CN114907694A - 一种具有双连续微纤化结构的低摩擦耐磨损复合材料及其制备方法和用途 - Google Patents

一种具有双连续微纤化结构的低摩擦耐磨损复合材料及其制备方法和用途 Download PDF

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CN114907694A CN202210530828.2A CN202210530828A CN114907694A CN 114907694 A CN114907694 A CN 114907694A CN 202210530828 A CN202210530828 A CN 202210530828A CN 114907694 A CN114907694 A CN 114907694A
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Abstract

本发明提供了一种具有双连续微纤化结构的低摩擦耐磨损复合材料及其制备方法和用途，属于先进材料领域。本发明低摩擦耐磨损复合材料是由如下重量比的原料经过造粒、注塑和热处理后制备而得：热塑性树脂10～200份、尼龙5～60份、润滑填料1～30份。本发明构筑的PPS和PA双连续微纤化结构以及PTFE纤维的取向分布使复合材料具有摩擦系数和磨损率极低的优势，并且克服了填料加入后材料硬度降低、机械强度变差的缺陷。本发明低摩擦耐磨损复合材料因具有极低的耐磨损性能和高强度，可用于航空航天、军事装备、民用机械设备等领域，制备在干摩擦条件下耐磨轴承、自润滑零件、机械衬垫等零部件，具有良好的应用前景。

Description

一种具有双连续微纤化结构的低摩擦耐磨损复合材料及其制 备方法和用途
技术领域
本发明属于先进材料领域，具体涉及一种具有双连续微纤化结构的低摩擦耐磨损复合材料及其制备方法和用途。
背景技术
据统计，全世界约有超过30％的能源通过各种形式的摩擦和磨损被消耗。由于机械零部件受到周期性的摩擦和磨损，导致机器设备的服役寿命短。因此，减少各种形式的磨损、提升材料的自润滑性能已经成为节约能源和提高装备可靠性的重要措施。一直以来，研究者们针对摩擦材料的改性方面开展了大量研究工作，与传统的金属材料相比，聚合物材料以其质量轻、成本低、比强度高、易加工成型等特点被广泛应用在摩擦学领域，如齿轮、轴承、凸轮、涡轮、滑轮、衬垫以及医用器材等。其中以聚甲醛、聚酰胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚和聚四氟乙烯等为典型代表。
为满足工业机械设备应用的要求，特别是满足在高接触压力或无润滑介质条件下的使用要求，国内外学者对自润滑复合材料的摩擦学性能改性方面进行了大量尝试。大多数研究是通过直接添加润滑填料或增强填料的方法改善聚合物基复合材料的摩擦学性能。在聚合物基体中添加固体润滑填料，如二硫化钼、石墨、石墨烯、聚四氟乙烯以及纳米二维层状填料等，可用来改善复合材料的摩擦学性能，但在填料的含量需求较大才能达到效果，且存在基体材料与填料的分散和界面结合力差的问题，导致材料的机械性能较差。通过向聚合物基体中引入增强填料，如碳纤维、玻璃纤维或金属氧化物等，可在一定程度上提高复合材料的机械强度，同时可以在一定程度上改善聚合物的耐磨损特性。但是，该方法得到的复合材料在摩擦过程中填料容易诱导磨粒磨损机制的发生，导致复合材料接触表面的剥离和摩擦副的损耗。
尽管现有的改善复合材料耐磨性能的方法存在上述问题，但是在现有技术解决相关技术问题的方法中，大多依然是采用纤维(主要是碳纤维和玻璃纤维)来提升聚合物材料的摩擦学性能。该方法存在纤维与本体聚合物界面结合力差的问题，在服役时间较长或使用条件苛刻时存在严重的缺陷。
聚合物基自润滑复合材料主要是依靠润滑填料自身的润滑能力来提升材料的摩擦学性能，但这依旧存在摩擦系数和磨损量难以降低的瓶颈，如何提高润滑填料的利用效率和提升摩擦学性能仍然值得进一步探究。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有双连续微纤化结构的低摩擦耐磨损复合材料及其制备方法和用途。
本发明提供了一种具有双连续微纤化结构的低摩擦耐磨损复合材料，它是由如下重量比的原料经过造粒、注塑和热处理后制备而得：热塑性树脂10～200份、尼龙5～60份、润滑填料1～30份。
进一步地，前述的低摩擦耐磨损复合材料是由如下重量比的原料经过造粒、注塑和热处理后制备而得：热塑性树脂50～70份、尼龙20～40份、润滑填料1～30份；
优选地，热塑性树脂55～60份、尼龙24～26份、润滑填料15～20份。
进一步地，前述的低摩擦耐磨损复合材料是由如下重量比的原料经过造粒、注塑和热处理后制备而得：热塑性树脂59.5份、尼龙25.5份、润滑填料15份；
或者，热塑性树脂56份、尼龙24份，润滑填料20份。
进一步地，所述热塑性树脂选自聚苯硫醚、聚醚醚酮、液晶聚合物、聚砜或聚酰亚胺中的一种或多种；
和/或，所述尼龙选自尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙46、尼龙610、尼龙612或尼龙1010中的一种或多种；
和/或，所述润滑填料选自聚四氟乙烯、四氟乙烯/全氟丙基乙烯基醚共聚物、石墨或二硫化钼中的一种或多种。
进一步地，
所述热塑性树脂为聚苯硫醚；
和/或，所述尼龙为尼龙66；
和/或，所述润滑填料为聚四氟乙烯；
优选地，所述聚四氟乙烯为聚四氟乙烯纤维。
进一步地，所述热处理为等温热处理或非等温热处理；
优选地，所述非等温热处理条件为从25℃升温到120～180℃，升温速率为1～30℃/min；温度达到120～180℃时恒温1min～3h；
和/或，所述等温热处理温度为150℃，和/或，所述等温热处理时间为1～3h。
进一步地，所述注塑为薄壁注塑或极高剪切注塑；
优选地，所述注塑的条件为温度200～300℃，保压时间15～90s；剪切速率104～106s-1。
进一步地，所述造粒为挤出造粒；
优选地，所述造粒的温度为200～300℃。
本发明还提供了一种前述的低摩擦耐磨损复合材料的制备方法，它包括如下步骤：按照重量配比将原料混合后造粒、注塑和热处理，即得；
优选地，
所述造粒为挤出造粒；
和/或，所述注塑为薄壁注塑或极高剪切注塑；
和/或，所述热处理为等温热处理或非等温热处理；
更优选地，
所述造粒的温度为200～300℃；
和/或，所述注塑的条件为温度200～300℃，保压时间15～90s；剪切速率104～106s-1；
和/或，所述非等温热处理条件为从25℃升温到120～180℃，升温速率为1～30℃/min；温度达到120～180℃时恒温1min～3h；
和/或，所述等温热处理温度为150℃，热处理时间为1～3h。
本发明还提供了前述的低摩擦耐磨损复合材料在制备用于航空航天、军事装备、民用机械设备领域的低摩擦耐磨材料中的用途；
优选地，所述低摩擦耐磨损复合材料在制备自润滑机械轴承、武器装备、耐磨衬垫中的用途。
研究发现，本发明制备方法可以构筑具有PPS和PA双连续微纤化结构以及PTFE纤维高度取向分布的复合材料，该复合材料与专利CN112300573A相比，硬度和耐摩擦性能进一步提高。同时研究发现热处理温度对复合材料的性能有关键影响，如果降低热处理温度或者提高热处理温度，得到的复合材料硬度和耐摩擦性能都会显著降低，性能劣化。
本发明构筑的PPS和PA双连续微纤化结构以及PTFE纤维的取向分布使复合材料具有摩擦系数和磨损率极低的优势，并且克服了填料加入后材料硬度降低、机械强度变差的缺陷。与现有技术相比，提高的硬度与更低的摩擦系数和磨损率使本发明复合材料具有自润滑、低摩擦、耐磨损、机械强度高的优势。本发明低摩擦耐磨损复合材料因具有极低的耐磨损性能和高强度，可用于航空航天、军事装备、民用机械设备等领域，制备在干摩擦条件下耐磨轴承、自润滑零件、机械衬垫等零部件，具有良好的应用前景。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1为各组复合材料的实时摩擦系数曲线。
图2为本发明复合材料HP20-150的淬断面和磨损表面形貌图：(A1)为复合材料HP20-150的淬断面形貌图；(A2)为复合材料HP20-150的磨损表面形貌图。
具体实施方式
本发明具体实施方式中使用的原料、设备均为已知产品，通过购买市售产品获得。主要材料如下：
PPS：聚苯硫醚，粉末料(粒径约为1～100微米)，密度为1.34g/cm3，熔融温度为285℃；
PA66：尼龙66(聚酰胺66)，粉末料(粒径约为1～100微米)，密度为1.14g/cm3，熔融温度为260℃；
PTFE：聚四氟乙烯纤维的直径为1～5μm。
实施例1、本发明低摩擦耐磨损复合材料的制备
所有原料在使用前先在80℃烘箱中干燥12h待用。按照质量比称量PPS、PA66和PTFE纤维，PPS、PA66和PTFE的质量比为59.5：25.5：15。将原料通过高速搅拌机(转速20000r/min)进行混合。采用平行双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒温度为300℃，螺杆转速为50～80r/min，得母粒，将母粒烘干待用。
然后通过注塑机制备PPS/PA/PTFE复合材料，采用极高剪切注塑，极高剪切注塑的条件：注塑温度为300℃，保压时间为60s，剪切速率为>104s-1。将制备得到的PPS/PA/PTFE复合材料分别经过150℃热处理1h，即得本发明低摩擦耐磨损复合材料，命名为HP15-150，15表示润滑填料(PTFE纤维)的含量15％，150表示热处理温度为150℃。
实施例2、本发明低摩擦耐磨损复合材料的制备
所有原料在使用前先在80℃烘箱中干燥12h待用。按照质量比称量PPS、PA66和PTFE纤维，PPS、PA66和PTFE的质量比为56：24：20。将原料通过高速搅拌机(转速20000r/min)进行混合。采用平行双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒温度为300℃，螺杆转速为50～80r/min，得母粒，将母粒烘干待用。
然后通过注塑机制备PPS/PA/PTFE复合材料，采用极高剪切注塑，极高剪切注塑的条件：注塑温度为300℃，保压时间为60s，剪切速率为>104s-1。将制备得到的PPS/PA/PTFE复合材料经过150℃热处理1h，即得本发明低摩擦耐磨损复合材料，命名为HP20-150，20表示润滑填料(PTFE纤维)的含量20％，150表示热处理温度为150℃。
对比例1、其他低摩擦耐磨损材料的制备
原料PPS在使用前先在80℃烘箱中干燥12h待用。采用平行双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒温度为300℃，螺杆转速为50～80r/min，得母粒，将母粒烘干待用。
然后通过注塑机制备低摩擦耐磨损材料，采用极高剪切注塑，极高剪切注塑的条件：注塑温度为300℃，保压时间为60s，剪切速率为>104s-1。制备得到低摩擦耐磨损材料，命名为PPS。
对比例2、其他低摩擦耐磨损复合材料的制备
所有原料在使用前先在80℃烘箱中干燥12h待用。按照质量比称量PPS、PA66和PTFE纤维，PPS、PA66和PTFE的质量比为59.5：25.5：15。将原料通过高速搅拌机(转速20000r/min)进行混合。采用平行双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒温度为300℃，螺杆转速为50～80r/min，得母粒，将母粒烘干待用。
然后通过注塑机制备PPS/PA/PTFE复合材料，采用极高剪切注塑，极高剪切注塑的条件：注塑温度为300℃，保压时间为60s，剪切速率为>104s-1。将制备得到的PPS/PA/PTFE复合材料，即得本发明低摩擦耐磨损复合材料，命名为HP15，15表示润滑填料(PTFE纤维)的含量15％。
对比例3、其他低摩擦耐磨损复合材料的制备
所有原料在使用前先在80℃烘箱中干燥12h待用。按照质量比称量PPS、PA66和PTFE纤维，PPS、PA66和PTFE的质量比为56：24：20。将原料通过高速搅拌机(转速20000r/min)进行混合。采用平行双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒温度为300℃，螺杆转速为50～80r/min，得母粒，将母粒烘干待用。
然后通过注塑机制备PPS/PA/PTFE复合材料，采用极高剪切注塑，极高剪切注塑的条件：注塑温度为300℃，保压时间为60s，剪切速率为>104s-1。将制备得到的PPS/PA/PTFE复合材料，即得本发明低摩擦耐磨损复合材料，命名为HP20，20表示润滑填料(PTFE纤维)的含量20％。
对比例4、其他低摩擦耐磨损复合材料的制备
所有原料在使用前先在80℃烘箱中干燥12h待用。按照质量比称量PPS、PA66和PTFE纤维，PPS、PA66和PTFE的质量比为59.5：25.5：15。将原料通过高速搅拌机(转速20000r/min)进行混合。采用平行双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒温度为300℃，螺杆转速为50～80r/min，得母粒，将母粒烘干待用。
然后通过注塑机制备PPS/PA/PTFE复合材料，采用极高剪切注塑，极高剪切注塑的条件：注塑温度为300℃，保压时间为60s，剪切速率为>104s-1。将制备得到的PPS/PA/PTFE复合材料经过120℃热处理1h，即得本发明低摩擦耐磨损复合材料，命名为HP15-120，15表示润滑填料(PTFE纤维)的含量15％，120表示热处理温度为120℃。
对比例5、其他低摩擦耐磨损复合材料的制备
所有原料在使用前先在80℃烘箱中干燥12h待用。按照质量比称量PPS、PA66和PTFE纤维，PPS、PA66和PTFE的质量比为56：24：20。将原料通过高速搅拌机(转速20000r/min)进行混合。采用平行双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒温度为300℃，螺杆转速为50～80r/min，得母粒，将母粒烘干待用。
然后通过注塑机制备PPS/PA/PTFE复合材料，采用极高剪切注塑，极高剪切注塑的条件：注塑温度为300℃，保压时间为60s，剪切速率为>104s-1。将制备得到的PPS/PA/PTFE复合材料经过120℃热处理1h，即得本发明低摩擦耐磨损复合材料，命名为HP20-120，20表示润滑填料(PTFE纤维)的含量20％，120表示热处理温度为120℃。
对比例6、其他低摩擦耐磨损复合材料的制备
所有原料在使用前先在80℃烘箱中干燥12h待用。按照质量比称量PPS、PA66和PTFE纤维，PPS、PA66和PTFE的质量比为59.5：25.5：15。将原料通过高速搅拌机(转速20000r/min)进行混合。采用平行双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒温度为300℃，螺杆转速为50～80r/min，得母粒，将母粒烘干待用。
然后通过注塑机制备PPS/PA/PTFE复合材料，采用极高剪切注塑，极高剪切注塑的条件：注塑温度为300℃，保压时间为60s，剪切速率为>104s-1。将制备得到的PPS/PA/PTFE复合材料经过135℃热处理1h，即得本发明低摩擦耐磨损复合材料，命名为HP15-135，15表示润滑填料(PTFE纤维)的含量15％，135表示热处理温度为135℃。
对比例7、其他低摩擦耐磨损复合材料的制备
所有原料在使用前先在80℃烘箱中干燥12h待用。按照质量比称量PPS、PA66和PTFE纤维，PPS、PA66和PTFE的质量比为56：24：20。将原料通过高速搅拌机(转速20000r/min)进行混合。采用平行双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒温度为300℃，螺杆转速为50～80r/min，得母粒，将母粒烘干待用。
然后通过注塑机制备PPS/PA/PTFE复合材料，采用极高剪切注塑，极高剪切注塑的条件：注塑温度为300℃，保压时间为60s，剪切速率为>104s-1。将制备得到的PPS/PA/PTFE复合材料经过135℃热处理1h，即得本发明低摩擦耐磨损复合材料，命名为HP20-135，20表示润滑填料(PTFE纤维)的含量20％，135表示热处理温度为135℃。
对比例8、其他低摩擦耐磨损复合材料的制备
所有原料在使用前先在80℃烘箱中干燥12h待用。按照质量比称量PPS、PA66和PTFE纤维，PPS、PA66和PTFE的质量比为59.5：25.5：15。将原料通过高速搅拌机(转速20000r/min)进行混合。采用平行双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒温度为300℃，螺杆转速为50～80r/min，得母粒，将母粒烘干待用。
然后通过注塑机制备PPS/PA/PTFE复合材料，采用极高剪切注塑，极高剪切注塑的条件：注塑温度为300℃，保压时间为60s，剪切速率为>104s-1。将制备得到的PPS/PA/PTFE复合材料经过165℃热处理1h，即得本发明低摩擦耐磨损复合材料，命名为HP15-165，15表示润滑填料(PTFE纤维)的含量15％，165表示热处理温度为165℃。
对比例9、其他低摩擦耐磨损复合材料的制备
所有原料在使用前先在80℃烘箱中干燥12h待用。按照质量比称量PPS、PA66和PTFE纤维，PPS、PA66和PTFE的质量比为56：24：20。将原料通过高速搅拌机(转速20000r/min)进行混合。采用平行双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出造粒温度为300℃，螺杆转速为50～80r/min，得母粒，将母粒烘干待用。
然后通过注塑机制备PPS/PA/PTFE复合材料，采用极高剪切注塑，极高剪切注塑的条件：注塑温度为300℃，保压时间为60s，剪切速率为>104s-1。将制备得到的PPS/PA/PTFE复合材料经过165℃热处理1h，即得本发明低摩擦耐磨损复合材料，命名为HP20-165，20表示润滑填料(PTFE纤维)的含量20％，165表示热处理温度为165℃。
以下通过具体试验例证明本发明的有益效果。
试验例1、本发明低摩擦耐磨损复合材料表面机械硬度的检测
一、试验方法
选取实施例1～2及对比例1～9制备的低摩擦耐磨损复合材料，对各组复合材料进行表面机械硬度的检测，具体方法如下：采用LX-D邵氏压痕硬度计测量各组复合材料的表面硬度。测量试样表面应光滑平整、无机械损伤或缺陷等，样品大小应保证每个测量点与试样边缘距离不小于12mm，每组试样测量点不小于5个，可在一个或几个试样上进行，最终取平均硬度。
二、试验结果
各组复合材料表面硬度如表1所示。
表1.各组低摩擦耐磨损复合材料的表面硬度结果
Figure BDA0003646413340000071
Figure BDA0003646413340000081
表1显示了各组低摩擦耐磨损复合材料的表面机械硬度：纯PPS具有优异的模量，显示的表面硬度值最高；随着聚合物润滑填料(PTFE纤维)的加入，复合材料的表面硬度显著地降低；经过150℃热处理后得到的复合材料的表面硬度显著增加，且表面硬度接近于纯PPS。同时，研究发现，其他热处理温度得到的复合材料，表面硬度无法到达到本申请实施例制备的复合材料的效果。
试验例2、本发明低摩擦耐磨损复合材料摩擦学性能的检测
一、试验方法
选取实施例1～2及对比例1～9制备的低摩擦耐磨损复合材料，对各组复合材料进行摩擦学性能检测，具体方法如下：
(1)样品尺寸：分别将各组材料制备成测试样条30mm×7mm×6mm尺寸的大小，每组3个平行样。
(2)实验测试条件：摩擦磨损实验测试仪器是M-200A环-块式摩擦磨损实验机，测试条件是实验载荷为200N，转速为200r/min，测试时间3600s。
利用场发射扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的淬断面形貌和摩擦学性能测试后磨损表面形貌图，SEM条件是样品表面先进行真空喷金处理，然后在加速电压为20KV的电场条件下观察复合材料淬断面和磨损表面的形貌。
(3)实验测试指标：
摩擦系数：
Figure BDA0003646413340000082
公式中μ是实时摩擦系数，M为实时摩擦力矩，FN是测试的载荷，R为摩擦环的半径。
磨损率：
Figure BDA0003646413340000091
Figure BDA0003646413340000092
公式中V是体积磨损率(mm3)，d是样品的宽度(mm)，b是测试时间内磨损的宽度(mm)，S是测试时间内的滑动距离(m)，W是样品的比磨损率(mm3/Nm)，R为摩擦环的半径，FN是测试的载荷。
二、试验结果
各组复合材料的摩擦学性能测试结果如表2、图1和图2所示。
表2.各组复合材料比磨损率结果
组别 比磨损率(mm<sup>3</sup>/Nm)
对比例1：纯PPS 7.92×10<sup>-3</sup>
对比例2：HP15 1.4×10<sup>-5</sup>
对比例3：HP20 7.7×10<sup>-6</sup>
对比例4：HP15-120 2.3×10<sup>-5</sup>
对比例5：HP20-120 6.5×10<sup>-6</sup>
对比例6：HP15-135 3.1×10<sup>-5</sup>
对比例7：HP20-135 7.2×10<sup>-6</sup>
对比例8：HP15-165 1.8×10<sup>-5</sup>
对比例9：HP20-165 9.7×10<sup>-6</sup>
实施例1：HP15-150 1.4×10<sup>-5</sup>
实施例2：HP20-150 5.8×10<sup>-6</sup>
图1显示了各组复合材料的实时摩擦系数曲线。由图1可知：与纯PPS相比，加入了润滑填料的复合材料摩擦系数显著降低；而与未进行热处理的复合材料相比，本发明复合材料摩擦系数进一步降低，明显改善了复合材料的摩擦学性能。
图2展示了本发明复合材料HP20-150的淬断面和刻蚀面形貌图，图2显示本发明复合材料HP20-150内部为PPS和PA的双连续微纤化形态结构和PTFE纤维取向状态。
通过表2的比磨损率结果可知：本发明复合材料构筑了PPS和PA双连续微纤化结构和PTFE纤维的有序分布后，与未进行热处理的复合材料相比，有效降低了比磨损率，使材料比磨损率低至5.8×10-6mm3/Nm，有效提高了材料的耐磨性能。同样，研究发现其他热处理温度得到的复合材料耐磨性能显著差于150℃热处理温度。
综上，本发明构筑的PPS和PA双连续微纤化结构以及PTFE纤维的取向分布使复合材料具有摩擦系数和磨损率极低的优势，并且克服了填料加入后材料硬度降低、机械强度变差的缺陷。与现有技术相比，提高的硬度与更低的摩擦系数和磨损率使本发明复合材料具有自润滑、低摩擦、耐磨损、机械强度高的优势。本发明低摩擦耐磨损复合材料因具有极低的耐磨损性能和高强度，可用于航空航天、军事装备、民用机械设备等领域，制备在干摩擦条件下耐磨轴承、自润滑零件、机械衬垫等零部件，具有良好的应用前景。

Claims (10)

1.一种具有双连续微纤化结构的低摩擦耐磨损复合材料，其特征在于：它是由如下重量比的原料经过造粒、注塑和热处理后制备而得：热塑性树脂10～200份、尼龙5～60份、润滑填料1～30份。
2.根据权利要求1所述的低摩擦耐磨损复合材料，其特征在于：它是由如下重量比的原料经过造粒、注塑和热处理后制备而得：热塑性树脂50～70份、尼龙20～40份、润滑填料1～30份；
优选地，热塑性树脂55～60份、尼龙24～26份、润滑填料15～20份。
3.根据权利要求2所述的低摩擦耐磨损复合材料，其特征在于：它是由如下重量比的原料经过造粒、注塑和热处理后制备而得：热塑性树脂59.5份、尼龙25.5份、润滑填料15份；
或者，热塑性树脂56份、尼龙24份，润滑填料20份。
4.根据权利要求1～3任一项所述的低摩擦耐磨损复合材料，其特征在于：所述热塑性树脂选自聚苯硫醚、聚醚醚酮、液晶聚合物、聚砜或聚酰亚胺中的一种或多种；
和/或，所述尼龙选自尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙46、尼龙610、尼龙612或尼龙1010中的一种或多种；
和/或，所述润滑填料选自聚四氟乙烯、四氟乙烯/全氟丙基乙烯基醚共聚物、石墨或二硫化钼中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的低摩擦耐磨损复合材料，其特征在于：
所述热塑性树脂为聚苯硫醚；
和/或，所述尼龙为尼龙66；
和/或，所述润滑填料为聚四氟乙烯；
优选地，所述聚四氟乙烯为聚四氟乙烯纤维。
6.根据权利要求1～3任一项所述的低摩擦耐磨损复合材料，其特征在于：所述热处理为等温热处理或非等温热处理；
优选地，所述非等温热处理条件为从25℃升温到120～180℃，升温速率为1～30℃/min；温度达到120～180℃时恒温1min～3h；
和/或，所述等温热处理温度为150℃，和/或，所述等温热处理时间为1～3h。
7.根据权利要求1～3任一项所述的低摩擦耐磨损复合材料，其特征在于：所述注塑为薄壁注塑或极高剪切注塑；
优选地，所述注塑的条件为温度200～300℃，保压时间15～90s；剪切速率104～106s-1。
8.根据权利要求1～3任一项所述的低摩擦耐磨损复合材料，其特征在于：所述造粒为挤出造粒；
优选地，所述造粒的温度为200～300℃。
9.一种权利要求1～8任一项所述的低摩擦耐磨损复合材料的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：按照重量配比将原料混合后造粒、注塑和热处理，即得；
优选地，
所述造粒为挤出造粒；
和/或，所述注塑为薄壁注塑或极高剪切注塑；
和/或，所述热处理为等温热处理或非等温热处理；
更优选地，
所述造粒的温度为200～300℃；
和/或，所述注塑的条件为温度200～300℃，保压时间15～90s；剪切速率104～106s-1；
和/或，所述非等温热处理条件为从25℃升温到120～180℃，升温速率为1～30℃/min；温度达到120～180℃时恒温1min～3h；
和/或，所述等温热处理温度为150℃，热处理时间为1～3h。
10.权利要求1～8任一项所述的低摩擦耐磨损复合材料在制备用于航空航天、军事装备、民用机械设备领域的低摩擦耐磨材料中的用途；
优选地，所述低摩擦耐磨损复合材料在制备自润滑机械轴承、武器装备、耐磨衬垫中的用途。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101265357A (zh) * 2008-04-30 2008-09-17 宁波华缘玻璃钢电器制造有限公司 自润滑耐磨团状模塑料
CN102286168A (zh) * 2011-06-30 2011-12-21 国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心 聚丙烯/as共混物及其制备方法和制品的热处理方法
CN110330941A (zh) * 2019-07-12 2019-10-15 陕西科技大学 一种自润滑微胶囊/双马来酰亚胺摩擦复合材料及其制备方法
CN112300573A (zh) * 2020-11-02 2021-02-02 四川大学 一种具有微纤化结构的低摩擦耐磨损复合材料及其制备方法和用途
CN113149514A (zh) * 2021-04-13 2021-07-23 南京翌动新材料科技有限公司 一种陶瓷高分子复合材料的力学性能提高方法
CN113194647A (zh) * 2021-04-29 2021-07-30 Oppo广东移动通信有限公司 壳体组件、其制备方法及电子设备

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101265357A (zh) * 2008-04-30 2008-09-17 宁波华缘玻璃钢电器制造有限公司 自润滑耐磨团状模塑料
CN102286168A (zh) * 2011-06-30 2011-12-21 国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心 聚丙烯/as共混物及其制备方法和制品的热处理方法
CN110330941A (zh) * 2019-07-12 2019-10-15 陕西科技大学 一种自润滑微胶囊/双马来酰亚胺摩擦复合材料及其制备方法
CN112300573A (zh) * 2020-11-02 2021-02-02 四川大学 一种具有微纤化结构的低摩擦耐磨损复合材料及其制备方法和用途
CN113149514A (zh) * 2021-04-13 2021-07-23 南京翌动新材料科技有限公司 一种陶瓷高分子复合材料的力学性能提高方法
CN113194647A (zh) * 2021-04-29 2021-07-30 Oppo广东移动通信有限公司 壳体组件、其制备方法及电子设备

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YOUSHI等: "In situ micro-fibrillization and post annealing to significantly improve the tribological properties of polyphenylene sulfide/polyamide 66/ polytetrafluoroethylene composites", COMPOSITES PART B, vol. 216, pages 108841 *
ZHAOBIN CHEN: "Mechanical and Tribological Properties of PA66/PPS Blend. II. Filled with PTFE", JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE,, vol. 101, pages 969 *
刘艳伟等: "聚苯硫醚热交联特性研究进展", 《高分子通报》 *
刘艳伟等: "聚苯硫醚热交联特性研究进展", 《高分子通报》, no. 08, 15 August 2012 (2012-08-15), pages 74 - 79 *
周雪霖: ""聚苯硫醚(PPS)结晶度影响因素及其力学性能的研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *
周雪霖: ""聚苯硫醚(PPS)结晶度影响因素及其力学性能的研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》, no. 02, 15 February 2020 (2020-02-15), pages 016 - 374 *

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