專利名稱：聚合物基自潤滑復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自潤滑復(fù)合材料及其制備方法；尤其涉及一種聚合物基自潤滑復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的耐磨材料均以金屬為基體材料，所生產(chǎn)制件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下產(chǎn)生噪音大，能耗高，并且需添加潤滑劑，易給環(huán)境及產(chǎn)品帶來污染。因此近年來聚合物基自潤滑復(fù)合材料受到了國內(nèi)外的普遍關(guān)注，論文、專利層出不窮。中國專利CN1597771A、CN1183435A、CN1590455A、CN1425715A、CN1526756A、CN1417255A分別描述的以聚四氟乙烯、二硫化鉬等價(jià)格相對較高的潤滑改性劑制備聚甲醛、尼龍、聚烯烴、聚對苯二甲酸丁二醇酯等熱塑性樹脂基自潤滑材料，所得材料摩擦系數(shù)仍在0.15以上，磨損大，使用壽命短，且使用過程中摩擦溫升給材料基體的耐溫性提出了較高要求。中國專利CN1186827A、CN1414037A、CN1847310A、CN1243136A分別選用聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚芳醚酮等耐高溫樹脂作基體制備自潤滑材料，但其摩擦系數(shù)仍停留在0.10以上，而且材料成本過高；中國專利CN200510041149.5(申請?zhí)?報(bào)導(dǎo)制備的聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料摩擦系數(shù)降低至0.05，但由于其所選擇樹脂價(jià)格昂貴，每噸達(dá)100萬元左右，因此此類材料適宜應(yīng)用于普通樹脂無法滿足的高溫環(huán)境。國內(nèi)外普遍認(rèn)同的聚四氟乙烯其自潤滑材料，雖具體較低的摩擦系數(shù)和磨損率，但因其強(qiáng)度低，易產(chǎn)生蠕變，而且加工困難、成型方法單一，應(yīng)用受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種低成本、低摩擦系數(shù)、高耐磨的樹脂基自潤滑復(fù)合材料；本發(fā)明的另一目的是提供上述復(fù)合材料的制備方法?？捎糜谥苽錂C(jī)械滑動(dòng)部件，如軸承、軸套、密封環(huán)、密封墊片等。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種聚合物基自潤滑復(fù)合材料，其特征在于其原料組份及各組份占原料總量的質(zhì)量百分含量分別為聚合物基體60~95％固體潤滑劑5~20％增強(qiáng)纖維 0~20％填充劑0~10％。
其中所述的聚合物基體為聚酰胺、聚苯硫醚、聚碳酸脂或聚甲醛；固體潤滑劑至少為高嶺土、煅燒高嶺土或滑石粉中的一種；增強(qiáng)材料至少為碳纖維、玻璃纖維中的一種；填充劑為石墨。
本發(fā)明所選用的聚合物基體為粉末或粒子；固體潤滑劑粒徑0.5~50μm；增強(qiáng)纖維直徑5~20μm，為纖維粉長絲；填充劑粒徑0.5~50μm。
本發(fā)明聚酰胺優(yōu)選美國杜邦公司ZytelPA；聚苯硫醚優(yōu)選四川得陽科技股份有限公司PPS-hb；聚碳酸酯優(yōu)先美國GE公司LEXAN*resin；聚甲醛優(yōu)選美國杜邦公司DelrinPOM。
本發(fā)明還提供了上述復(fù)合材料的制備方法，其步驟為將原料干燥后，將除纖維外的材料按一定配比計(jì)量，經(jīng)高速混合機(jī)中混合均勻，加入擠出機(jī)料筒，在所選聚合物基體適宜工藝下進(jìn)行共混造粒，與此同時(shí)從擠出機(jī)纖維進(jìn)料孔加入纖維長絲，并通過調(diào)整主機(jī)轉(zhuǎn)速與喂料頻率控制纖維含量，由此即可制得自潤滑復(fù)合材料粒子。如復(fù)合材料組成中無纖維，則無需從擠出機(jī)纖維進(jìn)料孔加入纖維。
其中聚合物基體造粒溫度(螺桿溫度)為150~320℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速為5~50Hz，喂料頻率為5~40Hz。
本發(fā)明所選用擠出機(jī)為南京科亞TE-35型號同向雙螺桿擠出機(jī)，優(yōu)選擠出工藝參數(shù)見下表表不同聚合物基體復(fù)合材料擠出工藝參數(shù)


本發(fā)明優(yōu)選注射成型機(jī)為臺灣震德CJ80M3V型號注射成型機(jī)。采用注射成型的方法制得符合GB 3960-83的摩擦試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試樣，并按此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行摩擦磨損性能測試，在試驗(yàn)過程中采用溫度測試儀表檢測試驗(yàn)表面溫度變化。測試結(jié)果如下表表1復(fù)合材料基本性能

有益效果1、本發(fā)明所選用的固體潤滑劑為片狀無機(jī)礦物質(zhì)填料，材料易得、價(jià)格低廉，有利于進(jìn)行成本控制。
2、本發(fā)明所制得復(fù)合材料摩擦性能優(yōu)異，使用過程中磨擦溫升小(平衡溫度在60~120℃)，擴(kuò)大了聚合物基體的選擇范圍，可選擇通用的、低成本聚合物作為復(fù)合材料基體。
3、本發(fā)明采用雙螺桿擠出共混的方法制備材料粒子，生產(chǎn)成本低，所制備材料可選用注射方法一次成型制品。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1采用擠出共混的方法，將聚酰胺(PA66)1300g，滑石粉300g，石墨100g，加入雙螺桿擠出機(jī)，同時(shí)從雙螺桿纖維加入孔加入玻璃纖維300g，擠出共混制得復(fù)合材料粒子。復(fù)合材料按GB 3960-83，測試摩擦磨損性能，并用溫度測試儀表檢測試樣表面溫度變化。螺桿溫度240~265℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速10~35HZ，喂料頻率10~25HZ。
實(shí)施例2按實(shí)施例1的方法將聚苯硫醚1400g，煅燒高嶺土300g，石墨60g，碳纖維240g制備復(fù)合材料粒子，并按實(shí)施例1的方法測試復(fù)合材料性能。螺桿溫度270~310，轉(zhuǎn)速20~40HZ，喂料頻率10~30HZ。
實(shí)施例3按實(shí)施例1的方法將聚碳酸酯1400g，高嶺土300g，石墨100，碳纖維200g制備復(fù)合材料粒子，并按實(shí)施例1的方法測試復(fù)合材料性能。螺桿溫度260~300，轉(zhuǎn)速10~40HZ，喂料頻率10~30HZ。
實(shí)施例4按實(shí)施例1的方法將聚甲醛1200g，煅燒高嶺土100g，滑石粉200g，石墨100g，玻璃纖維400g制備復(fù)合材料粒子，并按實(shí)施例1的方法測試復(fù)合材料性能。螺桿溫度160~185，轉(zhuǎn)速20~40HZ，喂料頻率15~25HZ。
實(shí)施例5按實(shí)施例1的方法將聚酰胺(PA46)1800g，高嶺土100g，石墨100g制備復(fù)合材料粒子，并按實(shí)施例1的方法測試復(fù)合材料性能。螺桿溫度240~300，轉(zhuǎn)速10~50HZ。
實(shí)施例6按實(shí)施例1的方法將聚苯硫醚1300，滑石粉300g，高嶺土100g，玻璃纖維300g制備復(fù)合材料粒子，并按實(shí)施例1的方法測試復(fù)合材料性能。螺桿溫度260~310，轉(zhuǎn)速5~25HZ。
實(shí)施例7按實(shí)施例1的方法將聚碳酸酯1600g，高嶺土200g，碳纖維200g制備復(fù)合材料粒子，并按實(shí)施例1的方法測試復(fù)合材料性能。螺桿溫度260~300，轉(zhuǎn)速15~40HZ，喂料頻率10~20HZ。
實(shí)施例8按實(shí)施例1的方法將聚酰胺(PA66)1300g，滑石粉200g，石墨200g，碳纖維300g制備復(fù)合材料粒子，并按實(shí)施例1的方法測試復(fù)合材料性能。螺桿溫度245~265，轉(zhuǎn)速20~40HZ，喂料頻率10~30HZ。
實(shí)施例9按實(shí)施例1的方法將聚碳酸酯1500g，高嶺土100g，煅燒高嶺土200g，滑石粉200g制備復(fù)合材料粒子，并按實(shí)施例1的方法測試復(fù)合材料性能。螺桿溫度260~300，轉(zhuǎn)速5~50HZ。
表2實(shí)施例制備材料性能一覽表

權(quán)利要求
1.一種聚合物基自潤滑復(fù)合材料，其特征在于其原料組份及各組份占原料總量的質(zhì)量百分含量分別為聚合物基體60~95％固體潤滑劑5~20％增強(qiáng)纖維 0~20％填充劑0~10％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于所述的聚合物基體為聚酰胺、聚苯硫醚、聚碳酸脂或聚甲醛。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于固體潤滑劑至少為高嶺土、煅燒高嶺土或滑石粉中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于增強(qiáng)材料至少為碳纖維、玻璃纖維中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于填充劑為石墨。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于本發(fā)明所選用的聚合物基體為粉末或粒子；固體潤滑劑粒徑0.5~50μm；增強(qiáng)纖維直徑5~20μm，為纖維粉長絲；填充劑粒徑0.5~50μm。
7.一種如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料的制備方法，其步驟為將原料干燥后，將除纖維外的材料按一定配比計(jì)量，經(jīng)高速混合機(jī)中混合均勻，加入擠出機(jī)料筒，在所選聚合物基體加熱進(jìn)行共混造粒，與此同時(shí)從擠出機(jī)纖維進(jìn)料孔加入纖維長絲，并通過調(diào)整主機(jī)轉(zhuǎn)速與喂料頻率控制纖維含量，由此即可制得自潤滑復(fù)合材料粒子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于聚合物基體造粒溫度為150~320℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速為5~50Hz，喂料頻率為5~40Hz。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于聚合物基體為聚酰胺時(shí)造粒溫度為150~320℃，聚合物基體為聚苯硫醚時(shí)造粒溫度為240~320℃，聚合物基體為聚碳酸酯造粒溫度為240~310℃，聚合物基體為聚甲醛造粒溫度為150~200℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自潤滑復(fù)合材料及其制備方法；尤其涉及一種聚合物基自潤滑復(fù)合材料及其制備方法。將原料聚合物基體、固體潤滑劑、增強(qiáng)纖維和填充劑干燥后，將除纖維外的材料按一定配比計(jì)量，經(jīng)高速混合機(jī)中混合均勻，加入擠出機(jī)料筒，在所選聚合物基體適宜工藝下進(jìn)行共混造粒，與此同時(shí)從擠出機(jī)纖維進(jìn)料孔加入纖維長絲，并通過調(diào)整主機(jī)轉(zhuǎn)速與喂料頻率控制纖維含量，由此即可制得自潤滑復(fù)合材料粒子。
文檔編號C08J3/12GK1958671SQ20061009737
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月2日
發(fā)明者黃培, 王曉東, 宋艷江 申請人:南京工業(yè)大學(xué)