CN110452553B - 一种耐磨损的沥青树脂基复合材料 - Google Patents

一种耐磨损的沥青树脂基复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及自润滑减摩耐磨复合材料技术领域，且公开了一种耐磨损的沥青树脂基复合材料，包括以下重量份数配比的原料：30～40份的平均粒径75um的沥青树脂、30～45份的平均粒径75um的石墨粉、8～15份的平均粒径10um的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉、5～10份的平均粒径≤10um的铁(Fe)粉、5～10份的平均粒径≤10um的镍(Ni)粉；上述沥青树脂基复合材料的制备方法包括：先通过机械搅拌使上述原料混合均匀，再将混合均匀的复合物料，在温度为220～230℃、压力为35～40MPa下保持热压，得到沥青树脂基复合材料。本发明解决了沥青树脂与石墨进行复合制备的复合材料，由于硬度较低、高温耐热性较差，导致在干摩擦条件下进行工作时表现出较严重磨损的技术问题。

Description

一种耐磨损的沥青树脂基复合材料
技术领域
本发明涉及自润滑减摩耐磨复合材料技术领域，具体为一种耐磨损的沥青树脂基复合材料。
背景技术
磨损、腐蚀和断裂是材料失效的三种主要形式，其中由摩擦磨损所导致的失效是包括航空、机械、电子在内的机电材料失效的主要原因，约有70～80％的设备损坏以及30～50％的能源消耗是各种形式的磨损引起的。而润滑是减小摩擦磨损的重要手段，但润滑剂的使用会带来工作环境的污染，特别是对于与某些精密电子设备联用的机器润滑，会严重影响精密电子设备的使用性能。
沥青树脂加工方便、易于成型，拉伸强度和模量基本与酚醛树脂相当，与碳素材料的亲和性十分优异，且具有优异的滑动摩擦特性。沥青树脂与石墨复合制备的复合材料表面能低、摩擦系数小，特别适合在干摩擦条件下进行工作。但是由于沥青树脂基石墨复合材料的硬度较低，高温耐热性较差，在工业实际应用中表现出较严重的磨损问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种耐磨损的沥青树脂基复合材料，解决了沥青树脂与石墨进行复合制备的复合材料，由于硬度较低、高温耐热性较差，导致在干摩擦条件下进行工作时表现出较严重磨损的技术问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种耐磨损的沥青树脂基复合材料，包括以下重量份数配比的原料：30～40份的平均粒径75um的沥青树脂、30～45份的平均粒径75um的石墨粉、8～15份的平均粒径10um的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉、5～10份的平均粒径≤10um的铁(Fe)粉、5～10份的平均粒径≤10um的镍(Ni)粉；
上述沥青树脂基复合材料的制备方法包括以下步骤：先通过机械搅拌使上述原料混合均匀，再将混合均匀的复合物料，在温度为220～230℃、压力为35～40MPa下保持热压，得到沥青树脂基复合材料。
优选的，所述铁(Fe)粉为平均粒径10um的微米铁(Fe)粉或/和平均粒径100nm的纳米铁(Fe)粉。
优选的，所述镍(Ni)粉为平均粒径10um的微米镍(Ni)粉或/和平均粒径100nm的纳米镍(Ni)粉。
进一步的，所述沥青树脂基复合材料还包括以下重量份数配比的原料：7份的平均粒径10um的聚乙烯醇(PVA1799)粉。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
且本发明通过将硬度极高的微米铁(Fe)粉或/和纳米铁(Fe)粉、耐高温性能极优异的微米镍(Ni)粉或/和纳米镍(Ni)粉，与沥青树脂、石墨粉进行复合，得到硬度极高、耐高温性能极优异、干摩擦系数μ为0.25～0.35、磨损率δ为(9.0～11.7)×10-6mm3(N·m)-1的沥青树脂基复合材料，与对比例中仅由沥青树脂和石墨粉复合而成的干摩擦系数μ为0.54、磨损率δ为587×10-6mm3(N·m)-1的沥青树脂基复合材料相比，取得了取得了显著降低沥青树脂基复合材料在干摩擦环境下磨损率的技术效果，并且同时取得了显著降低沥青树脂基复合材料干摩擦系数的技术效果。
具体实施方式
以下实施例与对比例中所使用的原料如下：
沥青树脂，平均粒径75um；
石墨粉，平均粒径75um；
微米铁(Fe)粉，平均粒径10um；
纳米铁(Fe)粉，平均粒径100nm；
微米镍(Ni)粉，平均粒径10um；
纳米镍(Ni)粉，平均粒径100nm；
聚乙烯醇(PVA1799)粉，平均粒径10um；
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉，平均粒径10um。
实施例一：
沥青树脂基复合材料包括以下重量份数配比的原料：40份的平均粒径75um的沥青树脂、30份的平均粒径75um的石墨粉、15份的平均粒径10um的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉、8份的平均粒径10um的微米铁(Fe)粉、7份的平均粒径10um的微米镍(Ni)粉；
沥青树脂基复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一：将40份的平均粒径75um的沥青树脂、30份的平均粒径75um的石墨粉、15份的平均粒径10um的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉、8份的平均粒径10um的微米铁(Fe)粉、7份的平均粒径10um的微米镍(Ni)粉一起加入到粉料混合装置中，通过机械搅拌使上述物料混合均匀；
步骤二：将步骤一中混合均匀的复合物料，在温度为220℃、压力为35MPa下保持热压3h，之后，在压力为35MPa下进行冷却降温，温度降至110℃时脱模，得到沥青树脂基复合材料。
实施例二：
沥青树脂基复合材料包括以下重量份数配比的原料：35份的平均粒径75um的沥青树脂、30份的平均粒径75um的石墨粉、15份的平均粒径10um的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉、7份的平均粒径10um的微米铁(Fe)粉、3份的平均粒径100nm的纳米铁(Fe)粉、6份的平均粒径10um的微米镍(Ni)粉、4份的平均粒径100nm的纳米镍(Ni)粉；
沥青树脂基复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一：将35份的平均粒径75um的沥青树脂、30份的平均粒径75um的石墨粉、15份的平均粒径10um的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉、7份的平均粒径10um的微米铁(Fe)粉、3份的平均粒径100nm的纳米铁(Fe)粉、6份的平均粒径10um的微米镍(Ni)粉、4份的平均粒径100nm的纳米镍(Ni)粉一起加入到粉料混合装置中，通过机械搅拌使上述物料混合均匀；
步骤二：将步骤一中混合均匀的复合物料，在温度为230℃、压力为40MPa下保持热压3h，之后，在压力为40MPa下进行冷却降温，温度降至110℃时脱模，得到沥青树脂基复合材料。
实施例三：
沥青树脂基复合材料包括以下重量份数配比的原料：30份的平均粒径75um的沥青树脂、40份的平均粒径75um的石墨粉、12份的平均粒径10um的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉、10份的平均粒径100nm的纳米铁(Fe)粉、8份的平均粒径100nm的纳米镍(Ni)粉；
沥青树脂基复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一：将30份的平均粒径75um的沥青树脂、40份的平均粒径75um的石墨粉、12份的平均粒径10um的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉、10份的平均粒径100nm的纳米铁(Fe)粉、8份的平均粒径100nm的纳米镍(Ni)粉一起加入到粉料混合装置中，通过机械搅拌使上述物料混合均匀；
步骤二：将步骤一中混合均匀的复合物料，在温度为225℃、压力为35MPa下保持热压3h，之后，在压力为35MPa下进行冷却降温，温度降至110℃时脱模，得到沥青树脂基复合材料。
实施例四：
沥青树脂基复合材料包括以下重量份数配比的原料：30份的平均粒径75um的沥青树脂、45份的平均粒径75um的石墨粉、8份的平均粒径10um的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉、7份的平均粒径10um的聚乙烯醇(PVA1799)粉、5份的平均粒径10um的微米铁(Fe)粉、5份的平均粒径10um的微米镍(Ni)粉；
沥青树脂基复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一：将30份的平均粒径75um的沥青树脂、45份的平均粒径75um的石墨粉、8份的平均粒径10um的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉、7份的平均粒径10um的聚乙烯醇(PVA1799)粉、5份的平均粒径10um的微米铁(Fe)粉、5份的平均粒径10um的微米镍(Ni)粉一起加入到粉料混合装置中，通过机械搅拌使上述物料混合均匀；
步骤二：将步骤一中混合均匀的复合物料，在温度为230℃、压力为40MPa下保持热压3h，之后，在压力为35MPa下进行冷却降温，温度降至110℃时脱模，得到沥青树脂基复合材料。
对比例：
沥青树脂基复合材料包括以下重量份数配比的原料：40份的平均粒径75um的沥青树脂、60份的平均粒径75um的石墨粉；
沥青树脂基复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一：将40份的平均粒径75um的沥青树脂、60份的平均粒径75um的石墨粉一起加入到粉料混合装置中，通过机械搅拌使上述物料混合均匀；
步骤二：将步骤一中混合均匀的复合物料，在温度为225℃、压力为40MPa下保持热压3h，之后，在压力为40MPa下进行冷却降温，温度降至110℃时脱模，得到沥青树脂基复合材料。
性能测试：
将上述实施例中的沥青树脂基复合材料、以及对比例中的沥青树脂基复合材料，制备成尺寸为30mm×7mm×6mm的试样；
采用MM-200型环-块摩擦磨损试验机按照GB3960-88方法评价摩擦磨损性能，偶件环采用淬火45#钢，其尺寸为φ40mm×10mm、表面粗糙度Ra为0.2～0.4um、表面硬度为180HB；
实验条件：载荷200N，线速度0.42m·s-1，磨损时间120min，在干摩擦、大气环境、室温条件下进行，测试结果如下表1所示。
表1
产品编号 平均摩擦系数μ 磨损率δ/10<sup>-6</sup>mm<sup>3</sup>(N·m)<sup>-1</sup>
实施例一 0.35 11.7
实施例二 0.32 9.5
实施例三 0.27 9.2
实施例四 0.25 9.0
对比例 0.54 587

Claims (1)

1.一种耐磨损的沥青树脂基复合材料的制造方法，其特征在于，
包括如下步骤：
步骤一：将40份的平均粒径75μ m 的沥青树脂、30份的平均粒径75μ m 的石墨粉、15份的平均粒径10μ m 的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉、8份的平均粒径10 μ m 的微米铁(Fe)粉、7份的平均粒径10 μ m 的微米镍(Ni)粉一起加入到粉料混合装置中，通过机械搅拌使上述物料混合均匀；
步骤二：将步骤一中混合均匀的复合物料，在温度为220℃、压力为35MPa下保持热压3h，之后，在压力为35MPa下进行冷却降温，温度降至110℃时脱模，得到沥青树脂基复合材料；
将上述方法制得的沥青树脂基复合材料，制备成尺寸为30mm×7mm×6mm的试样；采用MM-200型环-块摩擦磨损试验机按照GB3960-88方法评价摩擦磨损性能，偶件环采用淬火45#钢，其尺寸为φ40mm×10mm、表面粗糙度Ra为0.2～0.4um、表面硬度为180HB；在载荷200N，线速度0.42m·s-1，磨损时间120min，在干摩擦、大气环境、室温条件下进行，平均摩擦系数μ为0.35；磨损率δ为11.7×10-6mm3(N·m)-1。
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