CN1590455A

CN1590455A - 耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN1590455A
Application number: CN 03157659
Authority: CN
Inventors: 王宏刚; 简令奇; 杨生荣; 张国强
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2005-03-09

Abstract

本发明叙述了一种耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法。该材料由石墨、聚四氟乙烯、纤维增强剂、马来酸酐接枝的聚烯烃、聚合加工助剂以及尼龙66组成。制备的成型材料具有润滑剂分散均匀，机械性能好，承受载荷能力大，具有表面光滑、无接缝、无皱纹等优点，并且生产效率高，制造成本低等特点。

Description

耐磨自润滑尼龙复合材料及其制备方法

技术领域

本发明叙述了一种具有良好机械性和耐磨性能的尼龙基自润滑复合材料及其制备方法。

背景技术

随着现在机械、电子、医疗设备等领域的飞速发展，各种类型的滑动部件，如：轴承、导轨、滑板、活塞环等的应用已经越来越广泛。自润滑聚合物基复合材料制成的滑动部件由于其密度小、重量轻、具有优异的耐化学品性和良好的尺寸稳定性并且成本低，在机械部件中占有很重要的地位。自润滑聚合物复合材料是具有较小摩擦系数并具有较强耐磨性的新型复合材料，可以减轻部件本身及对偶面的磨损，延长使用寿命。可是在许多苛刻环境(如：高负荷、高速度等)中，聚合物基复合材料的使用具有一定局限性。所以新型自润滑复合材料的研制已经是工业发展的迫切需求。

尼龙是常用于结构部件的工程塑料之一，例如齿轮、凸轮和轴承等传动部件和摩擦零件。近年来随着新品种的出现，从而使其更具有广阔的发展前景。Yanaguchi H(Wear，110，1986)等人研究发现，尼龙与钢、玻璃等进行干摩擦时具有较高的摩擦系数。为改善尼龙的摩擦学性能，Bahdur S等人(Wear，1992，154；Wear，1992，155)围绕着纤维增强或固体润滑剂填充复合材料进行深入的研究，此外Kudva R.A、Thomas等人(Polymer，40，1999)利用聚合物共混改性提高了复合材料的物理机械性能。Palabiyik等人(Wear，2000，246)研究发现，聚烯烃改性尼龙的摩擦学性能相比纯尼龙有明显提高，而且并不会影响材料的物理机械性能。

美国专利4012478报道，申请人日本Oiles公司利用特殊方法，制备出体积因子为2～5的尼龙混合粉，与2-12wt％的液体润滑剂混合，经螺杆挤出或注射，形成具有良好抗摩性能的自润滑材料，用于滑动轴承等领域；美国专利5416154发明了一种滑动轴承材料，用一定比例的半芳香尼龙和玻璃纤维、石墨、聚四氟乙烯、和硅油进行混合成型，制备出具有良好自润滑性能的尼龙滑动轴承；美国专利6303691B1对于聚酰胺进行共混改性，以提高材料抗冲击性能，改性剂主要是四至七个碳原子的氯化烷基化合物和聚烯烃的共混物；中国专利CN1043776发明了一种自润滑轴承材料，通过在尼龙基体中加入高纯石墨及适量的二硫化钼、二硫化钨、碳纤维，经混炼、成型、浸油、软处理等过程，制得具有良好润滑性、耐热性、耐磨性及机械性能的润滑材料。以上专利报道的自润滑尼龙复合材料，并未利用化学改性的方法提高材料的摩擦学性能，只是通过纤维增强及润滑剂填充来降低材料磨损，提高抗摩性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有优异自润滑性和耐磨性的机械滑动部件，具有较高的机械强度、耐热性，并提供制备该材料的制备方法。

一种耐磨自润滑尼龙复合材料，它的重量百分含量组成为石墨5％～20％、聚四氟乙烯10～25％、纤维增强剂5％～25％、马来酸酐接枝的聚烯烃2～15％、聚合加工助剂0.1～3％、尼龙66为余量。

固体润滑剂我们采用石墨和聚四氟乙烯。石墨由于特殊的层状分子结构，所以具有良好的耐热性和自润滑性，较低的摩擦系数，并且和聚四氟乙烯可以形成一定的协同润滑效应。具有此类材料制造的滑动部件，表现为起动阻力小，从起动到运转十分平稳，并且还具有优良的耐大气老化性。此外，除润滑作用外，石墨能使聚酰胺树脂体系产生微细的均相结晶。

纤维增强剂选自玻璃纤维、碳纤维或者芳香族聚酰胺纤维。它的作用是可以提高材料的物理机械性能，如拉伸性能以及材料的承载能力。

马来酸酐接枝的聚烯烃选自马来酸酐接枝聚乙烯(MAH-g-HDPE)、马来酸酐接枝三元乙丙共聚物(MAH-g-EPDM)或者马来酸酐接技聚丙烯(MAH-g-PP)。它的作用是可以提高材料的抗冲击性能，改善聚酰胺树脂的低温脆性。另外还能提高聚酰胺树脂和固体填料的分散均匀性，是有效的反应偶联剂。

聚合物加工助剂选自抗氧剂1076、1010、复合抗氧剂PKB-215、PKB-225的其中之一。其作用主要是在材料制备过程中为防止其降解老化而加入的受阻酚类抗氧剂，能捕捉热老化过程中生成的含氧自由基和碳自由基，从而中止或减缓热氧老化生成物。

本发明采用的固体原料粒度均为100～200目以上。

自润滑尼龙复合材料的制备方法是将重量百分含量组成为石墨5％～20％、聚四氟乙烯10～25％、纤维增强剂5％～25％、马来酸酐接枝的聚烯烃2～15％、聚合加工助剂为0.1～3％、尼龙66为余量的物料加入到双螺杆挤出机中，控制挤出温度210～270℃，熔体加工扭矩15～60N·m；在切粒机中造粒，再成型。

本发明所制备的成型材料，润滑剂分散均匀，机械性能好，承受载荷能力大，具有表面光滑、无接缝、无皱纹等优点，并且生产效率高，制造成本低等特点。

经上述工艺制备的复合材料，其物理机械性能如下：拉伸强度为150～210MPa，压缩强度大于60MPa，热变形温度可达130℃以上，摩擦系数为0.15～0.25，体积磨损率为1.30～4.42×10^-6mm³/N·m。(摩擦系数及体积磨损率是在MM-200型摩擦磨损试验机上进行的，试验条件：负荷200N，速度为0.42m/s，干摩擦，大气环境)。

具体实施方式

实施例1：

称取重量百分含量组成的尼龙66为45.8％、石墨5％、聚四氟乙烯15％、碳纤维含量25％、马来酸酐接枝的聚乙烯含量8％、抗氧剂1.2％，将上述物料经机械混合器混合，加入到双螺杆挤出机的喂料器中，控制挤出温度210～270℃，熔体加工扭矩15～60N·m；在切粒机中造粒、再成型。材料的拉伸强度为183MPa，压缩强度为75MPa，摩擦系数为0.23，体积磨损率为3.59×10^-6mm³/N·m。

实施例2：

制备方法同实施例1，具体重量百分含量组成为：尼龙66为44.5％、石墨含量为12％、聚四氟乙烯18％、玻璃纤维含量为15％、马来酸酐接枝的乙丙共聚物含量为10％、抗氧剂为0.5％。材料的拉伸强度为162MPa，压缩强度为69MPa，摩擦系数为0.19，体积磨损率为2.66×10^-6mm³/N·m。

实施例3：

制备方法同实施例1，具体重量百分含量组成为：尼龙66为49.5％、石墨含量为15％、聚四氟乙烯10％、玻璃纤维含量为10％、芳纶纤维含量为5％、马来酸酐接枝的乙丙共聚物含量为10％、抗氧剂为0.5％。材料的拉伸强度为179MPa，压缩强度为84MPa，摩擦系数为0.16，体积磨损率为2.62×10^-6mm³/N·m。

实施例4：

制备方法同实施例1，具体重量百分含量组成为：尼龙66为54.5％、石墨含量为10％、聚四氟乙烯10％、碳纤维含量为20％、马来酸酐接枝的乙丙共聚物含量为5％、抗氧剂为0.5％。材料的拉伸强度为156MPa，压缩强度为62MPa，摩擦系数为0.21，体积磨损率为3.15×10^-6mm³/N·m。

Claims

1、一种耐磨自润滑尼龙复合材料，它的重量百分含量组成为石墨5％～20％、聚四氟乙烯10～25％、纤维增强剂5％～25％、马来酸酐接枝的聚烯烃2～15％、聚合加工助剂0.1～3％、尼龙66为余量。

2、如权利要求1所说的材料，其特征在于纤维增强剂选自玻璃纤维、碳纤维或者芳香族聚酰胺纤维。

3、如权利要求1所说的材料，其特征在于马来酸酐接枝的聚烯烃选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝三元乙丙共聚物或者马来酸酐接技聚丙烯。

4、如权利要求1所说的材料，其特征在于聚合物加工助剂选自抗氧剂1076、1010、复合抗氧剂PKB-215、PKB-225的其中之一。

5、如权利要求1所说材料的制备方法，其特征在于该方法是将重量百分含量组成为石墨5％～20％、聚四氟乙烯10～25％、纤维增强剂5％～25％、马来酸酐接枝的聚烯烃2～15％、聚合加工助剂0.1～3％、尼龙66为余量的物料加入到双螺杆挤出机中，控制挤出温度210～270℃，熔体加工扭矩15～60N·m；在切粒机中造粒，再成型。