CN111040431A - 一种自润滑微胶囊/mc尼龙复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：制备微胶囊壳层前驱体；步骤2：制备微胶囊芯层前驱体；步骤3：将微胶囊芯层前驱体加入微胶囊壳层前驱体中，混合清洗干燥即得液体石蜡/聚醚砜微胶囊；步骤4：将己内酰胺CL加热至完全熔融后加入步骤3得到的液体石蜡/聚醚砜微胶囊；步骤5：加入催化剂和活化剂，搅拌得到MC尼龙单体以及微胶囊的待聚体系；步骤6：将步骤5得到的待聚体系浇入模具中，保温t3时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到所需自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料；本发明制备含油微胶囊，将其作为填料，添加到由阴离子开环聚合制备的MC尼龙中去，提高了MC尼龙的自润滑性能，降低磨损率。

Description

一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及高分子摩擦磨损技术领域，具体涉及一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法。
背景技术
单体浇铸尼龙6（MC尼龙）是由阴离子聚合反应得到的一种新型工程塑料，其特点是反应粘度高、成型周期短。并且其平均分子量比水解聚合生成聚合的平均分子量高得多。因此具有工艺简单、聚合温度低、分子量大、结晶度高、耐腐蚀、耐磨、自润滑性好、力学性能优于一般PA6等特点（Tribology Letters, 2014, 54(2):161-170.）。但纯MC尼龙在高负荷下使用时自润滑性、耐磨损性不佳，体积磨损率较大；纯干摩擦系数偏高，难以满足在弯曲无油润滑条件下工作的要求，这些不足在一定程度上限制了它的应用。
为了提高MC尼龙抗磨减摩性能，解决方法通常是在树脂基体中添加石墨、碳纳米管、碳纤维等固体润滑剂制备复合材料（Composites Part A: Applied Science andManufacturing, 2017,95:274-285）。但是固体润滑剂往往具有价格高、分散困难等劣势。除此之外，与固体润滑剂相比，液体润滑剂具有更低的磨损率和摩擦系数。
虽然液体润滑剂具有更好的润滑效果，但是在实践中，液体润滑剂的耗尽是一个严重的问题。这减少了应用时间并因此限制了它们的应用范围。另外用于外部润滑的液体润滑剂不适用于油敏感材料或无油污工况。最后液体润滑剂与聚合物分子之间的化学结构差异较大，容易与树脂基体微相分离，使其机械性能大幅度下降。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题提供一种将液体石蜡作为润滑油包覆在聚醚砜中制备含油微胶囊，将其作为填料，添加到由阴离子开环聚合制备的MC尼龙中去，提高MC尼龙的自润滑性能，降低磨损率的自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法。
本发明采用的技术方案是：一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将聚醚砜粒料溶解于二氯甲烷中，得到微胶囊壳层前驱体；
步骤2：将分散剂和乳化剂加入去离子水中，分散均匀后加入液体石蜡，乳化得到微胶囊芯层前驱体；
步骤3：在冰浴条件下，将步骤2得到的微胶囊芯层前驱体加入步骤1得到的微胶囊壳层前驱体中，在均质器中进行混合，二氯甲烷挥发完后，清洗干燥即得液体石蜡/聚醚砜微胶囊；
步骤4：将己内酰胺CL加热至完全熔融后加入步骤3得到的液体石蜡/聚醚砜微胶囊；分散均匀后，升温至125～135oC，抽真空除水t1时间；其中液体石蜡/聚醚砜微胶囊与己内酰胺CL的质量比为2～20：100；
步骤5：加入催化剂，继续抽真空除水t2时间，加入活化剂，搅拌得到MC尼龙单体以及微胶囊的待聚体系；
步骤6：将步骤5得到的待聚体系浇入模具中，保温t3时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到所需自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料。
进一步的，所述步骤1中聚醚砜与步骤2中液体石蜡的质量比为1:0.5～2.5。
进一步的，所述步骤2中的分散剂为聚乙烯醇，乳化剂为木质素磺酸钙，聚乙烯醇、木质素磺酸钠和去离子水的质量比为（1～3）：（1～3）：200。
进一步的，所述步骤2中乳化采用机械搅拌或者高速剪切的方法，机械搅拌：搅拌速度为200～600rpm，高速剪切，速度为3000～12000rpm。
进一步的，所述步骤3中均质器中混合速度为10000～12000rpm。
进一步的，所述步骤5中催化剂为NaOH，活化剂为TDI或HDI，其中催化剂与CL的质量比为0.2～0.6:100，活化剂与CL的质量比为0.2～0.6:100。
进一步的，所述步骤1中聚醚砜和二氯甲烷的质量比为1:15～45。
进一步的，所述步骤4中t1时间为30min，步骤5中t2时间为30min。
进一步的，所述步骤6模具需在170oC条件下预热1小时。
进一步的，所述步骤6中t3时间为0.5～1h。
本发明的有益效果是：
（1）本发明将液体石蜡包裹在聚醚砜外壳中形成微胶囊，可以克服液体润滑剂在聚合物基体中造成的微相分离现象，并且在基体中能够得到良好的分散；既能一定程度上保持MC尼龙制件的机械性能，也能大幅度提高MC尼龙的自润滑性能，实现减摩耐磨，进而增长制件的使用寿命，减少能源消耗，节省经济支出；
（2）本发明在实际应用时，不需要外部干预或维护，当微胶囊在反复摩擦过程中破裂时，润滑油会被释放到摩擦表面，形成表面润滑，减少复合材料和摩擦副之间的直接摩擦，从而显著降低摩擦系数和磨损率；
（3）本发明降低了液体润滑剂的消耗速度，增长了实际应用时间，适用于油敏感材料或无油污工况。
附图说明
图1为本发明实施例1中制备得到的液体石蜡/聚醚砜微胶囊光学显微镜图（a），及其激光粒度仪统计的粒径分布图（b）。
图2为本发明液体石蜡、聚醚砜和实施例1中液体石蜡/聚醚砜微胶囊的红外信号图。
图3为本发明纯MC尼龙、液体石蜡、聚醚砜、实施例1中自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的热失重曲线图。
图4为本发明实施例1中自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料和对比例1中的纯MC尼龙材料的摩擦测试曲线图。
图5为本发明中对比例1、2、3得到的MC尼龙材料的摩擦测试曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在25℃下，将聚醚砜粒料搅拌溶解于二氯甲烷中，得到微胶囊壳层前驱体；其中聚醚砜和二氯甲烷的质量比为1:20。
步骤2：将分散剂聚乙烯醇和乳化剂木质素磺酸钙加入去离子水中，常温搅拌溶解分散均匀后加入液体石蜡，5000rpm剪切乳化得到微胶囊芯层前驱体；其中液体石蜡与步骤1中聚醚砜质量比为1.5:1；聚乙烯醇、木质素磺酸钙和去离子水的质量比为1:1:100。
步骤3：在冰浴条件下，将步骤2得到的微胶囊芯层前驱体加入步骤1得到的微胶囊壳层前驱体中，在均质器剪切作用下12000rpm进行混合，在35℃、300rpm搅拌作用下二氯甲烷挥发完后，清洗干燥即得液体石蜡/聚醚砜微胶囊；
步骤4：将己内酰胺CL加入干燥反应釜内，加热至90℃，等待完全熔融之后加入微胶囊填料，搅拌分散。将混合体系升温至125～135oC，抽真空除水30min。其中液体石蜡/聚醚砜微胶囊与己内酰胺CL的质量比为2：100。
步骤5：加入催化剂氢氧化钠搅拌溶解，维持体系温度在125～135oC，继续抽真空除水30min时间；加入活化剂甲苯二异氰酸酯TDI，快速搅拌得到MC尼龙单体以及微胶囊的待聚体系；其中氢氧化钠与己内酰胺CL的质量比为0.2:100，甲苯二异氰酸酯与已内酰胺CL的质量比为0.2:100。
步骤6：将步骤5得到的待聚体系快速浇入在170℃条件下预热1h的模具中，保温1.0h时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到所需自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料。
经摩擦磨损测试后得自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的摩擦系数为0.4782，磨损量为0.0351mg/s。
实施例2
一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在25℃下，将聚醚砜粒料搅拌溶解于二氯甲烷中，得到微胶囊壳层前驱体；其中聚醚砜和二氯甲烷的质量比为1:20。
步骤2：将分散剂聚乙烯醇和乳化剂木质素磺酸钙加入去离子水中，常温搅拌溶解分散均匀后加入液体石蜡，5000rpm剪切乳化得到微胶囊芯层前驱体；其中液体石蜡与步骤1中聚醚砜质量比为1.5:1；聚乙烯醇、木质素磺酸钙和去离子水的质量比为1:1:100。
步骤3：在冰浴条件下，将步骤2得到的微胶囊芯层前驱体加入步骤1得到的微胶囊壳层前驱体中，在均质器剪切作用下12000rpm进行混合，在35℃、300rpm搅拌作用下二氯甲烷挥发完后，清洗干燥即得液体石蜡/聚醚砜微胶囊；
步骤4：将己内酰胺CL加入干燥反应釜内，加热至90℃，等待完全熔融之后加入微胶囊填料，搅拌分散。将混合体系升温至125～135oC，抽真空除水30min。其中液体石蜡/聚醚砜微胶囊与己内酰胺CL的质量比为5：100。
步骤5：加入催化剂氢氧化钠搅拌溶解，维持体系温度在125～135oC，继续抽真空除水30min时间；加入活化剂甲苯二异氰酸酯TDI，快速搅拌得到MC尼龙单体以及微胶囊的待聚体系；其中氢氧化钠与己内酰胺CL的质量比为0.2:100，甲苯二异氰酸酯与已内酰胺CL的质量比为0.2:100。
步骤6：将步骤5得到的待聚体系快速浇入在170℃条件下预热1h的模具中，保温1.0h时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到所需自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料。
经摩擦磨损测试后得自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的摩擦系数为0.3825，磨损量为0.0277mg/s。
实施例3
一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在25℃下，将聚醚砜粒料搅拌溶解于二氯甲烷中，得到微胶囊壳层前驱体；其中聚醚砜和二氯甲烷的质量比为1:20。
步骤2：将分散剂聚乙烯醇和乳化剂木质素磺酸钙加入去离子水中，常温搅拌溶解分散均匀后加入液体石蜡，5000rpm剪切乳化得到微胶囊芯层前驱体；其中液体石蜡与步骤1中聚醚砜质量比为1.5:1；聚乙烯醇、木质素磺酸钙和去离子水的质量比为1:1:100。
步骤3：在冰浴条件下，将步骤2得到的微胶囊芯层前驱体加入步骤1得到的微胶囊壳层前驱体中，在均质器剪切作用下12000rpm进行混合，在35℃、300rpm搅拌作用下二氯甲烷挥发完后，清洗干燥即得液体石蜡/聚醚砜微胶囊；
步骤4：将己内酰胺CL加入干燥反应釜内，加热至90℃，等待完全熔融之后加入微胶囊填料，搅拌分散。将混合体系升温至125～135oC，抽真空除水30min。其中液体石蜡/聚醚砜微胶囊与己内酰胺CL的质量比为10：100。
步骤5：加入催化剂氢氧化钠搅拌溶解，维持体系温度在125～135oC，继续抽真空除水30min时间；加入活化剂甲苯二异氰酸酯TDI，快速搅拌得到MC尼龙单体以及微胶囊的待聚体系；其中氢氧化钠与己内酰胺CL的质量比为0.2:100，甲苯二异氰酸酯与已内酰胺CL的质量比为0.2:100。
步骤6：将步骤5得到的待聚体系快速浇入在170℃条件下预热1h的模具中，保温1.0h时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到所需自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料。
经摩擦磨损测试后得自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的摩擦系数为0.2413，磨损量为0.0264mg/s。
实施例4
一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在25℃下，将聚醚砜粒料搅拌溶解于二氯甲烷中，得到微胶囊壳层前驱体；其中聚醚砜和二氯甲烷的质量比为1:20。
步骤2：将分散剂聚乙烯醇和乳化剂木质素磺酸钙加入去离子水中，常温搅拌溶解分散均匀后加入液体石蜡，5000rpm剪切乳化得到微胶囊芯层前驱体；其中液体石蜡与步骤1中聚醚砜质量比为1.5:1；聚乙烯醇、木质素磺酸钙和去离子水的质量比为1:1:100。
步骤3：在冰浴条件下，将步骤2得到的微胶囊芯层前驱体加入步骤1得到的微胶囊壳层前驱体中，在均质器剪切作用下12000rpm进行混合，在35℃、300rpm搅拌作用下二氯甲烷挥发完后，清洗干燥即得液体石蜡/聚醚砜微胶囊；
步骤4：将己内酰胺CL加入干燥反应釜内，加热至90℃，等待完全熔融之后加入微胶囊填料，搅拌分散。将混合体系升温至125～135oC，抽真空除水30min。其中液体石蜡/聚醚砜微胶囊与己内酰胺CL的质量比为15：100。
步骤5：加入催化剂氢氧化钠搅拌溶解，维持体系温度在125～135oC，继续抽真空除水30min时间；加入活化剂甲苯二异氰酸酯TDI，快速搅拌得到MC尼龙单体以及微胶囊的待聚体系；其中氢氧化钠与己内酰胺CL的质量比为0.2:100，甲苯二异氰酸酯与已内酰胺CL的质量比为0.2:100。
步骤6：将步骤5得到的待聚体系快速浇入在170℃条件下预热1h的模具中，保温1.0h时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到所需自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料。
经摩擦磨损测试后得自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的摩擦系数为0.3312，磨损量为0.0296mg/s。
实施例5
一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在25℃下，将聚醚砜粒料搅拌溶解于二氯甲烷中，得到微胶囊壳层前驱体；其中聚醚砜和二氯甲烷的质量比为1:20。
步骤2：将分散剂聚乙烯醇和乳化剂木质素磺酸钙加入去离子水中，常温搅拌溶解分散均匀后加入液体石蜡，5000rpm剪切乳化得到微胶囊芯层前驱体；其中液体石蜡与步骤1中聚醚砜质量比为1.5:1；聚乙烯醇、木质素磺酸钙和去离子水的质量比为1:1:100。
步骤3：在冰浴条件下，将步骤2得到的微胶囊芯层前驱体加入步骤1得到的微胶囊壳层前驱体中，在均质器剪切作用下12000rpm进行混合，在35℃、300rpm搅拌作用下二氯甲烷挥发完后，清洗干燥即得液体石蜡/聚醚砜微胶囊；
步骤4：将己内酰胺CL加入干燥反应釜内，加热至90℃，等待完全熔融之后加入微胶囊填料，搅拌分散。将混合体系升温至125～135oC，抽真空除水30min。其中液体石蜡/聚醚砜微胶囊与己内酰胺CL的质量比为20：100。
步骤5：加入催化剂氢氧化钠搅拌溶解，维持体系温度在125～135oC，继续抽真空除水30min时间；加入活化剂甲苯二异氰酸酯TDI，快速搅拌得到MC尼龙单体以及微胶囊的待聚体系；其中氢氧化钠与己内酰胺CL的质量比为0.2:100，甲苯二异氰酸酯与已内酰胺CL的质量比为0.2:100。
步骤6：将步骤5得到的待聚体系快速浇入在170℃条件下预热1h的模具中，保温1.0h时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到所需自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料。
经摩擦磨损测试后得自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的摩擦系数为0.3541，磨损量为0.3012mg/s。
实施例6
一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在25℃下，将聚醚砜粒料搅拌溶解于二氯甲烷中，得到微胶囊壳层前驱体；其中聚醚砜和二氯甲烷的质量比为1:20。
步骤2：将分散剂聚乙烯醇和乳化剂木质素磺酸钙加入去离子水中，常温搅拌溶解分散均匀后加入液体石蜡，5000rpm剪切乳化得到微胶囊芯层前驱体；其中液体石蜡与步骤1中聚醚砜质量比为1.5:1；聚乙烯醇、木质素磺酸钙和去离子水的质量比为1:1:100。
步骤3：在冰浴条件下，将步骤2得到的微胶囊芯层前驱体加入步骤1得到的微胶囊壳层前驱体中，在均质器剪切作用下12000rpm进行混合，在35℃、300rpm搅拌作用下二氯甲烷挥发完后，清洗干燥即得液体石蜡/聚醚砜微胶囊；
步骤4：将己内酰胺CL加入干燥反应釜内，加热至90℃，等待完全熔融之后加入微胶囊填料，搅拌分散。将混合体系升温至125～135oC，抽真空除水30min。其中液体石蜡/聚醚砜微胶囊与己内酰胺CL的质量比为10：100。
步骤5：加入催化剂氢氧化钠搅拌溶解，维持体系温度在125～135oC，继续抽真空除水30min时间；加入活化剂甲苯二异氰酸酯TDI，快速搅拌得到MC尼龙单体以及微胶囊的待聚体系；其中氢氧化钠与己内酰胺CL的质量比为0.2:100，甲苯二异氰酸酯与已内酰胺CL的质量比为0.4:100。
步骤6：将步骤5得到的待聚体系快速浇入在170℃条件下预热1h的模具中，保温1.0h时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到所需自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料。
经摩擦磨损测试后得自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的摩擦系数为0.2165，磨损量为0.0259mg/s。
实施例7
一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在25℃下，将聚醚砜粒料搅拌溶解于二氯甲烷中，得到微胶囊壳层前驱体；其中聚醚砜和二氯甲烷的质量比为1:20。
步骤2：将分散剂聚乙烯醇和乳化剂木质素磺酸钙加入去离子水中，常温搅拌溶解分散均匀后加入液体石蜡，5000rpm剪切乳化得到微胶囊芯层前驱体；其中液体石蜡与步骤1中聚醚砜质量比为1.5:1；聚乙烯醇、木质素磺酸钙和去离子水的质量比为1:1:100。
步骤3：在冰浴条件下，将步骤2得到的微胶囊芯层前驱体加入步骤1得到的微胶囊壳层前驱体中，在均质器剪切作用下12000rpm进行混合，在35℃、300rpm搅拌作用下二氯甲烷挥发完后，清洗干燥即得液体石蜡/聚醚砜微胶囊；
步骤4：将己内酰胺CL加入干燥反应釜内，加热至90℃，等待完全熔融之后加入微胶囊填料，搅拌分散。将混合体系升温至125～135oC，抽真空除水30min。其中液体石蜡/聚醚砜微胶囊与己内酰胺CL的质量比为10：100。
步骤5：加入催化剂氢氧化钠搅拌溶解，维持体系温度在125～135oC，继续抽真空除水30min时间；加入活化剂甲苯二异氰酸酯TDI，快速搅拌得到MC尼龙单体以及微胶囊的待聚体系；其中氢氧化钠与己内酰胺CL的质量比为0.2:100，甲苯二异氰酸酯与已内酰胺CL的质量比为0.6:100。
步骤6：将步骤5得到的待聚体系快速浇入在170℃条件下预热1h的模具中，保温1.0h时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到所需自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料。
经摩擦磨损测试后得自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的摩擦系数为0.2514，磨损量为0.0271mg/s。
实施例8
一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在25℃下，将聚醚砜粒料搅拌溶解于二氯甲烷中，得到微胶囊壳层前驱体；其中聚醚砜和二氯甲烷的质量比为1:20。
步骤2：将分散剂聚乙烯醇和乳化剂木质素磺酸钙加入去离子水中，常温搅拌溶解分散均匀后加入液体石蜡，5000rpm剪切乳化得到微胶囊芯层前驱体；其中液体石蜡与步骤1中聚醚砜质量比为1.5:1；聚乙烯醇、木质素磺酸钙和去离子水的质量比为1:1:100。
步骤3：在冰浴条件下，将步骤2得到的微胶囊芯层前驱体加入步骤1得到的微胶囊壳层前驱体中，在均质器剪切作用下12000rpm进行混合，在35℃、300rpm搅拌作用下二氯甲烷挥发完后，清洗干燥即得液体石蜡/聚醚砜微胶囊；
步骤4：将己内酰胺CL加入干燥反应釜内，加热至90℃，等待完全熔融之后加入微胶囊填料，搅拌分散。将混合体系升温至125～135oC，抽真空除水30min。其中液体石蜡/聚醚砜微胶囊与己内酰胺CL的质量比为10：100。
步骤5：加入催化剂氢氧化钠搅拌溶解，维持体系温度在125～135oC，继续抽真空除水30min时间；加入活化剂三异氰酸酯HDI，快速搅拌得到MC尼龙单体以及微胶囊的待聚体系；其中氢氧化钠与己内酰胺CL的质量比为0.2:100，三异氰酸酯与已内酰胺CL的质量比为0.4:100。
步骤6：将步骤5得到的待聚体系快速浇入在170℃条件下预热1h的模具中，保温1.0h时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到所需自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料。
经摩擦磨损测试后得自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的摩擦系数为0.2086，磨损量为0.0235mg/s。
实施例9
一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在25℃下，将聚醚砜粒料搅拌溶解于二氯甲烷中，得到微胶囊壳层前驱体；其中聚醚砜和二氯甲烷的质量比为1:20。
步骤2：将分散剂聚乙烯醇和乳化剂木质素磺酸钙加入去离子水中，常温搅拌溶解分散均匀后加入液体石蜡，5000rpm剪切乳化得到微胶囊芯层前驱体；其中液体石蜡与步骤1中聚醚砜质量比为0.5:1；聚乙烯醇、木质素磺酸钙和去离子水的质量比为0.5:0.5:100。
步骤3：在冰浴条件下，将步骤2得到的微胶囊芯层前驱体加入步骤1得到的微胶囊壳层前驱体中，在均质器剪切作用下12000rpm进行混合，在35℃、300rpm搅拌作用下二氯甲烷挥发完后，清洗干燥即得液体石蜡/聚醚砜微胶囊；
步骤4：将己内酰胺CL加入干燥反应釜内，加热至90℃，等待完全熔融之后加入微胶囊填料，搅拌分散。将混合体系升温至125～135oC，抽真空除水30min。其中液体石蜡/聚醚砜微胶囊与己内酰胺CL的质量比为10：100。
步骤5：加入催化剂氢氧化钠搅拌溶解，维持体系温度在125～135oC，继续抽真空除水30min时间；加入活化剂甲苯二异氰酸酯TDI，快速搅拌得到MC尼龙单体以及微胶囊的待聚体系；其中氢氧化钠与己内酰胺CL的质量比为0.2:100，甲苯二异氰酸酯与已内酰胺CL的质量比为0.2:100。
步骤6：将步骤5得到的待聚体系快速浇入在170℃条件下预热1h的模具中，保温1.0h时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到所需自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料。
经摩擦磨损测试后得自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的摩擦系数为0.3876，磨损量为0.0418mg/s。
实施例10
一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在25℃下，将聚醚砜粒料搅拌溶解于二氯甲烷中，得到微胶囊壳层前驱体；其中聚醚砜和二氯甲烷的质量比为1:20。
步骤2：将分散剂聚乙烯醇和乳化剂木质素磺酸钙加入去离子水中，常温搅拌溶解分散均匀后加入液体石蜡，5000rpm剪切乳化得到微胶囊芯层前驱体；其中液体石蜡与步骤1中聚醚砜质量比为2.5:1；聚乙烯醇、木质素磺酸钙和去离子水的质量比为1.5:1.5:100。
步骤3：在冰浴条件下，将步骤2得到的微胶囊芯层前驱体加入步骤1得到的微胶囊壳层前驱体中，在均质器剪切作用下12000rpm进行混合，在35℃、300rpm搅拌作用下二氯甲烷挥发完后，清洗干燥即得液体石蜡/聚醚砜微胶囊；
步骤4：将己内酰胺CL加入干燥反应釜内，加热至90℃，等待完全熔融之后加入微胶囊填料，搅拌分散。将混合体系升温至125～135oC，抽真空除水30min。其中液体石蜡/聚醚砜微胶囊与己内酰胺CL的质量比为10：100。
步骤5：加入催化剂氢氧化钠搅拌溶解，维持体系温度在125～135oC，继续抽真空除水30min时间；加入活化剂甲苯二异氰酸酯TDI，快速搅拌得到MC尼龙单体以及微胶囊的待聚体系；其中氢氧化钠与己内酰胺CL的质量比为0.2:100，甲苯二异氰酸酯与已内酰胺CL的质量比为0.2:100。
步骤6：将步骤5得到的待聚体系快速浇入在170℃条件下预热1h的模具中，保温1.0h时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到所需自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料。
经摩擦磨损测试后得自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的摩擦系数为0.1924，磨损量为0.0205mg/s。
对比例1
步骤1：将己内酰胺CL加入干燥反应釜内，升温至125～135oC，抽真空除水30min。
步骤2：加入催化剂氢氧化钠搅拌溶解，维持体系温度在125～135oC，继续抽真空除水30min时间；加入活化剂甲苯二异氰酸酯TDI，快速搅拌得到待聚体系；其中氢氧化钠与己内酰胺CL的质量比为0.2:100，甲苯二异氰酸酯与已内酰胺CL的质量比为0.4:100。
步骤3：将步骤5得到的待聚体系快速浇入在170℃条件下预热1h的模具中，保温1.0h时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到纯MC尼龙。
经摩擦磨损测试后得自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的摩擦系数为0.10110，磨损量为0.0627mg/s。
对比例2
步骤1：将己内酰胺CL加入干燥反应釜内，升温至125～135oC，抽真空除水30min。
步骤2：加入催化剂氢氧化钠搅拌溶解，维持体系温度在125～135oC，继续抽真空除水30min时间；加入活化剂甲苯二异氰酸酯TDI，快速搅拌得到待聚体系；其中氢氧化钠与己内酰胺CL的质量比为0.2:100，甲苯二异氰酸酯与已内酰胺CL的质量比为0.4:100。
步骤3：将步骤5得到的待聚体系快速浇入在170℃条件下预热1h的模具中，保温1.0h时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到纯MC尼龙。
经摩擦磨损测试后得自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的摩擦系数为0.7121，磨损量为0.0601mg/s。
对比例3
步骤1：将己内酰胺CL加入干燥反应釜内，升温至125～135oC，抽真空除水30min。
步骤2：加入催化剂氢氧化钠搅拌溶解，维持体系温度在125～135oC，继续抽真空除水30min时间；加入活化剂甲苯二异氰酸酯TDI，快速搅拌得到待聚体系；其中氢氧化钠与己内酰胺CL的质量比为0.2:100，甲苯二异氰酸酯与已内酰胺CL的质量比为0.6:100。
步骤3：将步骤5得到的待聚体系快速浇入在170℃条件下预热1h的模具中，保温1.0h时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到纯MC尼龙。
经摩擦磨损测试后得自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的摩擦系数为0.8438，磨损量为0.0649mg/s。
对比例4
步骤1：将己内酰胺CL加入干燥反应釜内，升温至125～135oC，抽真空除水30min。
步骤2：加入催化剂氢氧化钠搅拌溶解，维持体系温度在125～135oC，继续抽真空除水30min时间；加入活化剂三异氰酸酯HDI，快速搅拌得到待聚体系；其中氢氧化钠与己内酰胺CL的质量比为0.2:100，三异氰酸酯与已内酰胺CL的质量比为0.4:100。
步骤3：将步骤5得到的待聚体系快速浇入在170℃条件下预热1h的模具中，保温1.0h时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到纯MC尼龙。
经摩擦磨损测试后得自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的摩擦系数为0.7715，磨损量为0.0631mg/s。
图1为本发明实施例1形成的微胶囊形态结构与粒径示意图，其中图1a为本发明实施例1中制得的微胶囊光学显微镜示意图。图1b为采用激光粒度仪统计得到的粒径示意图。如图1a所示，使用木质磺酸钙和聚乙烯醇复配作为分散剂，得到的微胶囊具有规则的球形结构，并且分散性良好。粒径示意图如图1b所示，微胶囊的粒径有大有小，这是不可避免的。在搅拌作用下，靠近搅拌桨区域的液滴受到的剪切力大，形成的微胶囊粒径小，而搅拌桨远处区域的液滴受到的剪切力小，则形成的微胶囊粒径大。从图1b可以看出在该条件下制备得到的微胶囊粒径呈正态分布，粒径集中分布在10～300μm范围内。
实施例1步骤3得到的液体石蜡/聚醚砜微胶囊的红外信号如图2所示。液体石蜡/聚醚砜微胶囊即包含了聚醚砜的特征信号，例如1489cm-1、1506cm-1、1586cm-1（苯环中C=C振动）。1385cm-1、1360cm-1、1294cm-1（S=O不对称伸缩振动）。也包含了液体石蜡的特征信号，例如2952cm-1、2857cm-1（=C-H不对称和对称伸缩振动）。因此从红外光谱图的分析可以确定所制备的微胶囊中聚醚砜成功包覆了液体石蜡。
图3为纯MC尼龙、液体石蜡、聚醚砜和实施例1制备得到的自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的热失重曲线。从图中可以看出复合材料具有几个失重阶段，分别对应了液体石蜡、MC尼龙和聚醚砜的失重。可以证明微胶囊的成功制备以及MC尼龙复合材料的成功制备。
本发明实施例和对比例中的摩擦测试是在M-200摩擦试验机上进行的，按照国标GB/T3960-2016进行测试。其中图4为对比例1和实施例1试样的摩擦性能测试曲线图。由于MC尼龙的摩擦系数以及摩擦温度升高过快，所以测试时间不足。而从图中可以看出添加2wt%微胶囊的复合材料能够明显改善摩擦磨损性能，平均摩擦系数由1.0110下降到0.4782.从而能够证明本发明改性方式的有效性。图5为纯MC尼龙试样的摩擦系数变化曲线，从图中可以看出摩擦系数普遍偏高。在摩擦过程中，摩擦系数迅速上升，温度急剧增加，导致设备过载，从而停止测试。从目前数据依然可以看出TDI对于MC尼龙摩擦性能的影响趋势，随着TDI含量的增加，MC尼龙摩擦系数呈现先减后增的趋势，当含量为0.4时，MC尼龙摩擦系数达到最低。
本发明将液体石蜡作为润滑油包覆在聚醚砜中制备含油微胶囊，将其作为填料，添加到由阴离子开环聚合制备的MC尼龙中去。微胶囊可以克服润滑剂在聚合物基体中造成的微相分离现象，并且在基体中能够得到良好的分散。在一定程度上保持MC尼龙制件的机械性能，也能大幅度提高MC尼龙的自润滑性能，实现减摩耐磨，进而增长制件的使用寿命，减少能源消耗，节省经济支出。在实际应用时，不需要外部干预或维护，当微胶囊在反复摩擦过程中破裂时，润滑油会被释放到摩擦表面，形成表面润滑，减少复合材料和摩擦副之间的直接摩擦，从而显著降低摩擦系数和磨损率。降低了液体润滑剂的消耗速度，增长实际应用时间，并且适用于油敏感材料或无油污工况。
本发明制备的微胶囊能够显著提高MC尼龙摩擦磨损性能，制备过程简单、工艺易于掌握，生产成本低，有大规模生产的巨大潜力，有望扩大MC尼龙的应用范围。减少因摩擦磨损造成的能源消耗以及零件失效，节省工业成本，保护环境。

Claims (10)

1.一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将聚醚砜粒料溶解于二氯甲烷中，得到微胶囊壳层前驱体；
步骤2：将分散剂和乳化剂加入去离子水中，分散均匀后加入液体石蜡，乳化得到微胶囊芯层前驱体；
步骤3：在冰浴条件下，将步骤2得到的微胶囊芯层前驱体加入步骤1得到的微胶囊壳层前驱体中，在均质器中进行混合，二氯甲烷挥发完后，清洗干燥即得液体石蜡/聚醚砜微胶囊；
步骤4：将己内酰胺CL加热至完全熔融后加入步骤3得到的液体石蜡/聚醚砜微胶囊；分散均匀后，升温至125～135℃，抽真空除水t1时间；其中液体石蜡/聚醚砜微胶囊与己内酰胺CL的质量比为2～20：100；
步骤5：加入催化剂，继续抽真空除水t2时间，加入活化剂，搅拌得到MC尼龙单体以及微胶囊的待聚体系；
步骤6：将步骤5得到的待聚体系浇入模具中，保温t3时间，反应固化完成后冷却脱模即可得到所需自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中聚醚砜与步骤2中液体石蜡的质量比为1:0.5～2.5。
3.根据权利要求1所述的一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的分散剂为聚乙烯醇，乳化剂为木质素磺酸钠，聚乙烯醇、木质素磺酸钠和去离子水的质量比为(1～3)：(1～3)：200。
4.根据权利要求1所述的一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中乳化采用机械搅拌或者高速剪切的方法，机械搅拌：搅拌速度为200～600rpm，高速剪切，速度为3000～12000rpm。
5.根据权利要求1所述的一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中均质器中混合速度为10000～12000rpm。
6.根据权利要求1所述的一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5中催化剂为NaOH，活化剂为TDI或HDI，其中催化剂与CL的质量比为0.2～0.6:100，活化剂与CL的质量比为0.2～0.6:100。
7.根据权利要求1所述的一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中聚醚砜和二氯甲烷的质量比为1:15～45。
8.根据权利要求1所述的一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中t1时间为30min，步骤5中t2时间为30min。
9.根据权利要求1所述的一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤6模具需在170℃条件下预热1小时。
10.根据权利要求1所述的一种自润滑微胶囊/MC尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤6中t3时间为0.5～1h。
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