[發明專利]一種協同增強高溫聚合物多元納米復合材料

有效

• 申請號: 202011546629.8
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112500681B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 張嘎;王偉;郭月霞;趙福燕;張利剛;李貴濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C08L61/16
• 分類號: C08L61/16;C08K3/34;C08K7/06;B82Y30/00
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 曹向東

本發明涉及一種協同增強高溫聚合物多元納米復合材料，該材料是指將干燥后的質量分數為0.2~20%的納米尺度凹凸棒石與質量分數為2~60%的微米尺度硬質顆粒同時添加到干燥后的質量分數為30~97%的高溫聚合物基體中，攪拌混合或熔融共混至均勻后，經熱壓成型或注塑成型工藝制得。本發明高溫聚合物多元復合材料成分與結構相對簡單，在干摩擦條件下表現出極低的摩擦系數與磨損率；同時制備工藝簡便，加工成本低、效率高，產品加工精度高。

技術領域

本發明涉及自潤滑材料技術及應用領域，尤其涉及一種協同增強高溫聚合物多元納米復合材料。

背景技術

自潤滑材料是指在工作過程中無需外加潤滑劑，靠自身即可提供持續潤滑的一類功能材料。聚合物材料由于其自潤滑特性、高的化學穩定性和減震降噪等特點，在汽車和工業裝備等領域有廣泛應用。隨著裝備技術的發展，越來越多的運動機構在更加嚴苛的工況下服役，如更高的載荷、速度和溫度等，對機構的使用壽命和可靠性提出挑戰。發展新型高性能聚合物自潤滑材料，對于提高運動機構的使用壽命和可靠性具有重要意義。

研究表明，在摩擦過程中，聚合物自潤滑材料與金屬配副界面若形成具有高承載能力與易剪切特性的轉移膜，可顯著降低摩擦副的摩擦與磨損，提高材料的使用壽命[高分子材料科學與工程，2020，36，165-172]。然而，純聚合物材料的耐磨和自潤滑性能往往較差。常規的提高聚合物材料摩擦學性能的方式為添加固體潤滑劑（如石墨、二硫化鉬和聚四氟乙烯等）和增強填料（如硬質顆粒與纖維等）[Wear，2010，268，893-899]

凹凸棒石是一種晶質水合鎂鋁硅酸鹽礦物，具有層鏈狀結構，是一種常用的吸附材料。前人的研究表明在聚合物基體中添加納米尺度凹凸棒石可提高材料的力學性能[Composite Interfaces, 2019，27，73-85; Composites Part A: Applied Science andManufacturing，2009，40，1785-1791]。在聚丙烯基體中添加凹凸棒石，可在一定程度上提高基體材料的耐磨性能 [Macromolecular Materials and Engineering，2005，195，195-201]。迄今，鮮有關于凹凸棒石填充聚合物材料摩擦學性能的系統性報導。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種摩擦性能良好的協同增強高溫聚合物多元納米復合材料。

為解決上述問題，本發明所述的一種協同增強高溫聚合物多元納米復合材料，其特征在于：將干燥后的質量分數為0.2~20%的納米尺度凹凸棒石與質量分數為2~60%的微米尺度硬質顆粒同時添加到干燥后的質量分數為30~97%的高溫聚合物基體中，攪拌混合或熔融共混至均勻后，經熱壓成型或注塑成型工藝制得。

所述納米尺度凹凸棒石的棒晶長為0.2~800μm，直徑為5~800nm。

所述微米尺度硬質顆粒是指短切玻璃纖維、短切玄武巖纖維、短切芳綸纖維、短切碳纖維、碳化硅纖維、晶須、短切金屬纖維和硬質陶瓷顆粒的一種或其混合物。

所述高溫聚合物是指聚醚醚酮、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺和聚苯硫醚中的一種。

所述攪拌混合的條件是指轉速為25000 r/min，時間為3 min。

所述熔融共混的條件是指雙螺桿擠出機一區加熱溫度370～375℃，二區加熱溫度380～385℃，三區加熱溫度390～395℃，四區加熱溫度400～405℃，螺桿轉速為350rpm。

所述熱壓成型的條件是指預熱溫度設置為400℃，熱壓保溫溫度為360℃，壓力為5MPa，保溫時間為1h，室溫冷卻，冷卻壓力為15MPa。

所述注射成型的條件是指注射模具溫度為185℃，注射筒溫度380℃，注射背壓3MPa，注射壓力170MPa。

本發明與現有技術相比具有以下優點：