CN115873397B - 一种基于三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将石墨烯材料、二硫化钼和二硫化钨按照一定比例进行搅拌共混得到一次混合物;将所述一次混合物与预热后的聚氨酯预聚物在70‑75℃温度下进行搅拌共混得到二次混合物,并进行真空除泡处理;再将所述二次混合物中与丁二醇进行搅拌共混,并进行真空除泡处理,最后浇筑成型并熟化处理得到摩擦材料;其中,所述石墨烯材料、二硫化钼、二硫化钨、丁二醇和聚氨酯预聚物的质量比为:(0.19‑0.22):(0.04‑0.36):(0.04‑0.36):(13.0‑13.4):(99‑101)。本发明中基于SWNTs/MoS2/WS2的聚氨酯基摩擦材料,通过三相复合体系的协同作用,使聚氨酯基摩擦复合材料从低载荷过渡到高载荷都具有较好的摩擦磨损性能,制备方法简单,成本低,稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种摩擦材料的制备方法,更具体地,涉及一种基于三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料及其制备方法。
背景技术
近年来,在轴承摩擦领域聚氨酯材料以其优异的力学及耐磨性能被广泛研究,同时为满足特定力学强度要求,石墨烯材料常被添加进去,以增强复合材料的力学强度,碳纳米管作为一种主要由SP2分子杂化轨道的碳原子呈六边形排列构成的数层到十层的同轴圆管纳米材料(径向尺寸为纳米级,轴向尺寸为微米级,结构如图所示),具有重量轻、力学性能好、热传递效率高以及一定程度的自润滑特点,被广泛应用热学传感、力学增强及摩擦领域;但是,添加至聚氨酯材料中的碳纳米管容易发生缠绕团聚现象,很大程度制约了其在摩擦领域的应用。另外要降低其摩擦作用,还要克服当摩擦温度急剧上升时或载荷极具增大时,避免添加的耐磨物质体积会随温度激剧而膨胀,反而起到增摩作用。
因此需要进一步对聚氨酯基材料中的填充物质进行改良以增强其耐磨性能。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求,本发明提供了一种基于三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料及其制备方法,其目的在于提供一种三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料,实现从低载荷过渡到高载荷都具有较好的摩擦性能,能够显著降低材料的摩擦系数,减少摩擦磨损量。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种基于三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料的制备方法,包括如下步骤:
将石墨烯材料、二硫化钼和二硫化钨按照一定比例进行搅拌共混得到一次混合物;将所述一次混合物与预热后的聚氨酯预聚物在70-75℃温度下进行搅拌共混得到二次混合物,并进行真空除泡处理;再将所述二次混合物与丁二醇进行搅拌共混,并进行真空除泡处理,最后浇筑成型并熟化处理得到摩擦材料;其中,所述石墨烯材料、二硫化钼、二硫化钨、丁二醇和聚氨酯预聚物的质量比为:(0.19-0.22):(0.04-0.36):(0.04-0.36):(13.0-13.4):(99-101)。
优选的,所述丁二醇预先在40-45℃温度下预热后再与所述二次混合物混合。
优选的,所述熟化处理为100-102℃熟化处理22-24h。
优选的,包括如下步骤:所述聚氨酯预聚物为聚醚MDI型聚氨酯预聚物优选的,所述石墨烯材料为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的任一种。
按照本发明的另一个方面,还提供了一种基于三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料,该摩擦材料由质量比为:(0.19-0.22):(0.04-0.36):(0.04-0.36):(13.0-13.4):(99-101)的石墨烯材料、二硫化钼、二硫化钨、丁二醇和聚氨酯预聚物制备而成。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
(1)本发明提供的一种基三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料及其制备方法,以聚氨酯材料为基体,将石墨烯/MoS2/WS2三相复合体系协同添加至聚氨酯基材料中,其中MoS2在低温由于其层状分子间相对较低的耦合作用使其容易在摩擦剪切力作用下分离成单层材料,实现在低载荷的情况下起到减摩作用,而WS2具有比MoS2更好的润滑效果,摩擦系数更低,能实现在高载荷下的摩擦磨损性能提升。因此三相复合体系的协同作用可弥补各材料成分性能优缺点,使聚氨酯基摩擦复合材料从低载荷过渡到高载荷都具有较好的摩擦磨损性能,摩擦过程中积聚的热量一定程度上可通过石墨烯具备优异的热传导效应散出,保证了聚氨酯基摩擦复合材料性能的稳定性。
(2)本发明提供的一种基于三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料及其制备方法,其制备工艺方法简单,所制得的摩擦材料具有成本低,稳定性好,耐磨,寿命长等优点,相比传统的聚氨酯材料具有更加优异的力学性能和耐磨性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种基于三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料的制备方法,包括如下步骤:
将石墨烯材料、二硫化钼(MoS2)和二硫化钨(WS2)按照一定比例进行搅拌共混得到一次混合物;将所述一次混合物与预热后的聚氨酯预聚物在70-75℃温度下进行搅拌共混得到二次混合物,并进行真空除泡处理;再将所述二次混合物中与丁二醇进行搅拌共混,并进行真空除泡处理,最后浇筑成型并熟化处理得到摩擦材料;其中,所述石墨烯材料、二硫化钼、二硫化钨、丁二醇和聚氨酯预聚物的质量比为:(0.19-0.22):(0.04-0.36):(0.04-0.36):(13.0-13.4):(99-101)。
在本发明提供的三相复合体系摩擦材料中,以聚氨酯材料为基体,将石墨烯材料、二硫化钼(MoS2)和二硫化钨(WS2)三相复合体系协同添加进去,其中MoS2在低温由于其层状分子间相对较低的耦合作用使其容易在摩擦剪切力作用下分离成单层材料,从而起到减摩作用,但若摩擦温度急剧上升时或载荷极具增大时,基体中存在的MoO3共聚物的体积会随温度激剧而膨胀,此时反而起到增摩作用,因此适用于低载荷的情况下的减摩作用,而WS2也具有类似于石墨一样的润滑性能,润滑效果比MoS2更好,摩擦系数低至0.03,相比而言适用于高载荷下的摩擦磨损性能提升。因此SWNTs/MoS2/WS2三相复合体系的协同作用可弥补各材料成分性能优缺点,使聚氨酯基摩擦复合材料从低载荷过渡到高载荷都具有较好的摩擦磨损性能,能够显著降低材料的摩擦系数,减少摩擦磨损量。摩擦过程中积聚的热量一定程度上可通过石墨烯材料具备优异的热传导效应散出,保证了聚氨酯基摩擦复合材料性能的稳定性。
下面通过具体的实施例对本发明的一种基于三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料的制备方法进行详细说明。
实施例1:
将100质量份聚氨酯预聚物,放入75℃环境下预热;13.2质量份的丁二醇放入45℃环境下预热;将0.19质量份单壁碳纳米管、0.2质量份二硫化钼、0.2质量份二硫化钨在高速搅拌器中共混搅拌3min,冷却后将混合物放入超声振荡器中共混震荡6h;然后再与预热后的聚氨酯预聚物在75℃条件下共混搅拌3min,并进行真空除泡处理,静止3h后,再剪切搅拌4min,再次真空除泡处理。
随后将预热后的丁二醇与上述混合物混合,剪切搅拌45s并真空75s除泡处理,随后立即浇注成型并100℃熟化24h处理。最后室温冷却放置一周后进行干湿态下的摩擦磨损试验。
实施例2:
将101质量份聚氨酯预聚物,放入75℃环境下预热;13.0质量份的丁二醇放入45℃环境下预热;将0.2质量份单壁碳纳米管、0.1质量份二硫化钼、0.3质量份二硫化钨在高速搅拌器中共混搅拌3min,冷却后将混合物放入超声振荡器中共混震荡5h;然后再与预热后的聚氨酯预聚物在72℃条件下共混搅拌2min,并进行真空除泡处理,静止2h后,再剪切搅拌5min,再次真空除泡处理。
随后将预热后的丁二醇与上述混合物混合,剪切搅拌42s并真空70s除泡处理,随后立即浇注成型并102℃熟化22h处理。最后室温冷却放置一周后进行干湿态下的摩擦磨损试验。
实施例3:
将100质量份聚氨酯预聚物,放入77℃环境下预热;13.2质量份的丁二醇放入45℃环境下预热;将0.19质量份单壁碳纳米管、0.3质量份二硫化钼、0.1质量份二硫化钨在高速搅拌器中共混搅拌0.5min,冷却后将混合物放入超声振荡器中共混震荡5.5h;然后再与预热后的聚氨酯预聚物在76℃条件下共混搅拌2.5min,并进行真空除泡处理,静止2.5h后,再剪切搅拌4min,再次真空除泡处理。
随后将预热后的丁二醇与上述混合物混合,剪切搅拌48s并真空65s除泡处理,随后立即浇注成型并100℃熟化24h处理。最后室温冷却放置一周后进行干湿态下的摩擦磨损试验。
实施例4:
将99质量份聚氨酯预聚物,放入75℃环境下预热;13.4质量份的丁二醇放入45℃环境下预热;将0.2质量份单壁碳纳米管、0.04质量份二硫化钼、0.36质量份二硫化钨在高速搅拌器中共混搅拌0.5min,冷却后将混合物放入超声振荡器中共混震荡5.5h;然后再与预热后的聚氨酯预聚物在75℃条件下共混搅拌2.5min,并进行真空除泡处理,静止2.5h后,再剪切搅拌4min,再次真空除泡处理。
随后将预热后的丁二醇与上述混合物混合,剪切搅拌43s并真空70s除泡处理,随后立即浇注成型并100℃熟化24h处理。最后室温冷却放置一周后进行干湿态下的摩擦磨损试验。
实施例5:
将100质量份聚氨酯预聚物,放入77℃环境下预热;13.2质量份的丁二醇放入45℃环境下预热;将0.22质量份单壁碳纳米管、0.36质量份二硫化钼、0.04质量份二硫化钨在高速搅拌器中共混搅拌0.5min,冷却后将混合物放入超声振荡器中共混震荡5.5h;然后再与预热后的聚氨酯预聚物在76℃条件下共混搅拌2.5min,并进行真空除泡处理,静止2.5h后,再剪切搅拌4min,再次真空除泡处理。
随后将预热后的丁二醇与上述混合物混合,剪切搅拌48s并真空65s除泡处理,随后立即浇注成型并100℃熟化24h处理。最后室温冷却放置一周后进行干湿态下的摩擦磨损试验。
对照例1:将100质量份聚氨酯预聚物放入75℃环境下预热;13.2质量份的丁二醇放入45℃环境下预热,将预热后的聚氨酯预聚物和丁二醇混合,剪切搅拌42s并真空70s除泡处理,随后立即浇注成型并102℃熟化22h处理。最后室温冷却放置一周后进行干湿态下的摩擦磨损试验。
对照例2:将100质量份聚氨酯预聚物,放入75℃环境下预热;13.2质量份的丁二醇放入45℃环境下预热;将0.6质量份单壁碳纳米管与预热后的聚氨酯预聚物在75℃条件下共混搅拌3min,并进行真空除泡处理,静止3h后,再剪切搅拌4min,再次真空除泡处理。
随后将预热后的丁二醇与上述混合物混合,剪切搅拌45s并真空75s除泡处理,随后立即浇注成型并100℃熟化24h处理。最后室温冷却放置一周后进行干湿态下的摩擦磨损试验。
对照例3:将100质量份聚氨酯预聚物,放入75℃环境下预热;13.2质量份的丁二醇放入45℃环境下预热;将0.6质量份二硫化钼与预热后的聚氨酯预聚物在75℃条件下共混搅拌3min,并进行真空除泡处理,静止3h后,再剪切搅拌4min,再次真空除泡处理。
随后将预热后的丁二醇与上述混合物混合,剪切搅拌45s并真空75s除泡处理,随后立即浇注成型并100℃熟化24h处理。最后室温冷却放置一周后进行干湿态下的摩擦磨损试验。
对照例4:将100质量份聚氨酯预聚物,放入75℃环境下预热;13.2质量份的丁二醇放入45℃环境下预热;将0.6质量份二硫化钨与预热后的聚氨酯预聚物在75℃条件下共混搅拌3min,并进行真空除泡处理,静止3h后,再剪切搅拌4min,再次真空除泡处理。
随后将预热后的丁二醇与上述混合物混合,剪切搅拌45s并真空75s除泡处理,随后立即浇注成型并100℃熟化24h处理。最后室温冷却放置一周后进行干湿态下的摩擦磨损试验。
对照例5:将100质量份聚氨酯预聚物,放入75℃环境下预热;13.2质量份的丁二醇放入45℃环境下预热;将0.3质量份单壁碳纳米管、0.3质量份二硫化钼在高速搅拌器中共混搅拌3min,冷却后将混合物放入超声振荡器中共混震荡6h;然后再与预热后的聚氨酯预聚物在75℃条件下共混搅拌3min,并进行真空除泡处理,静止3h后,再剪切搅拌4min,再次真空除泡处理。
随后将预热后的丁二醇与上述混合物混合,剪切搅拌45s并真空75s除泡处理,随后立即浇注成型并100℃熟化24h处理。最后室温冷却放置一周后进行干湿态下的摩擦磨损试验。
对照例6:将100质量份聚氨酯预聚物,放入75℃环境下预热;13.2质量份的丁二醇放入45℃环境下预热;将0.3质量份单壁碳纳米管、0.3质量份二硫化钨在高速搅拌器中共混搅拌3min,冷却后将混合物放入超声振荡器中共混震荡6h;然后再与预热后的聚氨酯预聚物在75℃条件下共混搅拌3min,并进行真空除泡处理,静止3h后,再剪切搅拌4min,再次真空除泡处理。
随后将预热后的丁二醇与上述混合物混合,剪切搅拌45s并真空75s除泡处理,随后立即浇注成型并100℃熟化24h处理。最后室温冷却放置一周后进行干湿态下的摩擦磨损试验。
上述实施例与对照例设计的各组分的添加比例详细见表1所示:
表1三相复合体系摩擦试验的实施例与对照例设计
将实施例1-6及对照例中制备得到的聚氨酯基摩擦材料进行摩擦系数和磨损量的测试,采用山东恒旭摩擦试验机,湿态环境自来水,调整摩擦试验机的转速为500rpm(从100rpm依次上升到500rpm),稳定后摩擦30min,记录其摩擦系数,并计算摩擦前后的磨损质量变化率。具体测试结果如下:
表2干湿状态下试验块的摩擦系数随载荷增加的变化
表3干湿状态下试验块的磨损质量变化率随载荷增加的变化
从表2的数据可以看出实施例1、2、3、4、5与6组对照组的摩擦系数对比可见,随着摩擦载荷的不断增大,试样块在干态下的摩擦系数优势显著凸显,相比而言,湿态下的试样块随着的载荷的增加,一直保持良好的效果。
从表3的数据可以看出实施例1、2、3、4、5与6组对照组的磨损量对比可见,随着摩擦载荷的不断增大,试样块在干湿态下的磨损量优势显著凸显。
上述结果说明本发明基于三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料从低载荷过渡到高载荷都具有较好的摩擦性能,能够显著降低材料的摩擦系数,减少摩擦磨损量。
本领域的技术人员容易理解,以上所述者,仅为本公开的示例性实施例,不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰,皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后,将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的范围和精神由权利要求限定。仅为本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何工艺上的限制,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明实验工艺范围内,依据本发明的制备技术实质对以上实施例所作的任何非本质修改或等同变化,均仍属于本发明权利要求书的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的任一种、二硫化钼和二硫化钨按照一定比例进行搅拌共混得到一次混合物;将所述一次混合物与预热后的聚氨酯预聚物在70-75℃温度下进行搅拌共混得到二次混合物,并进行真空除泡处理;再将所述二次混合物与丁二醇进行搅拌共混,并进行真空除泡处理,最后浇铸成型并熟化处理得到摩擦材料;其中,所述碳纳米管材料、二硫化钼、二硫化钨、丁二醇和聚氨酯预聚物的质量比为:(0.19-0.22):(0.04-0.36):(0.04-0.36):(13.0-13.4):(99-101)。
2.根据权利要求1所述的一种基于三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料的制备方法,其特征在于,所述丁二醇预先在40-45℃温度下预热后再与所述二次混合物混合。
3.根据权利要求1所述的一种基于三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料的制备方法,其特征在于,所述熟化处理为100-102℃熟化处理22-24h。
4.根据权利要求1所述的一种基于三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料的制备方法,其特征在于,所述聚氨酯预聚物为聚醚MDI型聚氨酯预聚物。
5.一种基于三相复合体系的聚氨酯基摩擦材料,其特征在于,采用如权利要求1~权利要求4所述的任一项方法制备得到。
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Citations (6)
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2022
- 2022-10-10 CN CN202211235483.4A patent/CN115873397B/zh active Active
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Title |
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无机纳米材料改性聚氨酯的制备及性能研究;郭明杰;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》;20200115(第1期);B016-369 * |
Also Published As
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CN115873397A (zh) | 2023-03-31 |
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