CN1958671A - 聚合物基自润滑复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自润滑复合材料及其制备方法；尤其涉及一种聚合物基自润滑复合材料及其制备方法。将原料聚合物基体、固体润滑剂、增强纤维和填充剂干燥后，将除纤维外的材料按一定配比计量，经高速混合机中混合均匀，加入挤出机料筒，在所选聚合物基体适宜工艺下进行共混造粒，与此同时从挤出机纤维进料孔加入纤维长丝，并通过调整主机转速与喂料频率控制纤维含量，由此即可制得自润滑复合材料粒子。
Description
技术领域
本发明涉及一种自润滑复合材料及其制备方法；尤其涉及一种聚合物基自润滑复合材料及其制备方法。
背景技术
传统的耐磨材料均以金属为基体材料，所生产制件在高速运转状态下产生噪音大，能耗高，并且需添加润滑剂，易给环境及产品带来污染。因此近年来聚合物基自润滑复合材料受到了国内外的普遍关注，论文、专利层出不穷。中国专利CN1597771A、CN1183435A、CN1590455A、CN1425715A、CN1526756A、CN1417255A分别描述的以聚四氟乙烯、二硫化钼等价格相对较高的润滑改性剂制备聚甲醛、尼龙、聚烯烃、聚对苯二甲酸丁二醇酯等热塑性树脂基自润滑材料，所得材料摩擦系数仍在0.15以上，磨损大，使用寿命短，且使用过程中摩擦温升给材料基体的耐温性提出了较高要求。中国专利CN1186827A、CN1414037A、CN1847310A、CN1243136A分别选用聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚芳醚酮等耐高温树脂作基体制备自润滑材料，但其摩擦系数仍停留在0.10以上，而且材料成本过高；中国专利CN200510041149.5(申请号)报导制备的聚酰亚胺基自润滑复合材料摩擦系数降低至0.05，但由于其所选择树脂价格昂贵，每吨达100万元左右，因此此类材料适宜应用于普通树脂无法满足的高温环境。国内外普遍认同的聚四氟乙烯其自润滑材料，虽具体较低的摩擦系数和磨损率，但因其强度低，易产生蠕变，而且加工困难、成型方法单一，应用受到一定限制。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种低成本、低摩擦系数、高耐磨的树脂基自润滑复合材料；本发明的另一目的是提供上述复合材料的制备方法。可用于制备机械滑动部件，如轴承、轴套、密封环、密封垫片等。
本发明的技术方案为：一种聚合物基自润滑复合材料，其特征在于其原料组份及各组份占原料总量的质量百分含量分别为：
聚合物基体 60~95％
固体润滑剂 5~20％
增强纤维 0~20％
填充剂 0~10％。
其中所述的聚合物基体为聚酰胺、聚苯硫醚、聚碳酸脂或聚甲醛；固体润滑剂至少为高岭土、煅烧高岭土或滑石粉中的一种；增强材料至少为碳纤维、玻璃纤维中的一种；填充剂为石墨。
本发明所选用的聚合物基体为粉末或粒子；固体润滑剂粒径0.5~50μm；增强纤维直径5~20μm，为纤维粉长丝；填充剂粒径0.5~50μm。
本发明聚酰胺优选美国杜邦公司ZytelPA；聚苯硫醚优选四川得阳科技股份有限公司PPS-hb；聚碳酸酯优先美国GE公司LEXAN*resin；聚甲醛优选美国杜邦公司DelrinPOM。
本发明还提供了上述复合材料的制备方法，其步骤为：将原料干燥后，将除纤维外的材料按一定配比计量，经高速混合机中混合均匀，加入挤出机料筒，在所选聚合物基体适宜工艺下进行共混造粒，与此同时从挤出机纤维进料孔加入纤维长丝，并通过调整主机转速与喂料频率控制纤维含量，由此即可制得自润滑复合材料粒子。如复合材料组成中无纤维，则无需从挤出机纤维进料孔加入纤维。
其中聚合物基体造粒温度(螺杆温度)为150~320℃，主机转速为5~50Hz，喂料频率为5~40Hz。
本发明所选用挤出机为南京科亚TE-35型号同向双螺杆挤出机，优选挤出工艺参数见下表
表：不同聚合物基体复合材料挤出工艺参数
| 温度/℃ | 主机转速/Hz | 喂料频率/Hz | |
| 聚酰胺聚苯硫醚聚碳酸酯 | 220~320240~320240~310 | 5~505~505~50 | 5~305~305~30 |
| 聚甲醛 | 150~200 | 5~50 | 5~30 |
本发明优选注射成型机为台湾震德CJ80M3V型号注射成型机。采用注射成型的方法制得符合GB 3960-83的摩擦试验标准试样，并按此标准进行摩擦磨损性能测试，在试验过程中采用温度测试仪表检测试验表面温度变化。测试结果如下表：
表1复合材料基本性能
| 项目 | 单位 | 数据 |
| 摩擦系数体积磨损率试样表面平衡温度 | -×10-15m3/N.m℃ | 0.05~0.134.0~15.060~120 |
有益效果：
1、本发明所选用的固体润滑剂为片状无机矿物质填料，材料易得、价格低廉，有利于进行成本控制。
2、本发明所制得复合材料摩擦性能优异，使用过程中磨擦温升小(平衡温度在60~120℃)，扩大了聚合物基体的选择范围，可选择通用的、低成本聚合物作为复合材料基体。
3、本发明采用双螺杆挤出共混的方法制备材料粒子，生产成本低，所制备材料可选用注射方法一次成型制品。
具体实施方式
实施例1：
采用挤出共混的方法，将聚酰胺(PA66)1300g，滑石粉300g，石墨100g，加入双螺杆挤出机，同时从双螺杆纤维加入孔加入玻璃纤维300g，挤出共混制得复合材料粒子。复合材料按GB 3960-83，测试摩擦磨损性能，并用温度测试仪表检测试样表面温度变化。螺杆温度240~265℃，主机转速10~35HZ，喂料频率10~25HZ。
实施例2：
按实施例1的方法将聚苯硫醚1400g，煅烧高岭土300g，石墨60g，碳纤维240g制备复合材料粒子，并按实施例1的方法测试复合材料性能。螺杆温度270~310，转速20~40HZ，喂料频率10~30HZ。
实施例3：
按实施例1的方法将聚碳酸酯1400g，高岭土300g，石墨100，碳纤维200g制备复合材料粒子，并按实施例1的方法测试复合材料性能。螺杆温度260~300，转速10~40HZ，喂料频率10~30HZ。
实施例4：
按实施例1的方法将聚甲醛1200g，煅烧高岭土100g，滑石粉200g，石墨100g，玻璃纤维400g制备复合材料粒子，并按实施例1的方法测试复合材料性能。螺杆温度160~185，转速20~40HZ，喂料频率15~25HZ。
实施例5：
按实施例1的方法将聚酰胺(PA46)1800g，高岭土100g，石墨100g制备复合材料粒子，并按实施例1的方法测试复合材料性能。螺杆温度240~300，转速10~50HZ。
实施例6：
按实施例1的方法将聚苯硫醚1300，滑石粉300g，高岭土100g，玻璃纤维300g制备复合材料粒子，并按实施例1的方法测试复合材料性能。螺杆温度260~310，转速5~25HZ。
实施例7：
按实施例1的方法将聚碳酸酯1600g，高岭土200g，碳纤维200g制备复合材料粒子，并按实施例1的方法测试复合材料性能。螺杆温度260~300，转速15~40HZ，喂料频率10~20HZ。
实施例8：
按实施例1的方法将聚酰胺(PA66)1300g，滑石粉200g，石墨200g，碳纤维300g制备复合材料粒子，并按实施例1的方法测试复合材料性能。螺杆温度245~265，转速20~40HZ，喂料频率10~30HZ。
实施例9：
按实施例1的方法将聚碳酸酯1500g，高岭土100g，煅烧高岭土200g，滑石粉200g制备复合材料粒子，并按实施例1的方法测试复合材料性能。螺杆温度260~300，转速5~50HZ。
表2实施例制备材料性能一览表
| 实施例 | 摩擦系数 | 体积磨擦率×10-15m3/N.m | 试样表面平衡温度℃ |
| 123456789 | 0.110.050.060.060.130.120.080.050.10 | 9.05.54.86.512.012.06.56.011.5 | 987278731181058276105 |
Claims (9)
1、一种聚合物基自润滑复合材料，其特征在于其原料组份及各组份占原料总量的质量百分含量分别为：
聚合物基体 60~95％
固体润滑剂 5~20％
增强纤维 0~20％
填充剂 0~10％。
2、根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的聚合物基体为聚酰胺、聚苯硫醚、聚碳酸脂或聚甲醛。
3、根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于固体润滑剂至少为高岭土、煅烧高岭土或滑石粉中的一种。
4、根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于增强材料至少为碳纤维、玻璃纤维中的一种。
5、根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于填充剂为石墨。
6、根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于本发明所选用的聚合物基体为粉末或粒子；固体润滑剂粒径0.5~50μm；增强纤维直径5~20μm，为纤维粉长丝；填充剂粒径0.5~50μm。
7、一种如权利要求1所述的复合材料的制备方法，其步骤为：将原料干燥后，将除纤维外的材料按一定配比计量，经高速混合机中混合均匀，加入挤出机料筒，在所选聚合物基体加热进行共混造粒，与此同时从挤出机纤维进料孔加入纤维长丝，并通过调整主机转速与喂料频率控制纤维含量，由此即可制得自润滑复合材料粒子。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于聚合物基体造粒温度为150~320℃，主机转速为5~50Hz，喂料频率为5~40Hz。
9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于聚合物基体为聚酰胺时造粒温度为150~320℃，聚合物基体为聚苯硫醚时造粒温度为240~320℃，聚合物基体为聚碳酸酯造粒温度为240~310℃，聚合物基体为聚甲醛造粒温度为150~200℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20070509 |