CN115286912B - 一种聚酯基耐磨材料及制备方法 - Google Patents

一种聚酯基耐磨材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及耐磨材料领域，具体为一种聚酯基耐磨材料及制备方法，包括高分子纤维预制体和聚酯复合材料，所述聚酯复合材料分布于所述高分子纤维预制体的表面和内部；以重量份数计，所述聚酯复合材料包括以下组成成分：不饱和聚酯50‑60份、热致性液晶聚合物10‑20份、填料40‑50份、助剂0.1‑5份，本发明所制备的聚酯基耐磨材料在干摩和湿磨工况下均具有较低的摩擦系数，而且体积磨损率小，适合用于制作水润滑艉轴承。

Description

一种聚酯基耐磨材料及制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨材料领域，具体为一种聚酯基耐磨材料及制备方法。
背景技术
随着节能环保的时代需求，许多资源浪费和环境污染问题被日趋重视。在船舶领域中，每年有数千吨的润滑油从船用尾轴轴承中泄漏，造成了严重的海洋污染和石油资源浪费。因此传统的油润滑船用尾轴轴承逐渐被环保性能更好的水润滑轴承所取代。同时，水润滑轴承也越来越广泛应用于水泵、水力涡轮。
但由于水的黏度仅为润滑油的十分之一，承载能力较差，尤其在机械设备启停和换向等低速情况下，轴承与转轴之间难以形成有效的润滑膜，使摩擦系数偏高，磨损严重，这就要求水润滑轴承具有良好的减磨耐磨性能。
铁犁木是一种常见的水润滑轴承材料，其强度高、硬度大，表面由致密的细胞壁构成，吸水后表面形成不规则的纹理结构，是其在水润滑条件下具有良好的摩擦学性能的原因之一。但铁犁木的抗泥沙能力差和资源短缺等缺点限制了其广泛应用。近年来，一些高分子聚合物材料被广泛应用于水润滑轴承中，但普遍应用效果不是太理想。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种聚酯基耐磨材料及制备方法。
所采用的技术方案如下：
一种聚酯基耐磨材料，包括高分子纤维预制体和聚酯复合材料，所述聚酯复合材料分布于所述高分子纤维预制体的表面和内部；
以重量份数计，所述聚酯复合材料包括以下组成成分：
不饱和聚酯50-60份、热致性液晶聚合物10-20份、填料40-50份、助剂0.1-5份。
进一步地，所述高分子纤维预制体为聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚(对苯二甲酸丁二醇-共-己二酸丁二醇)酯、聚(对苯二甲酸丁二醇-共-丁二酸丁二醇)酯、聚丁二酸己二酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯中的任意一种或多种复合而成。
进一步地，所述不饱和聚酯的制备原料包括脂肪族饱和多元醇、对苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、脂肪族不饱和二元酸。
进一步地，所述脂肪族饱和多元醇为甘油、季戊四醇、山梨醇、甘露糖醇中的任意一种。
进一步地，所述脂肪族不饱和二元酸为顺丁烯二酸或反丁烯二酸。
进一步地，所述不饱和聚酯的制备方法如下：
将脂肪族饱和多元醇、对苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、二丁基氧化锡搅拌混合均匀，升温至200-210℃反应4-6h，开始蒸水，当分馏出的水的质量为理论值的80-90％时，降温至150-160℃，通入氮气保护，加入脂肪族不饱和二元酸和对苯二酚，升温至220-230℃继续反应2-3h后开始蒸水，当无水蒸出时降温至100-110℃加入苯乙烯稀释，搅拌均匀后恢复室温。
进一步地，所述填料包括耐磨填料和补强填料；
所述耐磨填料为马来酸酐改性二硫化钼和聚四氟乙烯；
所述马来酸酐改性二硫化钼的制备方法如下：
将二硫化钼粉体加入无水乙醇中，超声分散后得到分散液，将马来酸酐水溶液，缓慢加入到分散液中，升温至回流搅拌反应2-4h后，冷却至室温，抽滤，所得固体用乙醇洗涤后，真空干燥并粉碎；
所述补强填料为氢氧化铝、氧化锌、碳酸钙和硫酸钡；
所述耐磨填料的用量为所述不饱和聚酯质量的0.5-10％。
进一步地，所述助剂为硬脂酸锌、辛酸钴、过氧化甲乙酮。
本发明还提供了一种聚酯基耐磨材料的制备方法：
将不饱和聚酯、热致性液晶聚合物、填料、助剂搅拌混合均匀得到浸渍液，再使用浸渍液对高分子纤维预制体进行充分浸渍后，80-100℃、10-15MPa下热压5-10min，最后于60-150℃加热固化8-24h即可。
本发明还提供了一种水润滑轴承，包括上述聚酯基耐磨材料。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种聚酯基耐磨材料，包括高分子纤维预制体及其织物增强的聚酯复合材料，不饱和聚酯具有极低的吸水率和耐腐蚀性能，然而其热变形温度低，干摩擦情况下减摩效果差，难以兼顾水润滑轴承对材料耐磨性以及力学强度等诸多综合性能的要求，发明人通过改善不饱和聚酯的组成单元引入萘环和多元醇，形成了支化网络，改善了不饱和聚酯的力学性能和耐磨性能，热致性液晶聚合物的加入对不饱和聚酯的固化起到促进作用，降低固化体系的活化能，提高材料的韧性、抗冲击性能和耐磨性能，马来酸酐改性二硫化钼和聚四氟乙烯作为耐磨填料加入，可在摩擦过程中材料表面形成稳定、均匀的转移膜减少表面磨损，提高材料的耐磨性能，本发明所制备的聚酯基耐磨材料制作的水润滑轴承满足实际工程应用要求，表现为具有较低的摩擦系数、优良的耐磨性、力学性能和尺寸稳定性，应用前景广泛。
附图说明
图1为实施例1所制备聚酯基耐磨材料磨损后表面扫描电镜图；
图2为对比例1所制备聚酯基耐磨材料磨损后表面扫描电镜图；
图3为对比例2所制备聚酯基耐磨材料磨损后表面扫描电镜图。
具体实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
一种聚酯基耐磨材料，包括PET纤维预制体和聚酯复合材料，聚酯复合材料分布于PET纤维预制体的表面和内部；
将密度为260g/m2的PET纤维无纺布交替铺覆针刺制成PET纤维预制体，采用针刺深度12mm、针刺密度22针/cm2，预制体密度达到0.68g/cm3；
以重量份数计，聚酯复合材料包括以下组成成分：
不饱和聚酯60份、热致性液晶聚合物(Xydar美国苏威)15份、马来酸酐改性二硫化钼3份、聚四氟乙烯3份、氢氧化铝10份、氧化锌20份、碳酸钙10份、硫酸钡10份、硬脂酸锌2份、辛酸钴2份、过氧化甲乙酮0.5份。
其中，不饱和聚酯的制备方法如下：
将365g山梨醇、498g对苯二甲酸、216g 2,6-萘二羧酸、0.5g二丁基氧化锡搅拌混合均匀，升温至210℃反应5h，开始蒸水，当分馏出的水的质量为理论值的90％时，降温至160℃，通入氮气保护，加入232g顺丁烯二酸和1.2g对苯二酚，升温至220℃继续反应2h后开始蒸水，当无水蒸出时降温至110℃加入适量苯乙烯稀释至合适浓度，搅拌均匀后恢复室温。
马来酸酐改性二硫化钼的制备方法如下：
将50g二硫化钼粉体加入200mL无水乙醇中，超声分散30-50min后得到分散液，将150mL 10wt％马来酸酐水溶液，缓慢加入到分散液中，升温至回流搅拌反应2-4h后，冷却至室温，抽滤，所得固体用乙醇洗涤后，80℃真空干燥并粉碎；
上述聚酯基耐磨材料的制备方法如下：
将不饱和聚酯、热致性液晶聚合物、马来酸酐改性二硫化钼、聚四氟乙烯、氢氧化铝、氧化锌、碳酸钙、硫酸钡、硬脂酸锌、辛酸钴、过氧化甲乙酮搅拌混合均匀得到浸渍液，再使用浸渍液对高分子纤维预制体进行浸渍处理，浸渍处理时先负压浸渍30min再常压浸渍30min反复5次后，取出100℃、12MPa下热压10min，最后于120℃加热固化18h即可。
实施例2：
一种聚酯基耐磨材料，包括PET纤维预制体和聚酯复合材料，聚酯复合材料分布于PET纤维预制体的表面和内部；
将密度为260g/m2的PET纤维无纺布交替铺覆针刺制成PET纤维预制体，采用针刺深度12mm、针刺密度22针/cm2，预制体密度达到0.68g/cm3；
以重量份数计，聚酯复合材料包括以下组成成分：
不饱和聚酯60份、热致性液晶聚合物(Xydar美国苏威)20份、马来酸酐改性二硫化钼3份、聚四氟乙烯3份、氢氧化铝10份、氧化锌20份、碳酸钙10份、硫酸钡10份、硬脂酸锌2份、辛酸钴2份、过氧化甲乙酮1份。
其中，不饱和聚酯的制备方法如下：
将365g山梨醇、498g对苯二甲酸、216g 2,6-萘二羧酸、0.5g二丁基氧化锡搅拌混合均匀，升温至210℃反应6h，开始蒸水，当分馏出的水的质量为理论值的90％时，降温至160℃，通入氮气保护，加入232g顺丁烯二酸和1.2g对苯二酚，升温至230℃继续反应3h后开始蒸水，当无水蒸出时降温至110℃加入适量苯乙烯稀释至合适浓度，搅拌均匀后恢复室温。
马来酸酐改性二硫化钼的制备方法同实施例1。
上述聚酯基耐磨材料的制备方法如下：
将不饱和聚酯、热致性液晶聚合物、马来酸酐改性二硫化钼、聚四氟乙烯、氢氧化铝、氧化锌、碳酸钙、硫酸钡、硬脂酸锌、辛酸钴、过氧化甲乙酮搅拌混合均匀得到浸渍液，再使用浸渍液对高分子纤维预制体进行浸渍处理，浸渍处理时先负压浸渍40min再常压浸渍40min反复5次后，取出100℃、15MPa下热压10min，最后于150℃加热固化24h即可。
实施例3：
一种聚酯基耐磨材料，包括PET纤维预制体和聚酯复合材料，聚酯复合材料分布于PET纤维预制体的表面和内部；
将密度为260g/m2的PET纤维无纺布交替铺覆针刺制成PET纤维预制体，采用针刺深度12mm、针刺密度22针/cm2，预制体密度达到0.68g/cm3；
以重量份数计，聚酯复合材料包括以下组成成分：
不饱和聚酯50份、热致性液晶聚合物(Xydar美国苏威)10份、马来酸酐改性二硫化钼3份、聚四氟乙烯3份、氢氧化铝10份、氧化锌20份、碳酸钙10份、硫酸钡5份、硬脂酸锌2份、辛酸钴2份、过氧化甲乙酮0.1份。
其中，不饱和聚酯的制备方法如下：
将365g山梨醇、498g对苯二甲酸、216g 2,6-萘二羧酸、0.5g二丁基氧化锡搅拌混合均匀，升温至200℃反应4h，开始蒸水，当分馏出的水的质量为理论值的80％时，降温至150℃，通入氮气保护，加入232g顺丁烯二酸和1.2g对苯二酚，升温至220℃继续反应2h后开始蒸水，当无水蒸出时降温至100℃加入适量苯乙烯稀释至合适浓度，搅拌均匀后恢复室温。
马来酸酐改性二硫化钼的制备方法同实施例1。
上述聚酯基耐磨材料的制备方法如下：
将不饱和聚酯、热致性液晶聚合物、马来酸酐改性二硫化钼、聚四氟乙烯、氢氧化铝、氧化锌、碳酸钙、硫酸钡、硬脂酸锌、辛酸钴、过氧化甲乙酮搅拌混合均匀得到浸渍液，再使用浸渍液对高分子纤维预制体进行浸渍处理，浸渍处理时先负压浸渍20min再常压浸渍20min反复5次后，取出80℃、10MPa下热压5min，最后于60℃加热固化8h即可。
实施例4：
与实施例1基本相同，区别在于，将山梨醇替换为甘油。
实施例5：
与实施例1基本相同，区别在于，将山梨醇替换为季戊四醇。
实施例6：
与实施例1基本相同，区别在于，将山梨醇替换为甘露糖醇。
对比例1：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入热致性液晶聚合物。
对比例2：
与实施例1基本相同，区别在于，将自制的不饱和聚酯替换为市售不饱和聚酯(SMCBMC，温州金通)。
对比例3：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入聚四氟乙烯。
对比例4：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入马来酸酐改性二硫化钼。
对比例5：
与实施例1基本相同，区别在于，二硫化钼不经过马来酸酐改性处理。
性能测试：
将本发明实施例1-6及对比例1-5所制备的聚酯基耐磨材料作为试样；
采用标准环块试样：外径50mm、内径40mm、厚度8mm，对应的摩擦副材料为锡青铜ZQSn10Zn2，测试在万能磨损试验机上进行；
性能测试包括干摩擦试验、磨损试验和水润滑摩擦试验、磨损试验，干摩摩擦系数是指在没有润滑介质条件下所测得的摩擦系数，水润滑摩擦系数是指在以水为润滑介质条件下所测得的摩擦系数，摩擦试验条件：采用GB/T3960-2016，加载力196N，加载速率200r/min，体积磨损率按V＝(m1-m2)/ρ计算，磨损试验条件：采用GB/T 3960-2016，加载力196N，加载速率200r/min，其中m1为实验前试样质量，m2为实验后试样质量，ρ为试样密度。
测试结果如下表1所示：
表1：
Figure BDA0003850179760000081
由上表1可知，本发明所制备的聚酯基耐磨材料在干摩和湿磨工况下均具有较低的摩擦系数，而且体积磨损率小，适合用于制作水润滑艉轴承。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种聚酯基耐磨材料，其特征在于，包括高分子纤维预制体和聚酯复合材料，所述聚酯复合材料分布于所述高分子纤维预制体的表面和内部；
以重量份数计，所述聚酯复合材料包括以下组成成分：
不饱和聚酯50-60份、热致性液晶聚合物10-20份、填料40-50份、助剂0.1-5份；
所述高分子纤维预制体为聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚(对苯二甲酸丁二醇-共-己二酸丁二醇)酯、聚(对苯二甲酸丁二醇-共-丁二酸丁二醇)酯、聚丁二酸己二酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯中的任意一种或多种复合而成；
所述不饱和聚酯的制备原料包括脂肪族饱和多元醇、对苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、脂肪族不饱和二元酸；
所述不饱和聚酯的制备方法如下：
将脂肪族饱和多元醇、对苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、二丁基氧化锡搅拌混合均匀，升温至200-210℃反应4-6h，开始蒸水，当分馏出的水的质量为理论值的80-90％时，降温至150-160℃，通入氮气保护，加入脂肪族不饱和二元酸和对苯二酚，升温至220-230℃继续反应2-3h后开始蒸水，当无水蒸出时降温至100-110℃加入苯乙烯稀释，搅拌均匀后恢复室温；
所述填料包括耐磨填料和补强填料；
所述耐磨填料为马来酸酐改性二硫化钼和聚四氟乙烯；
所述马来酸酐改性二硫化钼的制备方法如下：
将二硫化钼粉体加入无水乙醇中，超声分散后得到分散液，将马来酸酐水溶液，缓慢加入到分散液中，升温至回流搅拌反应2-4h后，冷却至室温，抽滤，所得固体用乙醇洗涤后，真空干燥并粉碎；
所述补强填料为氢氧化铝、氧化锌、碳酸钙和硫酸钡；
所述耐磨填料的用量为所述不饱和聚酯质量的0.5-10％。
2.如权利要求1所述的聚酯基耐磨材料，其特征在于，所述脂肪族饱和多元醇为甘油、季戊四醇、山梨醇、甘露糖醇中的任意一种。
3.如权利要求1所述的聚酯基耐磨材料，其特征在于，所述脂肪族不饱和二元酸为顺丁烯二酸或反丁烯二酸。
4.如权利要求1所述的聚酯基耐磨材料，其特征在于，所述助剂为硬脂酸锌、辛酸钴、过氧化甲乙酮。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述的聚酯基耐磨材料的制备方法，其特征在于，将不饱和聚酯、热致性液晶聚合物、填料、助剂搅拌混合均匀得到浸渍液，再使用浸渍液对高分子纤维预制体进行充分浸渍后，80-100℃、10-15MPa下热压5-10min，最后于60-150℃加热固化8-24h即可。
6.一种水润滑轴承，其特征在于，包括如权利要求1-4中任一项所述的聚酯基耐磨材料。
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