專利名稱：聚苯硫醚發(fā)汗式潤滑耐磨復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚苯硫醚復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，航空航天、機(jī)械制造、交通運輸?shù)裙I(yè)部門對高性能塑料的耐磨性，高溫性等提出了越來越苛刻的要求。聚苯硫醚(PPS)是一種結(jié)晶性熱塑性特種工程塑料，具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性(熔點280°c )、耐化學(xué)腐蝕性、阻燃性及良好的機(jī)械性能等特性。然而，傳統(tǒng)PPS及其復(fù)合材料不適合作為摩擦件，因為PPS存在摩擦系數(shù)偏高的缺陷。較高的摩擦系數(shù)導(dǎo)致摩擦過程中生熱很快，導(dǎo)熱困難，聚熱嚴(yán)重，溫度甚至超過PPS復(fù)合材料的使用上限而使材料快速失效。因此，國內(nèi)外研究者利用固體潤滑劑、纖維、微米顆粒、納米粉體等對其進(jìn)行改性處理，一定程度上降低了材料的摩擦系數(shù)，增加了材料的耐磨性能。然而到目前為止，研究開發(fā)的各種PPS復(fù)合材料仍難以滿足高載荷、低摩擦、高耐磨的摩擦學(xué)需求。PPS具有較高的力學(xué)強度，適合作為骨架材料。以PPS為骨架的多孔含脂材料，在常態(tài)下能夠吸入并存儲潤滑油，而在工作中因溫度和壓力的作用又能夠連續(xù)穩(wěn)定地提供潤滑油，可以長時間不換油而起到良好的自潤滑作用，顯著降低了摩擦系數(shù)，提高材料的耐磨性及使用壽命。日本專利(公開號JPM1364)提及到一種利用碳酸鈉、苯甲酸鈉制備多孔聚苯硫醚材料。但是提供的造孔方式簡單，孔隙率大，孔結(jié)構(gòu)單一，材料強度低，無法滿足較高載荷、速度等惡劣條件下的摩擦學(xué)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以聚苯硫醚為骨架的多孔含油脂材料，該材料在保證聚苯硫醚力學(xué)強度的基礎(chǔ)上，具有自潤滑性能優(yōu)越，磨損率低，摩擦系數(shù)小的特點。本發(fā)明的另一目的是提供本發(fā)明產(chǎn)品的制備方法。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本申請采用的技術(shù)方案是一種聚苯硫醚發(fā)汗式潤滑耐磨復(fù)合材料，是在聚苯硫醚內(nèi)添加造孔劑組成骨架基材，然后經(jīng)燒結(jié)成型工藝獲得孔隙率為5% 45%的骨架，最后向骨架內(nèi)的孔中充填潤滑油或脂制成；上述組成骨架基材的造孔劑有兩種，其中之一是微米造孔劑，所述微米造孔劑包括氯化鈉、碳酸銨、尿素、聚乙二醇或甲基纖維素中的一種或幾種的混合物；其中之二是納米造孔劑，所述納米造孔劑包括介孔 TiO2晶須、分子篩或碳納米管中的一種或幾種的混合物；上述混合物的混合比例任意。優(yōu)選聚苯硫醚發(fā)汗式潤滑耐磨復(fù)合材料，其骨架基材內(nèi)還含有聚四氟乙烯。優(yōu)選聚苯硫醚發(fā)汗式潤滑耐磨復(fù)合材料，其骨架基材按重量百分比由以下組分原料制成聚苯硫醚40 80%，聚四氟乙烯0 20%，微米造孔劑10 40%，納米造孔劑 0. 1 15%。上述分子篩作為納米造孔劑，優(yōu)選其型號分別為MCM-41、SBA-15或β沸石。所述聚苯硫醚發(fā)汗式潤滑耐磨復(fù)合材料的制備方法如下A、按照配方量，將組成骨架基材的各組分在常溫下采用干法或濕法混合并干燥；
B、將步驟A的物料采用熱壓或冷壓燒結(jié)成型，形成骨架；
C、清洗骨架內(nèi)孔道；
D、向骨架中充填潤滑油或脂。上述制備方法中步驟B采用熱壓燒結(jié)成型時，其工藝是280 330°C、5 20MPa 下保溫30 120min，自然降溫后脫模得到樣品；采用冷壓燒結(jié)成型時，其工藝是冷壓壓力大小為20 70MPa，燒結(jié)溫度為280 330°C下保溫2 6小時，自然降溫；上述升降溫的速率為2 5°C /min。上述制備方法中步驟D充填潤滑油或脂，采用的是高溫真空浸漬或壓鑄工藝，其中采用高溫浸漬工藝時真空度為0. 01 0. 2bar，采用壓鑄工藝時滲透時間1 M小時。上述制備方法中步驟D充填的潤滑油或脂為鋰基潤滑脂、膨潤土潤滑脂、HP高溫潤滑脂、羥基硅油、二甲基硅油、聚α烯烴潤滑油中的一種或者幾種的混合物，混合物的混合比例任意，其中潤滑油分解溫度大于120°C，潤滑脂的滴點范圍為120 350°C。本發(fā)明的效果本發(fā)明復(fù)合材料，通過在其骨架內(nèi)制備強度合適的復(fù)合孔，并向孔中灌注高溫潤滑油或潤滑脂制備而成。上述復(fù)合孔由微米級孔和納米級孔組成，所述微米級孔由微米造孔劑制成，微米級孔中儲存油脂，但許多微米級孔之間并不互相連通；所述納米級孔，是因為納米造孔劑本身具有納米孔道或空腔結(jié)構(gòu)特征，通過納米孔將骨架內(nèi)部相對獨立的微米孔連通起來，構(gòu)筑連通的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，起到更好的輸送油脂的作用。摩擦過程中，在載荷和溫度的作用下潤滑油脂通過復(fù)合孔在摩擦面上形成穩(wěn)定連續(xù)的油膜潤滑，從而達(dá)到低摩擦高耐磨的目的。與相同成分的非多孔含脂的PPS復(fù)合材料相比，耐磨性可提高4. 67 X IO4倍，摩擦系數(shù)降低90%。因此這種新型聚苯硫醚發(fā)汗式耐磨潤滑材料具有優(yōu)異的自潤滑和耐磨性能，可滿足高性能器件的長壽命需求。
具體實施例方式實施例1
選用的聚苯硫醚粉末，24g氯化鈉，0.8g β沸石分子篩。采用干法混合并干燥得混合物。混合均勻后裝入模具，50ΜΙ^下冷壓成型，310°C下保溫2小時。乙醇清洗孔道， 所得骨架的孔隙率為22.0%。0.1 bar下采用高溫真空浸漬鋰基潤滑脂2小時，得含脂率 22. 0%的PPS發(fā)汗式潤滑耐磨復(fù)合材料。將該材料在MPX-2000摩擦磨損試驗機(jī)上測試摩擦磨損性能，150N, 1. 4m/s，測試時間2小時。比較例1
選用純聚苯硫醚樹脂，冷壓燒結(jié)制得聚苯硫醚材料，孔隙率2. 6%。摩擦試驗條件同上， 將實施例1和比較例1的測試結(jié)果作比較列于表1 : 表1摩擦磨損性能比較
復(fù)合材料磨損率m3/(N · m)摩擦系數(shù)實施例11.79E-160. 024比較例18.369E-120. 24
實施例2
選用40g的聚苯硫醚粉末，24g氯化鈉，8g聚四氟乙烯，8g介孔氧化鈦晶須。采用干法混合并干燥得混合物。將混合后的混合粉末裝入模具，在壓力20MI^冷壓成型。燒結(jié)工藝同實例1。用蒸餾水超聲洗滌孔道。所得骨架的微孔孔隙率為31.0 %。在150°C、0.2bar 下采用高溫真空浸漬鋰基潤滑脂4小時，得含脂率為31. 0 %的聚苯硫醚發(fā)汗式潤滑耐磨復(fù)合材料。將該材料在MPX-2000摩擦磨損試驗機(jī)上測試摩擦磨損性能，200N, 1. 4m/s，測試時間2小時。比較例2:
用相同含量的聚四氟乙烯和氯化鈉填充聚苯硫醚，用冷壓燒結(jié)制得聚苯硫醚復(fù)合材料，孔隙率21. 3%，摩擦試驗條件同上。比較例3:
用相同含量的聚四氟乙烯、氯化鈉、無孔TiO2晶須填充聚苯硫醚，用冷壓燒結(jié)制得聚苯硫醚復(fù)合材料，孔隙率20. 6%，摩擦試驗條件同上。將實施例2、比較例2和比較例3的測試結(jié)果作比較列于表2:
表2摩擦磨損性能比較
權(quán)利要求
1.一種聚苯硫醚發(fā)汗式潤滑耐磨復(fù)合材料，是在聚苯硫醚內(nèi)添加造孔劑組成骨架基材，然后經(jīng)燒結(jié)成型工藝獲得孔隙率為5% 45%的骨架，最后向骨架內(nèi)的孔中充填潤滑油或脂制成；其特征在于組成骨架基材的造孔劑有兩種，其中之一是微米造孔劑，所述微米造孔劑包括氯化鈉、碳酸銨、尿素、聚乙二醇或甲基纖維素中的一種或幾種的混合；其中之二是納米造孔劑，所述納米造孔劑包括介孔T^2晶須、分子篩或碳納米管中的一種或幾種的混合；上述混合按任意比例進(jìn)行。
2.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)汗式高耐磨聚苯硫醚復(fù)合材料，其特征在于其骨架基材內(nèi)還含有聚四氟乙烯。
3.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)汗式高耐磨聚苯硫醚復(fù)合材料，其特征在于其骨架基材按重量百分比由以下組分原料制成聚苯硫醚40 80%，聚四氟乙烯0 20%，微米造孔劑 10 40%,納米造孔劑0. 1 15%O
4.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)汗式高耐磨聚苯硫醚復(fù)合材料，其特征在于所述分子篩作為納米造孔劑，優(yōu)選其型號分別為MCM-41、SBA-15或β沸石。
5.權(quán)利要求1所述的發(fā)汗式高耐磨聚苯硫醚復(fù)合材料的制備方法，具體如下Α、按照配方量，將組成骨架基材的各組分在常溫下采用干法或濕法混合并干燥；B、將步驟A的物料采用熱壓或冷壓燒結(jié)成型，形成骨架；C、清洗骨架內(nèi)孔道；D、向骨架中充填潤滑油或脂。
6.按照權(quán)利要求5所述的發(fā)汗式高耐磨聚苯硫醚復(fù)合材料，其特征在于步驟B采用熱壓燒結(jié)成型時，其工藝是280 330°C、5 20MPa下保溫30 120min，自然降溫后脫模得到樣品；采用冷壓燒結(jié)成型時，其工藝是冷壓壓力大小為20 70MPa，燒結(jié)溫度為 280 330°C下保溫2 6小時，自然降溫；上述升降溫的速率為2 5°C /min。
7.按照權(quán)利要求5所述的發(fā)汗式高耐磨聚苯硫醚復(fù)合材料，其特征在于步驟D充填潤滑油或脂，采用的是高溫真空浸漬或壓鑄工藝，其中采用高溫浸漬工藝時真空度為 0. 01 0. 2bar，采用壓鑄工藝時滲透時間1 M小時。
8.按照權(quán)利要求5所述的發(fā)汗式高耐磨聚苯硫醚復(fù)合材料，其特征在于步驟D充填的潤滑油或脂為鋰基潤滑脂、膨潤土潤滑脂、HP高溫潤滑脂、羥基硅油、二甲基硅油、聚α 烯烴潤滑油中的一種或者幾種的混合物，混合物的混合比例任意，其中潤滑油分解溫度大于120°C，潤滑脂的滴點范圍為120 3500C 0
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚苯硫醚發(fā)汗式潤滑耐磨復(fù)合材料及其制備方法，解決了現(xiàn)有聚苯硫醚復(fù)合材料難以滿足高載荷、低摩擦、高耐磨的技術(shù)需求。該復(fù)合材料是在聚苯硫醚內(nèi)添加造孔劑組成骨架基材，然后經(jīng)燒結(jié)成型工藝獲得孔隙率為5%～45%的骨架，最后向骨架內(nèi)的孔中充填潤滑油或脂制成；上述組成骨架基材的造孔劑包括微米造孔劑及納米造孔劑，其中納米造孔劑包括介孔TiO2晶須、分子篩或碳納米管中的一種或幾種的混合物。該復(fù)合材料內(nèi)部構(gòu)筑了連通的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，摩擦過程中，在載荷和溫度的作用下潤滑油脂通過連通的復(fù)合孔在摩擦面上形成穩(wěn)定連續(xù)的油膜潤滑，從而達(dá)到低摩擦、高耐磨的目的。
文檔編號C08K3/26GK102516767SQ201110376190
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者張帥, 朱艷吉, 汪懷遠(yuǎn), 汪桂英 申請人:東北石油大學(xué)