模压压力降低至2～3MPa，然后加热模具升温至200～230℃，并维持该压力和温度范围15～30分钟；(5)待塑化充分后加压至7～15MPa，并继续维持温度于200～230℃下15～30分钟；(6)完毕后冷却至80℃以下，脱模切割。
本发明所制备的复合材料，不添加任何无机填料与纤维，密度小，质量轻，具有优良的低温冲击性能，较高的承载能力，良好的抗蠕变性能；而耐磨剂的加入，能改善材料的摩擦与磨耗性能，石墨作为耐磨剂本身具有良好的润滑性，而MoS2是一种极易剪切的晶体结构润滑剂，易转移到对磨面成为润滑剂，当对磨面为金属表面时能阻碍金属与耐磨材料直接接触，避免粘着，当接触面之间存在润滑油时遂在表面形成一层油膜，达到“流体+固体”的双重润滑作用，因此其在润滑油脂存在下摩擦系数极低，耐磨性优良，能承受相对较快滑移速度、相对更长的滑行路程；少量加工助剂的加入能改善超高分子量聚乙烯的成型加工性能性能，同时还能使耐磨剂在基础树脂中分散更加均匀。因此，本发明复合材料不仅性能优异，满足新时期高速铁路桥梁结构对耐磨材料的要求，而且配方简易，操作便捷，生产成本低。具有比以往耐磨材料更能承受相对较快滑移速度、相对更长的滑行距离和更理想的长期往复磨耗性能等。耐磨性能均较相同条件下聚四氟乙烯材料有明显提高；其还具有超强的抗冲击强度、优良的耐低温冲击性能和良好的抗压缩蠕变性，可广泛应用于机械、运输、化工、军事、体育等多种行业和领域，而应用作铁路桥梁结构支座、公路桥梁支座与要求承受较快滑移速度轴承的耐磨材料，不仅能减低往复滑行磨擦中对对磨面的刮伤，还比以往耐磨材料更能承受相对较快滑移速度、相对更长的滑行距离和更理想的长期往复磨耗性能等。
本发明复合材料具体性能指标如表1：
表1
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1至实施例10的配方组成如表2。从表中可以看出本发明为一种超高分子量聚乙烯低摩高耐磨复合材料，其配方按质量份数配比是：
超高分子量聚乙烯 100份；
耐磨剂 0.1～10份；
加工助剂 0.1～5.0份；
所述的超高分子量聚乙烯是基体分子量为≥600万的超高分子量聚乙烯。
所述的耐磨剂为经由偶联剂表面处理的MoS2、石墨、钼润滑脂或铜粉，或它们两种以上的混合物，所述MoS2、石墨与铜粉均经由偶联剂表面处理，粒径为3～20μm，所述钼润滑脂为MoS2润滑脂，所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
所述的加工助剂为高沸点有机硅油、聚四氟乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、高沸点石蜡或聚乙烯蜡，或它们两种以上的混合物，其使用有利于耐磨剂在超高分子量聚乙烯粉末中的均匀分散性，提高超高分子量聚乙烯复合材料的柔韧性。
表2实施例配方组成表
所述实施例复合材料的制备方法是：通过混合、冷压、加热熔融、模压成型、冷却定型及切割制成耐磨复合材料，包括如下步骤：(1)将耐磨剂、加工助剂与少量的超高分子量聚乙烯树脂在高速搅拌机中充分混合搅拌，以制成母料；(2)将母料按比例再与超高分子量聚乙烯树脂高速搅拌混合均匀；(3)将混合物定量装入模具内，高度是理想板材厚度2.2倍，用平整器抚平粉料表面，整平后抽真空冷压，在无加热的情况下把粉料加压至7～15MPa，抽真空并保压10min。真空度达到-70cm汞柱后即关闭真空泵，保压5～10分钟；(4)将模压压力降低至2～3MPa，然后加热模具升温至200～230℃，并维持该压力和温度范围15～30分钟；(5)待塑化充分后加压至7～15MPa，并继续维持温度于200～230℃下15～30分钟；(6)完毕后冷却至80℃以下，脱模切割。
本发明的复合材料可广泛应用于机械、运输、化工、军事、体育等多种行业和领域，而应用作铁路桥梁结构支座、公路桥梁支座与要求承受较快滑移速度轴承的耐磨材料，不仅能减低往复滑行磨擦中对对磨面的刮伤，还比以往耐磨材料更能承受相对较快滑移速度、相对更长的滑行距离和更理想的长期往复磨耗性能等。
Claims (8)
1、超高分子量聚乙烯低摩耐磨复合材料，其特征在于：以超高分子量聚乙烯为基础树脂，经与耐磨剂和加工助剂充分混合搅拌后模压成型；所述材料配方中超高分子量聚乙烯为100份，耐磨剂为0.1～10份，加工助剂为0.1～5.0份。
2、如权利要求1所述的超高分子量聚乙烯低摩耐磨复合材料，其特征在于：所述的耐磨剂为MoS2、石墨、钼润滑脂或铜粉，或它们两种以上的混合物。
3、如权利要求2所述的超高分子量聚乙烯低摩耐磨复合材料，其特征在于：所述的所述MoS2、石墨、钼润滑脂、铜粉均经由偶联剂表面处理，粒径为3～20μm；所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
4、如权利要求2所述的超高分子量聚乙烯低摩耐磨复合材料，其特征在于：所述的钼润滑脂为MoS2润滑脂。
5、如权利要求1所述的超高分子量聚乙烯低摩耐磨复合材料，其特征在于：所述的加工助剂为高沸点有机硅油、聚四氟乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、高沸点石蜡或聚乙烯蜡，或它们两种以上的混合物。
6、如权利要求1所述的超高分子量聚乙烯低摩耐磨复合材料，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯基础树脂的粘均分子量为≥600万的超高分子量聚乙烯；所述加工助剂其沸点均高于230℃。
7、一种权利要求1所述超高分子量聚乙烯低摩耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)将耐磨剂、加工助剂和超高分子量聚乙烯树脂按配方比例在高速搅拌机中充分混合搅拌，以制成母料；(2)将母料再与超高分子量聚乙烯树脂高速搅拌混合均匀；(3)将混合物定量装入模具内，整平后抽真空冷压，真空度达到即关闭真空泵，模压压力为7～15MPa，保压5～10分钟；(4)将模压压力降低至2～3MPa，然后加热模具升温至200～230℃，并维持该压力和温度范围15～30分钟；(5)待塑化充分后加压至7～15MPa，并继续维持温度于200～230℃下15～30分钟；(6)完毕后冷却至80℃以下，脱模切割。
8、一种权利要求1所述超高分子量聚乙烯低摩耐磨复合材料的用途，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯低摩高耐磨复合材料应用作铁路桥梁结构支座、公路桥梁支座与要求承受较快滑移速度轴承的耐磨材料。
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