專利名稱：耐磨自潤滑尼龍復(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)越來越廣泛。自潤滑聚合物基復(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。
美國專利4012478報(bào)道，申請人日本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滑材料，用于滑動(dòng)軸承等領(lǐng)域；美國專利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滑性能的尼龍滑動(dòng)軸承；美國專利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；中國專利CN1043776發(fā)明了一種自潤滑軸承材料，通過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、軟處理等過程，制得具有良好潤滑性、耐熱性、耐磨性及機(jī)械性能的潤滑材料。以上專利報(bào)道的自潤滑尼龍復(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，只是通過纖維增強(qiáng)及潤滑劑填充來降低材料磨損，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。
馬來酸酐接枝的聚烯烴選自馬來酸酐接枝聚乙烯(MAH-g-HDPE)、馬來酸酐接枝三元乙丙共聚物(MAH-g-EPDM)或者馬來酸酐接技聚丙烯(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、無接縫、無皺紋等優(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所說的材料，其特征在于馬來酸酐接枝的聚烯烴選自馬來酸酐接枝聚乙烯、馬來酸酐接枝三元乙丙共聚物或者馬來酸酐接技聚丙烯。
4.如權(quán)利要求1所說的材料，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、無接縫、無皺紋等優(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, 簡令奇, 楊生榮, 張國強(qiáng) 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所