專利名稱：一種耐磨損自潤(rùn)滑pps—金屬?gòu)?fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近幾年研究發(fā)現(xiàn)，磨耗、腐蝕是機(jī)械、水利、食品、礦山、運(yùn)輸、化工、冶金等輕工業(yè)和重工業(yè)共同面臨的重要機(jī)械零部件的損傷形式，每年在這幾方面的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)百億美元。對(duì)經(jīng)常處于摩擦狀態(tài)的零部件(如軸套、滑板和滑道)提出了越來越高的性能要求。在機(jī)械運(yùn)行過程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生摩擦磨損、振動(dòng)、腐蝕等不良現(xiàn)象，這嚴(yán)重的影響了設(shè)備的使用壽命。目前應(yīng)用于降低機(jī)械運(yùn)行中摩擦系數(shù)的方法有一下幾種· I)在金屬軸瓦的接觸摩擦表面涂上潤(rùn)滑油已達(dá)到減小摩擦的目的，但在高溫、高壓的苛刻條件下，會(huì)產(chǎn)生腐蝕性的氣體，限制了其使用工況和對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。2)在金屬基材表面加工多個(gè)凹腔來存儲(chǔ)潤(rùn)滑脂或固體潤(rùn)滑劑，可以滿足耐熱和自潤(rùn)滑的特性，但凹腔的產(chǎn)生會(huì)減弱機(jī)械零部件的強(qiáng)度、制造加工復(fù)雜且裸露的金屬表面容易劃傷對(duì)摩表面。3)在燒結(jié)有青銅粉層的金屬基材上復(fù)合一層自潤(rùn)滑塑料，可以滿足金屬與塑料間較強(qiáng)的結(jié)合強(qiáng)度、自潤(rùn)滑性能、耐高溫性能，但制造工藝繁瑣復(fù)雜，在我國(guó)，銅資源相對(duì)于鐵資源的廣泛性來說屬于稀少資源，應(yīng)節(jié)約使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種金屬與塑料結(jié)合性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高、摩擦系數(shù)低、耐磨性好的自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種成型工藝簡(jiǎn)單、性能可靠性，同時(shí)具有耐高溫、抗化學(xué)腐蝕、耐輻射、抗沖擊、無污染的自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法。本發(fā)明一種耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料采用的技術(shù)方案是由金屬基體、塑料工作層組成，其特征是金屬基體表面經(jīng)過噴丸毛化，使金屬基體和塑料層之間有一定的機(jī)械鑲嵌力；金屬基體與塑料層之間的結(jié)合力由分子間化學(xué)鍵和機(jī)械鑲嵌力組成；塑料工作層材料成分按質(zhì)量百分含量為聚苯硫醚樹脂(PPS) 29 69%，液晶聚合物(LCP)10 30%，熱塑性聚酰亞胺樹脂(TPI) 10 30%，石墨5%，納米二氧化硅(Si02)2%，相容劑3%，偶聯(lián)劑1%。本發(fā)明一種耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料及其制備方法的技術(shù)方案是采用如下步驟
a)干燥把聚苯硫醚、液晶聚合物、熱塑性聚酰亞胺、石墨、納米二氧化硅分別鼓風(fēng)干燥4 8h，溫度設(shè)定為50 160°C。b)稱量配料稱量以下組分，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示為聚苯硫醚樹脂(PPS)29 69%,液晶聚合物(LCP) 10 30%，熱塑性聚酰亞胺樹脂(TPI) 10 30%，石墨5%，納米二氧化硅(Si02) 2%，相容劑3%，偶聯(lián)劑1%。c)混合將石墨和納米二氧化硅放入偶聯(lián)劑中混合均勻；把石墨和納米二氧化硅取出放在陰涼干燥處讓其自然晾干；將LCP、TPI、PPS投入到混料機(jī)中混合均勻；再將相容劑投入到混料機(jī)中混合均勻；再將石墨和納米二氧化硅投入到混料機(jī)中混合均勻，混合時(shí)間為3 10分鐘。d)造粒將混合后的原料放入雙螺桿擠出機(jī)中造粒，擠出機(jī)各段溫度分別為220 250°C，245 270°C，275 300°C，275 320°C，機(jī)頭溫度為 285 320°C，螺桿機(jī)的轉(zhuǎn)速為60 200轉(zhuǎn)/分鐘。e)金屬基體噴丸毛化使用自回收式多功能拋丸機(jī)PW-700-01，在金屬基體表面噴丸時(shí)間為50S，噴丸速度為70m2/h。f)金屬基體預(yù)熱采用烘箱加熱，把金屬基材置于烘箱中，溫度設(shè)置為80 120°C，時(shí)間定為0. 5 Ih0·g)將步驟f)中預(yù)熱的金屬基體放入注射模具模腔內(nèi)作為嵌件，再將步驟d)中混合塑料投入到注射機(jī)的料斗內(nèi)。注射機(jī)參數(shù)設(shè)定為料筒溫度為250 290°C，注射機(jī)后部、中部、前部溫度分別為280 300°C、285 310°C、290 320°C;注射機(jī)噴嘴溫度設(shè)為290 3300C ;模具溫度設(shè)為120 140°C ;螺桿轉(zhuǎn)速為100 300r/min ;注射壓力為45 65mpa ；注射時(shí)間為5 60s ;保壓時(shí)間為10 30s ;金屬塑料表面復(fù)合層的平均厚度為I. 5mm，注射結(jié)束后，待制件溫度降到100 150°C時(shí)脫模取件。h)將脫模冷卻后的材料在180 198°C溫度下保溫I. 5小時(shí)即可。本發(fā)明金屬基體表面經(jīng)過噴丸毛化，使表面粗糙度Ra值達(dá)到130um，進(jìn)一步提高金屬與塑料的結(jié)合強(qiáng)度，具有良好的耐熱性、抗化學(xué)腐蝕性、自潤(rùn)滑性、對(duì)環(huán)境零污染、減振降噪；長(zhǎng)期在-50 265°C溫度范圍內(nèi)使用，仍然呈現(xiàn)出較低的摩擦系數(shù)、耐磨損性能。在MM-200型環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)定時(shí)，轉(zhuǎn)速為300rpm，壓力為250N，大氣室溫(25°C )下進(jìn)行干摩擦。得其使用溫度為-50 265°C，摩擦系數(shù)為0. 14 0. 217，磨損率為0. 8 2 X10-6mm3/N*mo材料使用范圍廣，與金屬軸瓦相比可延長(zhǎng)摩擦副使用壽命2倍以上。其原因是
I.本發(fā)明一種耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料成分中采用的聚苯硫醚。具有優(yōu)異的機(jī)械性能；耐高溫，長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)260度；耐化學(xué)腐蝕；不燃性；成型收縮率可以小到0. 15 0. 25% ;對(duì)炭黑、石墨、玻纖、聚四氟乙烯、陶瓷和金屬等有特好的潤(rùn)濕作用和粘結(jié)性；耐摩擦磨損；優(yōu)異的導(dǎo)熱性能(為一般高聚物的5倍)；價(jià)格較低廉。2.本發(fā)明一種耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料成分中采用的熱致性液晶聚合物。具有高強(qiáng)度、高模量的力學(xué)性能；耐熱性，在連續(xù)使用溫度200 300°C時(shí)；耐蠕變；減摩耐磨；耐化學(xué)腐蝕；熔體粘度低，流動(dòng)性好；成型尺寸穩(wěn)定性好。3.本發(fā)明一種耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料成分中采用的熱塑性聚酰亞胺。具有高強(qiáng)度；耐高溫；耐化學(xué)腐蝕；介電性能好；抗輻射；高斷裂韌性；尺寸穩(wěn)定性較好；線脹系數(shù)較小，非常接近于金屬鋁材料；耐疲勞；耐滑動(dòng)磨損和微動(dòng)磨損；成形加工型優(yōu)。4.本發(fā)明一種耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料成分中采用石墨，納米二氧化硅，乙烯-馬來酸酐-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物，硅烷偶聯(lián)劑添加到塑料工作層中，使得復(fù)合材料進(jìn)一步提升其摩擦學(xué)性能、減振降噪性，具有更好的機(jī)械性能，耐壓縮抗蠕變、熱傳導(dǎo)性。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式

對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I為本發(fā)明的一種耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料的組成結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.塑料工作層；2.金屬基體。
具體實(shí)施例方式
如圖I所示，耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料自上而下由塑料工作層I、金屬基體2組成。其中塑料工作層I材料的各成分重量百分含量為聚苯硫醚樹脂(PPS)29 69%，液晶聚合物(LCP) 10 30%，熱塑性聚酰亞胺樹脂(TPI) 10 30%，石墨5%，納米二氧化硅(SiO2) 2%，相容劑3%，偶聯(lián)劑1%。金屬基體2的材料為25#鋼、鑄鐵或鋁等金屬，金屬層2的厚度為2 3mm。金屬基體2與塑料層I之間的結(jié)合力由分子間化學(xué)鍵和機(jī)械鑲嵌力組成。一種耐磨損自潤(rùn)滑PPS —金屬?gòu)?fù)合材料具體的制備方法如下把聚苯硫醚、液晶聚合物、熱塑性聚酰亞胺、石墨、納米二氧化硅分別鼓風(fēng)干燥4 8h，溫度設(shè)定為50 160°C。稱量以下組分，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示為聚苯硫醚樹脂(PPS) 29 69%,液晶聚合物(LCP) 10 30%，熱塑性聚酰亞胺樹脂(TPI) 10 30%，石墨5%，納米二氧化硅(SiO2) 2%，相容劑3%，偶聯(lián)劑1%。將石墨和納米二氧化硅放入偶聯(lián)劑中混合均勻；把石墨和納米二氧化硅取出放在陰涼干燥處讓其自然晾干JfLCP、TPI、PPS投入到混料機(jī)中混合均勻；再將相容劑投入到混料機(jī)中混合均勻；再將石墨和納米二氧化硅投入到混料機(jī)中混合均勻，混合時(shí)間為3 10分鐘。將混合后的原料放入雙螺桿擠出機(jī)中造粒，擠出機(jī)各段溫度分別為220 250°C，245 270°C，275 300°C，275 320°C，機(jī)頭溫度為 285 320°C，螺桿機(jī)的轉(zhuǎn)速為60 200轉(zhuǎn)/分鐘。使用自回收式多功能拋丸機(jī)PW-700-01，在金屬基體表面噴丸時(shí)間為50S，噴丸速度為70m2/h。采用烘箱加熱，把金屬基材置于烘箱中，溫度設(shè)置為80 120°C，時(shí)間定為0. 5 lh。將預(yù)熱的金屬基體放入注射模具模腔內(nèi)作為嵌件，再將混合造粒的塑料粒子投入到注射機(jī)的料斗內(nèi)。注射機(jī)參數(shù)設(shè)定為料筒溫度為250 290°C，注射機(jī)后部、中部、前部溫度分別為280 300°C、285 310°C、290 320°C ;注射機(jī)噴嘴溫度設(shè)為290 330°C ;模具溫度設(shè)為120 140°C ;螺桿轉(zhuǎn)速為100 300r/min ;注射壓力為45 65mpa ;注射時(shí)間為5 60s ;保壓時(shí)間為10 30s ;金屬塑料表面復(fù)合層的平均厚度為I. 5mm，注射結(jié)束后，待制件溫度降到100 150°C時(shí)脫模取件。將脫模冷卻后的材料在180 198°C溫度下保溫I. 5小時(shí)即可。以下通過4個(gè)實(shí)施例再來具體說明本發(fā)明
實(shí)施例I 4
實(shí)施例I 4塑料層配比(重量％)見表I 表I
權(quán)利要求
1.一種耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料，由塑料工作層(I)、金屬基體(2)組成，其特征是金屬基體(2)表面經(jīng)過噴丸毛化，使金屬基體(2)和塑料層(I)之間有一定的機(jī)械鑲嵌力；塑料工作層(I)材料成分按質(zhì)量百分含量為聚苯硫醚樹脂(PPS) 29 69%，液晶聚合物(LCP) 10 30%，熱塑性聚酰亞胺樹脂(TPI) 10 30%，石墨5%，納米二氧化硅(Si02)2%，相容劑3%，偶聯(lián)劑1%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料，其特征是所述的液晶聚合物為熱致性液晶聚合物(TLCP)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料，其特征是所述的相容劑為乙烯-馬來酸酐-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物(EMG)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料，其特征是所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑，選用KH550或KH570中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料，其特征是金屬基體為25#鋼、鑄鐵或鋁。
6.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I 5任一所述的耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，其特征是采用如下步驟 a)干燥把聚苯硫醚、液晶聚合物、熱塑性聚酰亞胺、石墨、納米二氧化硅分別鼓風(fēng)干燥4 8h，溫度設(shè)定為50 160°C。
7.b)稱量配料稱量以下組分，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示為聚苯硫醚樹脂(PPS) 29 69%,液晶聚合物(LCP) 10 30%，熱塑性聚酰亞胺樹脂(TPI) 10 30%，石墨5%，納米二氧化硅(SiO2) 2%，相容劑3%，偶聯(lián)劑1%。
8.c)混合將石墨和納米二氧化硅放入偶聯(lián)劑中混合均勻；把石墨和納米二氧化硅取出放在陰涼干燥處讓其自然晾干；將LCP、TPI、PPS投入到混料機(jī)中混合均勻；再將相容劑投入到混料機(jī)中混合均勻；再將石墨和納米二氧化硅投入到混料機(jī)中混合均勻，混合時(shí)間為3 10分鐘。
9.d)造粒將混合后的原料放入雙螺桿擠出機(jī)中造粒，擠出機(jī)各段溫度分別為220 ·2500C，245 270°C，275 300°C，275 320°C，機(jī)頭溫度為285 320°C，螺桿機(jī)的轉(zhuǎn)速為·60 200轉(zhuǎn)/分鐘。
10.e)金屬基體(2)噴丸毛化使用自回收式多功能拋丸機(jī)PW-700-01，在金屬基體(2)表面噴丸時(shí)間為50S，噴丸速度為70m2/h。
11.f)金屬基體(2)預(yù)熱采用烘箱加熱，把金屬基材(2)置于烘箱中，溫度設(shè)置為·80 120°C，時(shí)間定為0. 5 lh。
12.g)將步驟f)中預(yù)熱的金屬基體(2)放入注射模具模腔內(nèi)作為嵌件，再將步驟d)中混合塑料投入到注射機(jī)的料斗內(nèi)。
13.注射機(jī)參數(shù)設(shè)定為料筒溫度為250 290°C，注射機(jī)后部、中部、前部溫度分別為·280 300°C、285 310°C、290 320°C ;注射機(jī)噴嘴溫度設(shè)為290 330°C ;模具溫度設(shè)為120 140°C ;螺桿轉(zhuǎn)速為100 300r/min ;注射壓力為45 65mpa ;注射時(shí)間為5 60s ;保壓時(shí)間為10 30s ;金屬塑料表面復(fù)合層的平均厚度為I. 5mm，注射結(jié)束后，待制件溫度降到100 150°C時(shí)脫模取件。
14.h)將脫模冷卻后的材料在180 198°C溫度下保溫I. 5小時(shí)即可。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐磨損自潤(rùn)滑PPS—金屬?gòu)?fù)合材料及其制備方法，由塑料工作層(1)和金屬基體(2)組成；金屬基體(2)表面經(jīng)過噴丸毛化，使金屬基體(2)和塑料層(1)之間有一定的機(jī)械鑲嵌力；金屬基體(2)與塑料層(1)之間的結(jié)合力由分子間化學(xué)鍵和機(jī)械鑲嵌力組成；塑料工作層(1)材料成分按質(zhì)量百分含量為聚苯硫醚樹脂(PPS)29～69%，液晶聚合物(LCP)10～30%，熱塑性聚酰亞胺樹脂(TPI)10～30%，石墨5%，納米二氧化硅(SiO2)2%，相容劑3%，偶聯(lián)劑1%。本發(fā)明在金屬基體(2)表面經(jīng)過噴丸毛化，使表面粗糙度Ra值達(dá)到130um，進(jìn)一步提高金屬與塑料的結(jié)合強(qiáng)度，具有良好的耐熱性、抗化學(xué)腐蝕性、耐磨損、自潤(rùn)滑性、對(duì)環(huán)境零污染、減振降噪；長(zhǎng)期使用溫度范圍為-50～265℃，摩擦系數(shù)為0.14～0.217，磨損率為0.8～2X10-6mm3/N m。
文檔編號(hào)B32B38/18GK102785428SQ201210272
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者徐健偉, 李進(jìn), 趙兵, 駱志尚, 駱志高 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江江科機(jī)電工程有限公司