本發(fā)明屬于固體潤滑材料領(lǐng)域，具體涉及一種密度可調(diào)高分子塊材及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對各種設(shè)備及零部件性能提出了越來越高的要求。而摩擦磨損是普遍存在的自然現(xiàn)象,世界摩擦學(xué)會的統(tǒng)計表明,摩擦損失了世界一次性能源的1/3以上,磨損每年造成的損失約占國民生產(chǎn)總值的1％。為延長使用壽命、節(jié)約材料與能源,在很多領(lǐng)域迫切需要解決摩擦、磨損與潤滑防護問題。
潤滑材料有4種:氣體潤滑劑、流體(以油為主)、潤滑脂(半固態(tài))及固體潤滑材料。液態(tài)、半固態(tài)潤滑是傳統(tǒng)的潤滑方式,也是應(yīng)用最為廣泛的一種潤滑方式,但適用的溫度范圍較窄,在高溫作用下承載能力下降、潤滑性能衰減,還會造成環(huán)境污染等問題。因此,工況惡劣的場合下,傳統(tǒng)的潤滑方法已難以滿足要求。對于那些長期處于高溫、高速、重載、干摩擦或邊界潤滑狀態(tài)下的零部件,減小與控制摩擦與磨損顯得尤為必要。固體自潤滑材料在性能上極大地突破了傳統(tǒng)材料的使用極限,廣泛地被應(yīng)用于電子、生物、航天航空等高科技領(lǐng)域,是潤滑領(lǐng)域最具有發(fā)展前景的一個方向。
隨著現(xiàn)代工業(yè)等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，特殊工況越來越多，使得普通液體潤滑軸承因其摩擦特性所限，已不能適應(yīng)特殊工況的要求。金屬基固體自潤滑軸承作為固體潤滑技術(shù)的發(fā)展，突破了油膜潤滑極限，能適應(yīng)多種特殊工況的要求，應(yīng)用場合越來越多。如低速、高載荷、往復(fù)及擺動難以形成潤滑油膜的場合，長期處于污染狀況、而潤滑油膜容易老化、室外作業(yè)環(huán)境惡劣加油潤滑失效的場合，高溫、低溫狀態(tài)下潤滑效果難以發(fā)揮的場合，水、海水中和藥液介質(zhì)難以形成潤滑的場合。
自潤滑軸承具有良好的自潤滑性能，但在有潤滑的條件下，性能會更好。因此，在可能的情況下，應(yīng)采用充填潤滑脂的方法改善潤滑條件，以利提高性能，延長使用壽命。同時，潤滑脂的存在還可提高密封和防腐性能。
滑動軸承的作用是起支撐軸運轉(zhuǎn)將其與軸承座間隔開來起到保護軸和軸承座的作用，其一個重要的功能就是減小摩擦系數(shù)和磨損；滑動軸承根據(jù)材料以及性能可以分為自潤滑滑動軸承和一般滑動軸承，自潤滑滑動軸承在工作過程中可以實現(xiàn)不加油或少加油，而一般滑動軸承本身不具備良好的潤滑功能所以運轉(zhuǎn)過程中必須加油；由于軸與滑動軸承內(nèi)表面在工作過程中發(fā)生的是面對面的滑動摩擦副，運用過程中要求摩擦系數(shù)和磨損量盡可能小，這就對兩個摩擦面的材料提出了較高的要求；由于軸在運轉(zhuǎn)過程中要傳遞一定的扭矩和運動，所以對軸材料側(cè)重點還是硬度和強度等。依據(jù)高分子塊材原材料的屬性不同，制備的成品其密度往往固定在某個范圍內(nèi)，由于其與潤滑油密度存在差異，經(jīng)常難以制得含油高分子塊材，而在摩擦學(xué)領(lǐng)域中，含油高分子塊材具有獨特的潤滑優(yōu)勢。目前，尚未見調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)性高分子塊材密度的有效方法。
專利cn201610002077.1提供的由聚乙烯作為基體的多孔含油潤滑材料，以聚乙烯、潤滑油、固體潤滑劑為原料，經(jīng)過混料、多次壓制成型、燒結(jié)處理等步驟而成。其制得的多孔含油潤滑材料特點為內(nèi)部具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，能夠在工作狀態(tài)下連續(xù)穩(wěn)定地提供潤滑油，并兼具耐磨損、抗沖擊、耐化學(xué)腐蝕、耐低溫等優(yōu)異性能。同樣，專利cn201610636300.8提供的一種多孔含油潤滑材料的制備方法，該發(fā)明將制得的黑木耳粉末與幾丁質(zhì)酶溶液攪拌混合，進行滅酶、離心分離處理，得到上層清液，與無水乙醇混合后，離心分離收集沉淀物制得黑木耳多糖，隨后與去離子水、檸檬酸三鈉經(jīng)加熱、超聲分散處理制成黑木耳多糖分散液，隨后將潤滑油與黑木耳多糖分散液混合制成的潤滑混合液與苯乙烯單體、丙烯酸酯混合加熱過濾，收集得到的濾餅進行洗滌干燥，制成改性含油樹脂顆粒，與滑石粉、偶氮二甲酰胺混合后進行密煉，隨后出料并冷卻，即可制備得一種多孔含油潤滑材料。該發(fā)明制備的潤滑材料的特點為孔隙率高，分布均勻，且材料本身強度高、與基體結(jié)合力好，具有較大的應(yīng)用空間。兩者的不足之處是需要后期清油且乳化不穩(wěn)定。
專利cn201510307674.0提供的一種輪軌固體潤滑塊的制備方法，具體步驟為先將聚四氟乙烯粉、石墨粉擠壓成型，通過階梯加熱的方法加熱，然后階梯降溫處理至室溫，滲入石蠟，完成輪軌固體潤滑塊的制作。其特點為摩擦系數(shù)低，減磨效果顯著。不足之處是耐高溫性能受影響，在高溫情況下，該固體潤滑塊釋放速率會加快。
專利cn201520403670.8提供的一種自潤滑塊結(jié)構(gòu)，其特點為采用稀土含油尼龍高分子聚合材料，增加了自潤滑性，在無油潤滑的情況下，同樣有極佳的自潤滑效果，可以有效的解決嚴寒氣候下潤滑油凝固，潤滑性能下降給設(shè)備本身造成損傷的問題以及在夏季高溫、高粉塵環(huán)境下作業(yè)，粉塵顆粒進入滑軌間進行研磨，給設(shè)備造成損傷的問題。不足之處是該潤滑塊相對尺寸不穩(wěn)定，易受水汽影響。
通常降低高分子材料密度的方法是加入發(fā)泡劑，偶氮二甲酰胺(ac)、偶氮二異丁腈(aibn)、二亞硝基五次甲基四胺(dpt)和磺酰肼類發(fā)泡劑(obsh)等，發(fā)泡劑發(fā)泡后形成的泡孔為開孔或閉孔。在成型過程中的發(fā)泡，往往會影響到基體聚合物的結(jié)構(gòu)性能，該密度調(diào)整的材料適合于做密封降噪材料，不適合做工程結(jié)構(gòu)材料，如專利cn201110318955.8提供低密度高分子基隔聲降噪材料，基體材料選用聚氯乙烯、聚烯烴、尼龍、聚氨酯和橡膠等先造粒，再混入發(fā)泡劑加溫擠出過程中發(fā)泡成型。上述發(fā)泡技術(shù)適合大規(guī)模規(guī)則材料生產(chǎn)，尚不適用于異型件的結(jié)構(gòu)材料的密度調(diào)整生產(chǎn)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種密度可調(diào)聚酯高分子塊材及其制備方法，以期得到成型簡單，常溫固化和性狀穩(wěn)定的固體潤滑塊。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：
一種密度可調(diào)聚酯高分子塊材，包括以下組分，所述各組分的重量份具體如下：
所述不飽和聚酯樹脂選取粘度在400～600mpa·s范圍內(nèi)，其中優(yōu)選500～600mpa·s，樹脂型號可選ly-189、ly-191a、ly-191c、ly-191cg、ly-191f、ly-d191-2、ly-g191a中任意一種或兩種以上。
所述改性空心玻璃微珠是經(jīng)重量比為1.5:8.5的異氰酸酯硅烷偶聯(lián)劑和硅烷偶聯(lián)劑kh-570在球磨機碾磨2～6小時完全水解得到的。
所述改性空心玻璃微珠的種類為gs20型和gs60型空心玻璃微珠，通過改變gs20型和gs60型空心玻璃微珠的配比來調(diào)節(jié)密度可調(diào)聚酯高分子塊材的密度。其中g(shù)s20的真密度在0.18～0.23g/cm3，gs60的真密度在0.58～0.64g/cm3。
所述助潤滑填料為滑石粉、蒙脫土、凹凸棒土和納米碳酸鈣的復(fù)配物。
所述促進劑的選擇為烷酸鉛、環(huán)烷酸鉛、環(huán)烷酸鋅、環(huán)烷酸鈣、環(huán)烷酸鈷、環(huán)烷酸錳、異辛酸鈷、異辛酸鉛、異辛酸錳、異辛酸鈣中的一種或兩種以上。
進一步的，所述促進劑優(yōu)選環(huán)烷酸鉛或異辛酸鈷。
所述固化劑的種類為過氧化甲乙酮、過氧化環(huán)己酮、過氧化甲異丁酮、過氧化苯甲酰、異丙苯過氧化氫、叔丁基過氧化氫、2,4-二氯過氧化苯甲?；蜻^氧化十二酰。
所述活性稀釋劑的選擇為苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙基己酯、(甲基)丙烯酸羥乙酯、(甲基)丙烯酸羥丙酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸環(huán)己酯、丙烯酸異冰片酯、丙烯酸2-乙基環(huán)己酯乙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、丙三醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一種或兩種以上。
本發(fā)明同時提供了上述密度可調(diào)聚酯高分子塊材的制備方法，具體包括以下步驟：
(1)分別稱取不飽和聚酯樹脂30～45重量份；助潤滑填料5～15重量份；甲基硅油2～5重量份；促進劑3～7重量份；活性稀釋劑2～4重量份。
(2)將稱量好的不飽和聚酯樹脂、助潤滑填料均勻混合，然后將甲基硅油、促進劑和活性稀釋劑加入用玻璃棒攪拌均勻。
(3)再分別稱取改性空心玻璃微珠25～35重量份，固化劑10～25重量份，添加至上述混合物中繼續(xù)混合均勻。
(4)將脫模劑采用毛刷刷涂于模具內(nèi)表面，將步驟(3)的混合液倒入模具中進行常溫固化，成型后測定該密度可調(diào)聚酯高分子塊材的密度。
本發(fā)明科學(xué)原理：
所制得的密度可調(diào)聚酯高分子塊材，是先對空心玻璃微珠進行表面改性，通過調(diào)節(jié)改性空心玻璃微珠粒徑大小來調(diào)節(jié)聚酯高分子塊材的密度大小，然后將其加入聚酯樹脂和納米耐磨填充劑，再經(jīng)固化劑固化成密度可調(diào)聚酯高分子塊材。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
(1)本發(fā)明所制得的密度可調(diào)聚酯高分子塊材能夠提高與其它密度不相同材料的相容性，同時具有良好的硬度和尺寸穩(wěn)定性。
(2)本發(fā)明所制得的密度可調(diào)聚酯高分子塊材易于與潤滑油脂復(fù)合成型時形成均相穩(wěn)定的材料，可廣泛應(yīng)用于重載滑動或者滾動摩擦副，有利于環(huán)境保護和節(jié)約鋼鐵資源，并且高分子材料輕便，有利于減小機械的負荷。
具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明不局限于下述實施例。
實施例1
(1)稱取不飽和聚酯樹脂15g；滑石粉、蒙脫土、凹凸棒土和納米碳酸鈣四者重量比為8.5:0.5:0.5:0.5的助潤滑填料4g；甲基硅油1g；促進劑環(huán)烷酸鉛3.5g；活性稀釋劑丙烯酸羥乙酯1g。
(2)將稱量好的不飽和聚酯樹脂、助潤滑填料均勻混合，然后將甲基硅油、促進劑和活性稀釋劑加入用玻璃棒攪拌均勻。
(3)再分別稱取重量比為4:1的gs20型改性空心玻璃微珠和gs60型改性空心玻璃微珠15g，固化劑過氧化苯甲酰6g，添加至上述混合物繼續(xù)混合均勻。
(4)將脫模劑采用毛刷刷涂于模具內(nèi)表面，將(3)的混合液倒入模具中進行常溫固化，成型后測定該密度可調(diào)聚酯高分子塊材的密度。
實施例2
(1)稱取不飽和聚酯樹脂15g；滑石粉、蒙脫土、凹凸棒土和納米碳酸鈣四者重量比為7:1:1:1的助潤滑填料4g；甲基硅油1g；促進劑異辛酸鈷3g；活性稀釋劑甲基丙烯酸羥丙酯1.5g。
(2)將稱量好的不飽和聚酯樹脂、助潤滑填料均勻混合，然后將甲基硅油、促進劑和活性稀釋劑加入用玻璃棒攪拌均勻。
(3)再分別稱取重量比為3:2的gs20型改性空心玻璃微珠和gs60型改性空心玻璃微珠15g，固化劑過氧化甲乙酮7g，添加至上述混合物繼續(xù)混合均勻。
(4)將脫模劑采用毛刷刷涂于模具內(nèi)表面，將(3)的混合液倒入模具中進行常溫固化，成型后測定該密度可調(diào)聚酯高分子塊材的密度。
實施例3
(1)稱取不飽和聚酯樹脂15g；滑石粉、蒙脫土、凹凸棒土和納米碳酸鈣四者重量比為6.5:2:1:0.5的助潤滑填料4g；甲基硅油1g；促進劑異辛酸錳2.5g；活性稀釋劑丙烯酸乙基己酯和丙烯酸羥乙酯各0.5g。
(2)將稱量好的不飽和聚酯樹脂、助潤滑填料均勻混合，然后將甲基硅油、促進劑和活性稀釋劑加入用玻璃棒攪拌均勻。
(3)再分別稱取重量比為1:1的gs20型改性空心玻璃微珠和gs60型改性空心玻璃微珠15g，固化劑過氧化甲乙酮8g，添加至上述混合物繼續(xù)混合均勻。
(4)將脫模劑采用毛刷刷涂于模具內(nèi)表面，將(3)的混合液倒入模具中進行常溫固化，成型后測定該密度可調(diào)聚酯高分子塊材的密度。
實施例4
(1)稱取不飽和聚酯樹脂15g；滑石粉、蒙脫土、凹凸棒土和納米碳酸鈣四者重量比為6.5:1.5:1:1的助潤滑填料4g；甲基硅油1g；促進劑異辛酸鈷2g；活性稀釋劑丙烯酸羥乙酯1.4g。
(2)將稱量好的不飽和聚酯樹脂、助潤滑填料均勻混合，然后將甲基硅油、促進劑和活性稀釋劑加入用玻璃棒攪拌均勻。
(3)再分別稱取重量比為2:3的gs20型改性空心玻璃微珠和gs60型改性空心玻璃微珠15g，固化劑過氧化苯甲酰9g，添加至上述混合物繼續(xù)混合均勻。
(4)將脫模劑采用毛刷刷涂于模具內(nèi)表面，將(3)的混合液倒入模具中進行常溫固化，成型后測定該密度可調(diào)聚酯高分子塊材的密度。
實施例5
(1)稱取不飽和聚酯樹脂15g；滑石粉、蒙脫土、凹凸棒土和納米碳酸鈣四者重量比為6.5:1.5:1.5:0.5的助潤滑填料4g；甲基硅油1g；促進劑環(huán)烷酸鋅和環(huán)烷酸鈷各0.75g；活性稀釋劑丙三醇二丙烯酸酯1.6g。
(2)將稱量好的不飽和聚酯樹脂、助潤滑填料均勻混合，然后將甲基硅油、促進劑和活性稀釋劑加入用玻璃棒攪拌均勻。
(3)再分別稱取重量比為1:4的gs20型改性空心玻璃微珠和gs60型改性空心玻璃微珠15g，固化劑過氧化甲異丁酮6g，添加至上述混合物繼續(xù)混合均勻。
(4)將脫模劑采用毛刷刷涂于模具內(nèi)表面，將(3)的混合液倒入模具中進行常溫固化，成型后測定該密度可調(diào)聚酯高分子塊材的密度。
實施例6
(1)稱取不飽和聚酯樹脂15g；滑石粉、蒙脫土、凹凸棒土和納米碳酸鈣四者重量比為6:2:1:1的助潤滑填料4g；甲基硅油1g；促進劑環(huán)烷酸錳和異辛酸鈣各1.4g；活性稀釋劑季戊四醇三丙烯酸酯1.9g。
(2)將稱量好的不飽和聚酯樹脂、助潤滑填料均勻混合，然后將甲基硅油、促進劑和活性稀釋劑加入用玻璃棒攪拌均勻。
(3)再分別稱取重量比為4:1的gs20型改性空心玻璃微珠和gs60型改性空心玻璃微珠15g，固化劑過氧化甲異丁酮10g，添加至上述混合物繼續(xù)混合均勻。
(4)將脫模劑采用毛刷刷涂于模具內(nèi)表面，將(3)的混合液倒入模具中進行常溫固化，成型后測定該密度可調(diào)聚酯高分子塊材的密度。
實施例7
改性空心玻璃微珠的制備方法具體包括：
本實驗采用重量比為1.5:8.5的異氰酸酯硅烷偶聯(lián)劑和kh-570水解制備改性空心玻璃微珠。實驗如下：
(1)稱取90g無水乙醇，10g蒸餾水，加入2ml重量比為1.5:8.5的異氰酸酯硅烷偶聯(lián)劑和kh-570在稱量好乙醇和蒸餾水的混合液中，用玻璃棒攪拌均勻。加入磷酸調(diào)節(jié)為ph＝2。
(2)稱取10g空心玻璃微珠，加入到(1)過程中，均勻攪拌。
(3)清洗好球磨罐和瑪瑙珠并使它們保持干燥。將配制好的(2)倒入到球磨罐中，將球磨罐放到球磨機上，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速300r/min，水解3.5h。
(4)水解后的混合溶液靜置，使乙醇與蒸餾水的混合液與水解后的空心玻璃微珠分層，將上層清液倒掉，保留下層改性空心玻璃微珠，置于恒溫干燥箱在溫度70℃條件下干燥40min。
(5)稱量烘干后的改性空心玻璃微珠。
實施例8
脫模劑的制備的制備方法具體包括：
本實驗采取用pva溶解制備。
(1)分別稱取聚乙烯醇10g、無水乙醇70g、十二烷基苯磺酸鈉10g。
(2)將無水乙醇、聚乙烯醇、200ml蒸餾水混合，倒入圓底燒瓶中采用磁力攪拌器回流加熱溶解，加熱溫度為70℃，直到聚乙烯醇完全溶解。
(3)將十二烷基苯磺酸鈉加入400ml熱的蒸餾水溶解完全。
(4)將溶解完成的聚乙醇與溶解完成的十二烷基苯磺酸鈉混合均勻即可。
將實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5、實施例6所制得的高分子塊材測得邵氏硬度(d型)分別為75、77、78、80、79、77，同時測得高分子塊材的平均密度為0.92g/cm3、0.95g/cm3、1.03g/cm3、1.10g/cm3、1.15g/cm3、0.93g/cm3。