專利名稱：耐磨自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明敘述了一種具有良好機(jī)械性和耐磨性能的尼龍基自潤(rùn)滑復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)在機(jī)械、電子、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，各種類型的滑動(dòng)部件，如軸承、導(dǎo)軌、滑板、活塞環(huán)等的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛。自潤(rùn)滑聚合物基復(fù)合材料制成的滑動(dòng)部件由于其密度小、重量輕、具有優(yōu)異的耐化學(xué)品性和良好的尺寸穩(wěn)定性并且成本低，在機(jī)械部件中占有很重要的地位。自潤(rùn)滑聚合物復(fù)合材料是具有較小摩擦系數(shù)并具有較強(qiáng)耐磨性的新型復(fù)合材料，可以減輕部件本身及對(duì)偶面的磨損，延長(zhǎng)使用壽命?？墒窃谠S多苛刻環(huán)境(如高負(fù)荷、高速度等)中，聚合物基復(fù)合材料的使用具有一定局限性。所以新型自潤(rùn)滑復(fù)合材料的研制已經(jīng)是工業(yè)發(fā)展的迫切需求。
尼龍是常用于結(jié)構(gòu)部件的工程塑料之一，例如齒輪、凸輪和軸承等傳動(dòng)部件和摩擦零件。近年來(lái)隨著新品種的出現(xiàn)，從而使其更具有廣闊的發(fā)展前景。Yanaguchi H(Wear，110，1986)等人研究發(fā)現(xiàn)，尼龍與鋼、玻璃等進(jìn)行干摩擦?xí)r具有較高的摩擦系數(shù)。為改善尼龍的摩擦學(xué)性能，Bahdur S等人(Wear，1992，154；Wear，1992，155)圍繞著纖維增強(qiáng)或固體潤(rùn)滑劑填充復(fù)合材料進(jìn)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復(fù)合材料的物理機(jī)械性能。Palabiyik等人(Wear，2000，246)研究發(fā)現(xiàn)，聚烯烴改性尼龍的摩擦學(xué)性能相比純尼龍有明顯提高，而且并不會(huì)影響材料的物理機(jī)械性能。
美國(guó)專利4012478報(bào)道，申請(qǐng)人日本Oiles公司利用特殊方法，制備出體積因子為2～5的尼龍混合粉，與2-12wt％的液體潤(rùn)滑劑混合，經(jīng)螺桿擠出或注射，形成具有良好抗摩性能的自潤(rùn)滑材料，用于滑動(dòng)軸承等領(lǐng)域；美國(guó)專利5416154發(fā)明了一種滑動(dòng)軸承材料，用一定比例的半芳香尼龍和玻璃纖維、石墨、聚四氟乙烯、和硅油進(jìn)行混合成型，制備出具有良好自潤(rùn)滑性能的尼龍滑動(dòng)軸承；美國(guó)專利6303691B1對(duì)于聚酰胺進(jìn)行共混改性，以提高材料抗沖擊性能，改性劑主要是四至七個(gè)碳原子的氯化烷基化合物和聚烯烴的共混物；中國(guó)專利CN1043776發(fā)明了一種自潤(rùn)滑軸承材料，通過(guò)在尼龍基體中加入高純石墨及適量的二硫化鉬、二硫化鎢、碳纖維，經(jīng)混煉、成型、浸油、軟處理等過(guò)程，制得具有良好潤(rùn)滑性、耐熱性、耐磨性及機(jī)械性能的潤(rùn)滑材料。以上專利報(bào)道的自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料，并未利用化學(xué)改性的方法提高材料的摩擦學(xué)性能，只是通過(guò)纖維增強(qiáng)及潤(rùn)滑劑填充來(lái)降低材料磨損，提高抗摩性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)異自潤(rùn)滑性和耐磨性的機(jī)械滑動(dòng)部件，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性，并提供制備該材料的制備方法。
一種耐磨自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料，它的重量百分含量組成為石墨5％～20％、聚四氟乙烯10～25％、纖維增強(qiáng)劑5％～25％、馬來(lái)酸酐接枝的聚烯烴2～15％、聚合加工助劑0.1～3％、尼龍66為余量。
固體潤(rùn)滑劑我們采用石墨和聚四氟乙烯。石墨由于特殊的層狀分子結(jié)構(gòu)，所以具有良好的耐熱性和自潤(rùn)滑性，較低的摩擦系數(shù)，并且和聚四氟乙烯可以形成一定的協(xié)同潤(rùn)滑效應(yīng)。具有此類材料制造的滑動(dòng)部件，表現(xiàn)為起動(dòng)阻力小，從起動(dòng)到運(yùn)轉(zhuǎn)十分平穩(wěn)，并且還具有優(yōu)良的耐大氣老化性。此外，除潤(rùn)滑作用外，石墨能使聚酰胺樹脂體系產(chǎn)生微細(xì)的均相結(jié)晶。
纖維增強(qiáng)劑選自玻璃纖維、碳纖維或者芳香族聚酰胺纖維。它的作用是可以提高材料的物理機(jī)械性能，如拉伸性能以及材料的承載能力。
馬來(lái)酸酐接枝的聚烯烴選自馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MAH-g-HDPE)、馬來(lái)酸酐接枝三元乙丙共聚物(MAH-g-EPDM)或者馬來(lái)酸酐接技聚丙烯(MAH-g-PP)。它的作用是可以提高材料的抗沖擊性能，改善聚酰胺樹脂的低溫脆性。另外還能提高聚酰胺樹脂和固體填料的分散均勻性，是有效的反應(yīng)偶聯(lián)劑。
聚合物加工助劑選自抗氧劑1076、1010、復(fù)合抗氧劑PKB-215、PKB-225的其中之一。其作用主要是在材料制備過(guò)程中為防止其降解老化而加入的受阻酚類抗氧劑，能捕捉熱老化過(guò)程中生成的含氧自由基和碳自由基，從而中止或減緩熱氧老化生成物。
本發(fā)明采用的固體原料粒度均為100～200目以上。
自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料的制備方法是將重量百分含量組成為石墨5％～20％、聚四氟乙烯10～25％、纖維增強(qiáng)劑5％～25％、馬來(lái)酸酐接枝的聚烯烴2～15％、聚合加工助劑為0.1～3％、尼龍66為余量的物料加入到雙螺桿擠出機(jī)中，控制擠出溫度210～270℃，熔體加工扭矩15～60N·m；在切粒機(jī)中造粒，再成型。
本發(fā)明所制備的成型材料，潤(rùn)滑劑分散均勻，機(jī)械性能好，承受載荷能力大，具有表面光滑、無(wú)接縫、無(wú)皺紋等優(yōu)點(diǎn)，并且生產(chǎn)效率高，制造成本低等特點(diǎn)。
經(jīng)上述工藝制備的復(fù)合材料，其物理機(jī)械性能如下拉伸強(qiáng)度為150～210MPa，壓縮強(qiáng)度大于60MPa，熱變形溫度可達(dá)130℃以上，摩擦系數(shù)為0.15～0.25，體積磨損率為1.30～4.42×10-6mm3/N·m。(摩擦系數(shù)及體積磨損率是在MM-200型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，試驗(yàn)條件負(fù)荷200N，速度為0.42m/s，干摩擦，大氣環(huán)境)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1稱取重量百分含量組成的尼龍66為45.8％、石墨5％、聚四氟乙烯15％、碳纖維含量25％、馬來(lái)酸酐接枝的聚乙烯含量8％、抗氧劑1.2％，將上述物料經(jīng)機(jī)械混合器混合，加入到雙螺桿擠出機(jī)的喂料器中，控制擠出溫度210～270℃，熔體加工扭矩15～60N·m；在切粒機(jī)中造粒、再成型。材料的拉伸強(qiáng)度為183MPa，壓縮強(qiáng)度為75MPa，摩擦系數(shù)為0.23，體積磨損率為3.59×10-6mm3/N·m。
實(shí)施例2制備方法同實(shí)施例1，具體重量百分含量組成為尼龍66為44.5％、石墨含量為12％、聚四氟乙烯18％、玻璃纖維含量為15％、馬來(lái)酸酐接枝的乙丙共聚物含量為10％、抗氧劑為0.5％。材料的拉伸強(qiáng)度為162MPa，壓縮強(qiáng)度為69MPa，摩擦系數(shù)為0.19，體積磨損率為2.66×10-6mm3/N·m。
實(shí)施例3制備方法同實(shí)施例1，具體重量百分含量組成為尼龍66為49.5％、石墨含量為15％、聚四氟乙烯10％、玻璃纖維含量為10％、芳綸纖維含量為5％、馬來(lái)酸酐接枝的乙丙共聚物含量為10％、抗氧劑為0.5％。材料的拉伸強(qiáng)度為179MPa，壓縮強(qiáng)度為84MPa，摩擦系數(shù)為0.16，體積磨損率為2.62×10-6mm3/N·m。
實(shí)施例4制備方法同實(shí)施例1，具體重量百分含量組成為尼龍66為54.5％、石墨含量為10％、聚四氟乙烯10％、碳纖維含量為20％、馬來(lái)酸酐接枝的乙丙共聚物含量為5％、抗氧劑為0.5％。材料的拉伸強(qiáng)度為156MPa，壓縮強(qiáng)度為62MPa，摩擦系數(shù)為0.21，體積磨損率為3.15×10-6mm3/N·m。
權(quán)利要求
1.一種耐磨自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料，它的重量百分含量組成為石墨5％～20％、聚四氟乙烯10～25％、纖維增強(qiáng)劑5％～25％、馬來(lái)酸酐接枝的聚烯烴2～15％、聚合加工助劑0.1～3％、尼龍66為余量。
2.如權(quán)利要求1所說(shuō)的材料，其特征在于纖維增強(qiáng)劑選自玻璃纖維、碳纖維或者芳香族聚酰胺纖維。
3.如權(quán)利要求1所說(shuō)的材料，其特征在于馬來(lái)酸酐接枝的聚烯烴選自馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯、馬來(lái)酸酐接枝三元乙丙共聚物或者馬來(lái)酸酐接技聚丙烯。
4.如權(quán)利要求1所說(shuō)的材料，其特征在于聚合物加工助劑選自抗氧劑1076、1010、復(fù)合抗氧劑PKB-215、PKB-225的其中之一。
5.如權(quán)利要求1所說(shuō)材料的制備方法，其特征在于該方法是將重量百分含量組成為石墨5％～20％、聚四氟乙烯10～25％、纖維增強(qiáng)劑5％～25％、馬來(lái)酸酐接枝的聚烯烴2～15％、聚合加工助劑0.1～3％、尼龍66為余量的物料加入到雙螺桿擠出機(jī)中，控制擠出溫度210～270℃，熔體加工扭矩15～60N·m；在切粒機(jī)中造粒，再成型。
全文摘要
本發(fā)明敘述了一種耐磨自潤(rùn)滑尼龍復(fù)合材料及其制備方法。該材料由石墨、聚四氟乙烯、纖維增強(qiáng)劑、馬來(lái)酸酐接枝的聚烯烴、聚合加工助劑以及尼龍66組成。制備的成型材料具有潤(rùn)滑劑分散均勻，機(jī)械性能好，承受載荷能力大，具有表面光滑、無(wú)接縫、無(wú)皺紋等優(yōu)點(diǎn)，并且生產(chǎn)效率高，制造成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C08L27/18GK1590455SQ03157659
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2003年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月5日
發(fā)明者王宏剛, 簡(jiǎn)令奇, 楊生榮, 張國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所