CN109608743B - 一种减摩抗磨复合材料及制备方法 - Google Patents

一种减摩抗磨复合材料及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109608743B
CN109608743B CN201811557444.XA CN201811557444A CN109608743B CN 109608743 B CN109608743 B CN 109608743B CN 201811557444 A CN201811557444 A CN 201811557444A CN 109608743 B CN109608743 B CN 109608743B
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite material
molecular weight
sodium polyacrylate
weight polyethylene
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811557444.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109608743A (zh
Inventor
段海涛
杨田
李健
詹胜鹏
凃杰松
贾丹
齐建伟
金永亮
魏雷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Research Institute of Materials Protection
Original Assignee
Wuhan Research Institute of Materials Protection
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Research Institute of Materials Protection filed Critical Wuhan Research Institute of Materials Protection
Priority to CN201811557444.XA priority Critical patent/CN109608743B/zh
Publication of CN109608743A publication Critical patent/CN109608743A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109608743B publication Critical patent/CN109608743B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08L23/06—Polyethene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2207/00—Properties characterising the ingredient of the composition
    • C08L2207/06—Properties of polyethylene
    • C08L2207/068—Ultra high molecular weight polyethylene

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

本发明公开了一种减摩抗磨复合材料及制备方法，减摩抗磨复合材料由超高分子量聚乙烯和聚丙烯酸钠组成，首先选配超高分子量聚乙烯粉末和聚丙烯酸钠粉末，将两者干燥后混合形成混合粉末，将混合粉末置于模具中，采用热压机对混合粉末进行先预压后热压成型工艺，得到减摩抗磨复合材料。本发明利用电解质聚丙烯酸钠水解后产生离子与海水中自由离子发生电荷排斥，减少对材料的损耗，增加了超高分子量聚乙烯的摩擦学性能，最终得到海洋装备用的减摩抗磨复合材料。减摩抗磨复合材料在海水环境下的摩擦系数、磨痕深度和磨痕宽度均大幅度降低。

Description

一种减摩抗磨复合材料及制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种用于制造海洋装备的材料，具体涉及一种减摩抗磨复合材料及制备方法。
背景技术
摩擦损失占了世界一次能源的三分之一，其中约有70％的设备损坏是由于各种形式的磨损而引起的。海洋环境中摩擦磨损具有复杂性，但有一个共同点：颗粒物侵蚀。海洋环境的特殊性之一：海洋环境存在大量的水分子、自由离子和颗粒物。例如Na+、Cl-等离子，吸附在相互滑动的摩擦副接触面之间，极易发生磨粒磨损与腐蚀磨损，进而造成摩擦副过早失效。制备一种聚合物复合材料，对其进行改性，减少滑动摩擦副接触面之间的自由离子或者颗粒物，降低磨损、减缓摩擦功耗。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种分子量超过150万的线型结构高分子聚合物，是一种自润滑高分子材料，因具有高的机械强度和抗冲击性，低的摩擦系数与良好的耐磨性而著称，且无毒、无污染、可再循环回收等优点。电解质水解产生带有阴离子的大分子链以及小分子的阳离子与海水中自由离子发生电荷排斥，因而电解质聚丙烯酸钠加入超高分子量聚乙烯而形成的复合材料能电荷排斥自由离子，可减缓摩擦、降低磨损，进一步提高复合材料的摩擦学方面的性能，对聚合物材料在海洋工程的中的应用进步有重大的意义。
发明内容
鉴于上述思路，本发明的目的在于提供一种用于海洋装备的减摩抗磨复合材料及制备方法，所述减摩抗磨复合材料通过在超高分子量聚乙烯中加入电解质聚丙烯酸钠进行改性，解决了自由离子和颗粒物吸附问题，是一种摩擦系数低、耐磨的可通过热压成型的减摩抗磨复合材料。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：
一种减摩抗磨复合材料，其特征在于：由超高分子量聚乙烯和聚丙烯酸钠组成，所述超高分子量聚乙烯和聚丙烯酸钠熔融均一混合形成减摩抗磨复合材料。
作为改进，所述超高分子量聚乙烯和聚丙烯酸钠均为粉末状，粉末状的超高分子量聚乙烯和聚丙烯酸钠混合后热压形成减摩抗磨复合材料。
作为改进，所述超高分子量聚乙烯的分子量为150万到250万，聚丙烯酸钠的分子量为1500万到2000万。
一种减摩抗磨复合材料制备方法，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；
步骤2、选配聚丙烯酸钠粉末；
步骤3、将步骤1和步骤2得到的超高分子量聚乙烯粉末和制备聚丙烯酸钠粉末混合均匀，形成混合粉末；
步骤4、将混合粉末置于模具中，采用热压机先预压后热压成型，冷却后得到减摩抗磨复合材料。
作为改进，所述超高分子量聚乙烯粉末通过超高分子量聚乙烯研磨并干燥得到，所述聚丙烯酸钠烯粉末通过聚丙烯酸钠研磨并干燥得到。
作为改进，所述步骤1中，超高分子量聚乙烯粉末在70-100℃环境下干燥1-4h。
作为改进，混合粉末中聚丙烯酸钠质量分数为1％-5％。
作为改进，所述步骤3中，复合材料混合粉末在70-100℃环境下干燥10-12h。
作为改进，所述步骤4中，所述混合粉末添加到模具中，采用热压机在30-40MPa压力下预压3次；然后进行加热至140-160℃，保温1-2h，然后冷却，最后在冷却过程中采用10-150MPa压力压模处理7-8h得到减摩抗磨复合材料试样，冷却至室温。
作为改进，在冷却过程中加压方式为逐步加压，模具内混合粉末温度降至110℃时加压10～20MPa；温度降至100℃，加压30～50MPa；温度降至90℃，加压70～90MPa；温度降至80℃时，加压140～160MPa；保压直至室温取模，得到减摩抗磨复合材料试样。
作为改进，所述减摩抗磨复合材料可以用于制备海洋装备摩擦副部件。
本发明的有益效果：
(1)本发明选用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉末为基础材料，对其添加电解质聚丙烯酸钠(PAANa)进行热压成型得到减摩抗磨复合材料试样。电解质聚丙烯酸钠水解后产生离子与海水中自由离子发生电荷排斥，减少对材料的损耗，增加了UHMWPE的摩擦学性能，最终得到性能更优良的减摩抗磨复合材料。
(2)本发明制备得到的UHMWPE/PAANa共混体系。相对于纯UHMWPE，减摩抗磨复合材料在海水环境下的摩擦系数最大减小了16.55％，磨损深度最大降低了63.60％，磨损宽度最大下降了21.34％。
附图说明
图1为本发明实施例中制备的减摩抗磨复合材料干摩擦环境下摩擦系数和摩擦时间关系图；
图2为本发明实施例中制备的减摩抗磨复合材料海水环境下摩擦系数和摩擦时间关系图。
具体实施方式
以下实施例中所述超高分子量聚乙烯粉末(UHMWPE)和聚丙烯酸钠粉末(PAANa)，其均为常规的市购产品。
本发明提供了一种减摩抗磨复合材料，其由超高分子量聚乙烯粉末和聚丙烯酸钠粉末混合后热压成型，该减摩抗磨复合材料制备方法，包括以下步骤：
步骤1、选配超高分子量聚乙烯粉末，选用超高分子量聚乙烯粉末为基体材料，充分研磨，将超高分子聚乙烯粉末在80℃环境下干燥2h，去除超高分子量聚乙烯粉末的水分后得到符合要求的粉末；
步骤2、选配电解质聚丙烯酸钠粉末；
步骤3、机械混合，取1-5份的聚丙烯酸钠粉末加入到100份超高分子量聚乙烯粉末中，通过充分搅拌混合均匀形成混合粉末，将混合粉末在80℃干燥12h，待用；
步骤4、成型工艺，将步骤3所得混合粉末添加到模具中，采用热压机在30-40MPa压力下预压3次；然后进行加热至150℃，保温1.5h后停止加热；最后在冷却过程中采用下10-150MPa压模处理7-8h得到减摩抗磨复合材料试样，冷却至室温。
所述步骤4中，所述混合粉末添加到模具中，采用热压机在30-40MPa压力下预压3次；然后加热至140-160℃，保温1-2h，然后冷却，在冷却过程中采用10-150MPa压力压模处理7-8h得到减摩抗磨复合材料试样，冷却至室温。
在冷却过程中加压方式为逐步加压，模具内混合粉末温度降至110℃时加压10～20MPa；温度降至100℃，加压30～50MPa；温度降至90℃，加压70～90MPa；温度降至80℃时，加压140～160MPa；保压直至室温取模，得到减摩抗磨复合材料试样，所述减摩抗磨复合材料可以用于制备海洋装备摩擦副部件。
本发明减摩抗磨复合材料的原料中聚丙烯酸钠的含量为1～5wt.％、超高分子量聚乙烯粉料总含量为95～99wt.％。其中，聚丙烯酸钠分子结构中—COONa水解后生成COO-阴离子和Na+，水解后的离子与海水中自由离子产生电荷排斥减少摩擦副接触面的自由离子从而减少材料的磨损。PAANa的分子结构式为：
其中超高分子量聚乙烯的分子量为150万到250万，聚丙烯酸钠的分子量为1500万到2000万。
为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及应用实例，对依据本发明提出的一种减摩抗磨复合材料具体实施方式进行详细说明。以下实施例仅用于更清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
以下为具体实施例
实施例1：称取总重量百分比为97wt.％的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉料研磨，70-100℃烘箱中烘干1-4h；称取总重量百分比为3wt.％的聚丙烯酸钠(PAANa)，然后通过机械混合方式使两者均匀分散，机械混合时间为45～60min；将所得UHMWPE/PAANa混合粉末置于70-100℃烘箱中烘干10-12h；取出烘干后的混合粉末后将其置于预先清理好的模具中，在30-40MPa压力下预压三次，每次保压1～3min；预压过程完成后卸载压力；模具中的混合粉末进行加热至150～200℃，保温1.5h；保温结束后，逐步加压。温度降至110℃时加压10～20MPa；温度降至100℃，加压30～50MPa；温度降至90℃，加压70～90MPa；温度降至80℃时，加压140～160MPa；自然冷却至室温后脱模，得到块状UHMWPE/PAANa减摩抗磨复合材料。
实施例2：称取总重量百分比为95wt.％的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉料，研磨，70-100℃烘箱中烘干1-4h；称取重量百分比为5wt.％的聚丙烯酸钠(PAANa)，然后通过机械混合方式使两者均匀分散，机械混合时间为45～60min；将所得UHMWPE/PAANa混合粉末置于70-100℃烘箱中烘干10-12h；取出烘干后的混合粉末后将其置于预先清理好的模具中，在30-40MPa压力下预压三次，每次保压1～3min；预压过程完成后卸载压力；模具中的混合粉末进行加热至150～200℃，保温1.5h；保温结束后，逐步加压。温度降至110℃时加压10～20MPa；温度降至100℃，加压30～50MPa；温度降至90℃，加压70～90MPa；温度降至80℃时，加压140～160MPa；自然冷却至室温后脱模，得到块状UHMWPE/PAANa减摩抗磨复合材料。
将上述实施例1～2所制备的高温耐磨UHMWPE/PAANa减摩抗磨复合材料试样以及纯UHMWPE试样的摩擦学性能进行对比，所得结果见表1。
海水环境的摩擦学试验是在销-盘摩擦磨损试验机上进行的，上试样为
Figure BDA0001912328770000041
球，下试样为
Figure BDA0001912328770000042
的UHMWPE/PAANa减摩抗磨复合材料试样，载荷为20N，转速200r/min，摩擦试验时间为600s，旋转半径为21mm。
表1摩擦学性能对比
Figure BDA0001912328770000051
从表1可以看出，实施例1和2减摩抗磨复合材料的摩擦系数比纯UHMWPE试样的低，磨痕宽度比纯UHMWPE试样窄且浅。本发明所制备的改性UHMWPE/PAANa减摩抗磨复合材料含量在1％～5％范围内在海水环境下具有比纯UHMWPE材料更优异的摩擦学性能。

Claims (9)

1.一种减摩抗磨复合材料，其特征在于：由超高分子量聚乙烯和聚丙烯酸钠组成，所述超高分子量聚乙烯和聚丙烯酸钠熔融均一混合形成减摩抗磨复合材料，减摩抗磨复合材料中聚丙烯酸钠质量分数为1%-5%。
2.如权利要求1所述的减摩抗磨复合材料，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯和聚丙烯酸钠均为粉末状，粉末状的超高分子量聚乙烯和聚丙烯酸钠混合后热压成型减摩抗磨复合材料。
3.如权利要求1所述的减摩抗磨复合材料，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯的分子量为150万到250万，聚丙烯酸钠的分子量为1500万到2000万。
4.一种减摩抗磨复合材料制备方法，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；
步骤2、选配聚丙烯酸钠粉末；
步骤3、将步骤1和步骤2得到的超高分子量聚乙烯粉末和聚丙烯酸钠粉末混合均匀，形成混合粉末，混合粉末中聚丙烯酸钠质量分数为1%-5%；
步骤4、将混合粉末置于模具中，采用热压机先预压后热压成型，冷却后得到减摩抗磨复合材料。
5.如权利要求4所述的减摩抗磨复合材料制备方法，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯粉末通过超高分子量聚乙烯研磨并干燥得到，所述聚丙烯酸钠烯粉末通过聚丙烯酸钠研磨并干燥得到。
6.如权利要求5所述的减摩抗磨复合材料制备方法，其特征在于：所述步骤1中，超高分子量聚乙烯粉末在70-100℃环境下干燥1-4h；所述步骤3中，超高分子量聚乙烯粉末在70-100℃环境下干燥10-12h。
7.如权利要求4所述的减摩抗磨复合材料制备方法，其特征在于：所述步骤4中，所述混合粉末添加到模具中，采用热压机在30-40MPa压力下预压3次；然后加热至140-160℃，保温1-2h，然后冷却，最后在冷却过程中采用10-150MPa压力压模处理7-8h得到减摩抗磨复合材料试样，冷却至室温。
8.如权利要求7所述的减摩抗磨复合材料制备方法，其特征在于：在冷却过程中加压方式为逐步加压，模具内混合粉末温度降至110℃时加压10~20MPa；温度降至100℃，加压30~50MPa；温度降至90℃，加压70~90MPa；温度降至80℃时，加压140~160MPa；保压直至室温取模，得到减摩抗磨复合材料试样。
9.如权利要求4至8任意一项所述的减摩抗磨复合材料制备方法，其特征在于：所述减摩抗磨复合材料可以用于制备海洋装备摩擦副部件。
CN201811557444.XA 2018-12-19 2018-12-19 一种减摩抗磨复合材料及制备方法 Active CN109608743B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811557444.XA CN109608743B (zh) 2018-12-19 2018-12-19 一种减摩抗磨复合材料及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811557444.XA CN109608743B (zh) 2018-12-19 2018-12-19 一种减摩抗磨复合材料及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109608743A CN109608743A (zh) 2019-04-12
CN109608743B true CN109608743B (zh) 2021-04-16

Family

ID=66010754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811557444.XA Active CN109608743B (zh) 2018-12-19 2018-12-19 一种减摩抗磨复合材料及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109608743B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110452435B (zh) * 2019-07-09 2022-02-01 武汉材料保护研究所有限公司 一种四苯基锡改性超高分子量聚乙烯的抗磨复合材料及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6361046A (ja) * 1986-08-28 1988-03-17 ヘキスト・セラニーズ・コーポレーション 低摩耗性ポリアリレ−ト
CN104558737A (zh) * 2013-10-10 2015-04-29 黑龙江鑫达企业集团有限公司 一种海洋用耐磨超高分子量聚乙烯复合材料
CN106380663B (zh) * 2016-09-01 2019-04-02 武汉材料保护研究所 一种高温耐磨uhmwpe/pi复合材料制备方法
CN107841024A (zh) * 2017-11-24 2018-03-27 苏州市同发塑业有限公司 一种耐磨塑胶颗粒及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109608743A (zh) 2019-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100463940C (zh) 桥梁支座滑移材料及其制备方法
CN105236983B (zh) 一种采用新工艺制备高速列车受电弓滑板碳滑板的方法
CN102432293B (zh) 电力机车受电弓碳滑板
CN105296053A (zh) 石墨烯润滑油添加剂的制备方法
WO2012171243A1 (zh) 改性聚酰亚胺耐磨层的三层复合自润滑滑动轴承及其制作方法
CN109897376B (zh) 一种聚酰亚胺复合材料及其制备方法
CN107338094B (zh) 一种适用于水润滑的超高分子量聚乙烯多元纳米复合材料
CN109608743B (zh) 一种减摩抗磨复合材料及制备方法
WO2012034262A1 (zh) 一种改性聚四氟乙烯树脂的耐磨材料
CN110563464A (zh) 一种耐高温抗氧化石墨模具及其制备方法
CN104959608B (zh) 一种纳米碳化硅颗粒铜基摩擦片及其制备方法
CN109867522B (zh) 一种集电靴碳滑板的制备方法及集电靴碳滑板
CN112342427A (zh) 一种钼铝硼陶瓷颗粒增强铜基复合材料及其制备方法、受电弓滑板
CN115975318A (zh) 一种低磨损自润滑材料及其制备方法
CN110452435B (zh) 一种四苯基锡改性超高分子量聚乙烯的抗磨复合材料及其制备方法
CN111575086A (zh) 一种微爆破分散石墨烯制备石墨烯基润滑油的方法
CN114479245B (zh) 磷酸锆四苯基锡协同改性uhmwpe的抗磨复合材料及制备方法
CN110563465A (zh) 一种用于热压成型的模具材料及其制备方法
CN111486186A (zh) 一种添加γ-氧化铝和PTFE的高速衰退良好耐磨型刹车片及其制备方法
CN101817687B (zh) 一种硅钢炉底辊套管及其制备方法
CN114084875B (zh) 一种无机-无机核壳粒子及其制备方法和应用、高性能聚合物基复合材料
CN104901119A (zh) 一种掺混铬钼复合粉的防腐减摩电机用碳刷及其制备方法
CN117209875A (zh) 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
CN114539655A (zh) 基于磷酸锆改性的uhmwpe减摩抗磨复合材料及制备方法
CN101974203A (zh) 聚四氟乙烯纳米粒子改性酚醛树脂耐磨材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant