CN113337079A - 减摩耐磨多官能团环氧自润滑复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种减摩耐磨多官能团环氧自润滑复合材料及其制备方法，所述自润滑复合材料，由多官能团环氧化合物、酸酐固化剂、咪唑类促固化剂、耐磨及增强剂、减摩剂和稀释剂共混后组成。其制备方法是：将多环氧基团环氧树脂加热至熔融，搅拌透明后，加入耐磨及增强剂、减摩剂、固化剂。冷却至室温加入适量稀释剂调节粘度，搅拌3小时后，加入促固化剂，搅拌30分钟，即得到环氧复合材料胶液。将胶液真空除泡，倒入热压模具，置于真空热模压炉中模压成型。该复合材料其摩擦、磨损性能突出，可适用于航空、汽车、机械等应用领域。
Description
技术领域
本发明属于特种工程塑料技术领域，特别是涉及一种减摩耐磨多官能团环氧自润滑复合材料及其制备方法。
背景技术
环氧树脂具有成型工艺佳、机械性能高、固化收缩小、粘接性能好的优点，在航空航天、机械制造、船舶运输等重要工业领域。然而，固化后的环氧树脂交联密度高、脆性大、耐冲击性差、导热系数低等缺陷限制了其在自润滑运动副材料的应用。对环氧树脂通过添加耐磨及增强剂、减摩剂等填料进行填充改性，可以有效降低摩擦、极大提升材料的摩擦磨损性能，延长其使用寿命。在现有技术中，中国专利(CN109265930A)公开了一种高韧性自润滑环氧树脂及制备方法中，环氧树脂中加入超支化聚合物制备环氧自润滑树脂，强度大于150Mpa，摩擦系数为0.25。中国专利(CN103992726A)公开的一种耐热耐磨自润滑涂料，通过加入玻璃纤维可将摩擦热及时导走，降低摩擦温度，但是涂料固化成型的材料的力学性能较差，耐磨性不佳。目前，即低摩擦系数又磨损率低的环氧自润滑材料的制备是环氧自润滑材料研制工作中面临的巨大挑战。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种减摩耐磨多官能团环氧自润滑复合材料。
同时，本发明还提供一种减摩耐磨多官能团环氧自润滑复合材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种减摩耐磨多官能团环氧自润滑复合材料，所述复合材料由如下重量配比的组分组成：多官能团环氧化合物20～30份，酸酐固化剂20-30份，咪唑类促固化剂0.5-1份，耐磨及增强剂10～20份，减摩剂30～40份，稀释剂40-60份。
所述的多官能团环氧化合物分子中含有至少三个环氧基团的化合物，可选异氰尿酸三缩水甘油酯、4，4'-二氨基二苯甲烷环氧树脂、氨基酚三官能团环氧树脂中的一种；所述的酸酐固化剂可选甲基四氢苯酐、甲基纳迪克酸酐、偏苯三甲酸酐其中的一种，所述的咪唑类固化剂为二乙基四甲基咪唑。所述的耐磨及增强剂为玻璃纤维、碳纤维、聚醚醚酮粉末中的一种或多种混合物。所述的减摩剂为聚四氟乙烯粉末、石墨、氟化石墨烯一种或多种混合物。所述的稀释剂为非反应性稀释剂，可选用丙酮、乙酸乙酯、乙醇其中的一种。
所述玻璃纤维直径为10～15微米，纤维长度为90～110微米；碳纤维粒径为40～60微米；聚醚醚酮粉末的粒径为45～55微米。
所述的聚四氟乙烯粉末粒径为75～180微米。
本发明还提供一种减摩耐磨多官能团环氧自润滑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取适量的各组分填料，干燥后置于100目筛网中，筛粉混合；
(2)将多官能团环氧化合物加热至80-90℃，搅拌至透明；
(3)分三次加入混后的填料，加入适量稀释剂调节粘度；
(4)搅拌3小时后，加入酸酐固化剂和咪唑类促固化剂；
(5)搅拌15分钟后，真空除泡；
(6)将模具内腔采用聚酰亚胺膜覆盖，加热至80-90℃，将胶液倒入模具；
(7)在真空热模压炉中加载10MPa压力，静压15分钟后卸载；
(8)将复合材料加热至90℃，加载1MPa，保压2小时；温度升至120℃，加压3MPa，保压2小时；温度升至160℃，加压5MPa，保压4小时，冷却至室温后取出。
本发明的有益效果是：该发明采用玻璃纤维、碳纤维、聚醚醚酮中的一种或多种的混合物作为耐磨及增强剂，可以提高环氧复合材料机械性能及耐磨性，降低复合材料的磨损。采用聚四氟乙烯粉末、石墨、氟化石墨烯一种或多种混合物作为减摩剂，可以极大地降低复合材料的摩擦系数。该复合材料摩擦磨损性能突出，适用于航空、汽车、机械等应用领域。
附图说明
图1为环氧自润滑材料旋转试验的摩擦系数；
图2为环氧自润滑材料旋转试验的磨痕形貌；
图3为环氧自润滑材料往复试验的摩擦系数。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所提供的环氧自润滑复合材料及其制备方法进行详细说明。
实施例1
(1)环氧自润滑材料制备
将3g聚四氟乙烯，1g聚醚醚酮和1g玻璃纤维分别干燥后，置于100筛网中，筛粉混合三遍，得到混合填料。将2.26g异氰尿酸三缩水甘油酯置于烧杯中，加热至90℃，搅拌透明后，分三次加入混合填料。冷却至室温，加入30毫升丙酮调节粘度；搅拌3小时，加入2.66g甲基纳迪克酸酐和0.08g二乙基四甲基咪唑。搅拌30分钟后，真空除泡。将模具内腔采用聚酰亚胺膜覆盖，加热至80-90℃，将胶液倒入模具。在真空热模压炉中加载10MPa压力，静压15分钟后卸载。将复合材料加热至90℃，加载1MPa，保压2小时；温度升至120℃，加压3MPa，保压2小时。温度升至160℃，加压5MPa，保压4小时，冷却至室温后取出。
(2)环氧自润滑材料的摩擦性能测试
在CSM-TRB摩擦磨损试验机上采用球盘旋转试验形式对环氧自润滑材料进行测试。如图1所示，环氧自润滑材料的摩擦摩擦约为0.085，载荷为20N，线速度为100mm/s。如图2所示，行程1000m摩擦试验后环氧自润滑材料表面未见明显磨损。
实施例2
(1)环氧自润滑材料制备
将4g聚四氟乙烯，1.6g聚醚醚酮和0.8g玻璃纤维分别干燥后，置于100筛网中，筛粉混合三遍，得到混合填料。将1.87g异氰尿酸三缩水甘油酯置于烧杯中，加热至90℃，搅拌透明后，分三次加入混合填料。冷却至室温，加入30毫升丙酮调节粘度。搅拌3小时，加入2.2g甲基纳迪克酸酐和0.08g二乙基四甲基咪唑。搅拌30分钟后，真空除泡。将模具内腔采用聚酰亚胺膜覆盖，加热至80-90℃，将胶液倒入模具。在真空热模压炉中加载10MPa压力，静压15分钟后卸载。将复合材料加热至90℃，加载1MPa，保压2小时。温度升至120℃，加压3MPa，保压2小时；温度升至160℃，加压5MPa，保压4小时，冷却至室温后取出。
(2)环氧自润滑材料的摩擦性能测试
在UMT-3摩擦磨损试验机上采用球盘式往复试验形式对环氧自润滑材料进行测试。如图3所示，环氧自润滑材料的摩擦摩擦约为0.07，载荷为30N，10Hz。
实施例3
(1)环氧自润滑材料制备
将3g聚四氟乙烯，1g聚醚醚酮和1g碳纤维分别干燥后，置于100筛网中，筛粉混合三遍，得到混合填料。将2.26g异氰尿酸三缩水甘油酯置于烧杯中，加热至90℃，搅拌透明后，分三次加入混合填料。冷却至室温，加入30毫升丙酮调节粘度。搅拌3小时，加入2.66g甲基纳迪克酸酐和0.08g二乙基四甲基咪唑。搅拌30分钟后，真空除泡。将模具内腔采用聚酰亚胺膜覆盖，加热至80-90℃，将胶液倒入模具。在真空热模压炉中加载10MPa压力，静压15分钟后卸载。将复合材料加热至90℃，加载1MPa，保压2小时；温度升至120℃，加压3MPa，保压2小时。温度升至160℃，加压5MPa，保压4小时，冷却至室温后取出。
Claims (5)
1.一种减摩耐磨多官能团环氧自润滑复合材料，其特征在于：所述复合材料由如下重量配比的组分组成：多官能团环氧化合物20～30份，酸酐固化剂20-30份，咪唑类促固化剂0.5-1份，耐磨及增强剂10～20份，减摩剂30～40份，稀释剂40-60份。
2.根据权利要求1所述的减摩耐磨多官能团环氧自润滑复合材料，其特征在于：所述的多官能团环氧化合物分子中含有至少三个环氧基团的化合物，可选异氰尿酸三缩水甘油酯、4，4'-二氨基二苯甲烷环氧树脂、氨基酚三官能团环氧树脂中的一种；所述的酸酐固化剂可选甲基四氢苯酐、甲基纳迪克酸酐、偏苯三甲酸酐其中的一种；所述的咪唑类固化剂为二乙基四甲基咪唑；所述的耐磨及增强剂为玻璃纤维、碳纤维、聚醚醚酮粉末中的一种或多种混合物；所述的减摩剂为聚四氟乙烯粉末、石墨、氟化石墨烯的一种或多种混合物；所述的稀释剂为非反应性稀释剂，可选用丙酮、乙酸乙酯、乙醇其中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的减摩耐磨多官能团环氧自润滑复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维直径为10～15微米，纤维长度为90～110微米；碳纤维粒径为40～60微米，聚醚醚酮粉末的粒径为45～55微米。
4.根据权利要求1或2所述的减摩耐磨多官能团环氧自润滑复合材料，其特征在于：所述的聚四氟乙烯粉末粒径为75～180微米。
5.一种根据权利要求1-4所述的减摩耐磨多官能团环氧自润滑复合材料的制备方法，其特征在于：包含如下制备步骤：
(1)称取适量的各组分填料，干燥后置于100目筛网中，筛粉混合；
(2)将多官能团环氧化合物加热至80-90℃，搅拌至透明；
(3)分三次加入混后的填料，加入适量稀释剂调节粘度；
(4)搅拌3小时后，加入酸酐固化剂和咪唑类促固化剂；
(5)搅拌15分钟后，真空除泡；
(6)将模具内腔采用聚酰亚胺膜覆盖，加热至80-90℃，将胶液倒入模具；
(7)在真空热模压炉中加载10MPa压力，静压15分钟后卸载；
(8)将复合材料加热至90℃，加载1MPa，保压2小时；温度升至120℃，加压3MPa，保压2小时；温度升至160℃，加压5MPa，保压4小时，冷却至室温后取出。
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