一种自润滑聚丙烯材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种自润滑聚丙締材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域，具 体的说，是W马来酸酢接枝聚丙締作为相容剂改善碳纳米管与聚丙締基体的界面相容性， 使制备的复合材料具有好的减摩自润滑性能。
【背景技术】
[0002] 随着医疗器械、现代机械等领域的发展，很多类型的零部件都要求有一定的耐磨 性能，一些聚合物复合材料具有成本低、质量轻、耐化学腐蚀性能好等许多优点，在耐磨减 摩领域的应用很广泛，如许多聚合物复合材料制作的轴承、齿轮、滑板、轴等零部件，运些应 用领域对聚合物复合材料减摩自润滑性能的要求越来越高，所W为了达到改善自润滑性能 的目的，选择合适的基体和填料W及能让填料均匀分散的相容剂成为了研究的必要内容。 聚丙締在一些应用场合，如使用聚丙締制造的桌椅、轴承、齿轮、洗衣机波轮等都要求聚丙 締有一定的耐磨性，所W对其进行自润滑性能的研究是十分必要的。
[0003] 碳纳米管具有优异的力学性能、导电导热性能、自润滑及减摩性能等，人们将碳纳 米管与聚合物复合来制备复合材料，使聚合物的性能得到提高。但是，碳纳米管管径小，长 径比及表面能大，很容易发生自身的团聚现象，使其不能很好在聚合物中均匀分散。为了改 善碳纳米管和聚合物的界面结合力及其在聚合物基体中的分散状态，可W对碳纳米管的表 面进行改性，运样可W降低碳纳米管的表面能，增加其与聚合物的界面结合力，有利于其在 聚合物基体中的分散。
[0004] 本发明中的相容剂为马来酸酢接枝聚丙締，马来酸酢接枝聚丙締能改善碳纳米管 与聚丙締基体之间的界面相容性，使碳纳米管能够很好地分散在聚丙締基体中。另外，由于 碳纳米管经过了混酸处理，其表面带有径基和簇基基团，运些基团与接枝聚丙締的马来酸 酢官能团之间存在较大的氨键、范德华力及其他化学键的作用，使得碳纳米管自身的团聚 变得相对困难，运也有利于碳纳米管在聚丙締基体中的均匀分散。碳纳米管在聚丙締基体 中的均匀分散有利于将自身优异的减摩自润滑性能赋予给聚丙締复合材料，使聚丙締复合 材料具有更好的减摩自润滑性能，适用于更广泛的减摩及耐磨领域。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种自润滑聚丙締材料及其制备方法，采用双螺杆挤出机 和注射机烙融共混挤出模塑成型的方法制备复合材料，将马来酸酢接枝聚丙締与酸化的碳 纳米管进行复配，改善了碳纳米管与聚丙締基体间的界面相容性，使碳纳米管在聚丙締基 体中分散更加均匀，使得聚丙締材料的冲击强度、硬度得到增强，改善了聚丙締复合材料减 摩自润滑性能。从不同的工况角度来研究复合材料的摩擦磨损性能，拓宽了将聚丙締复合 材料作为齿轮、轴承、滑板等工程材料及一些医疗器械材料的应用领域。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： (1) 一种自润滑聚丙締材料，由下列质量份数的原料制备而成：聚丙締92. 2~93. 0份， 碳纳米管0. 01~0. 8份，相容剂7份；所述的聚丙締的烙融指数MFR(230°C/2. 1化g)为 3. 5g/10min，等规指数> 95%，灰分《0. 1%。所述的碳纳米管是用化学气相沉积法制得，用 行星式球磨机磨成细粉，后用氨氣酸去除催化剂载体，用65% (v/v)硝酸去除Ni、Al及非晶 碳，而后用硫酸与硝酸(体积比3:1)进行煮沸处理，后清洗至接近中性并真空干燥得到的， 其直径为18. 4-45. 2nm，长度为0. 9-3. 0ym。所述的相容剂为马来酸酢接枝聚丙締，接枝 率> 1. 0%，烙融指数> 80g/10min，软化点为153°C。
[0007] (2) -种自润滑聚丙締材料的制备方法，按照如下步骤进行： ① 将聚丙締、碳纳米管、相容剂按比例混合后加入微型双螺杆挤出机中，一区溫控为 180~185°C、二区溫控为185~190°C、S区溫控为190~195°C、四区溫控为195~200°C，双螺杆 转速为37. 2r/min，共混lOmin后烙融挤出； ② 将烙融挤出料用微型注射机注塑成型，注射模具溫度为40°C，注射筒溫度为220°C， 注射压力1为0. 5~0. 6MPa，注射压力2为0. 2~0. 3MPa，合模时间为25~30s。
[0008] (3)将制备好的复合材料在简支梁冲击试验机上进行缺口冲击试验、在塑料洛氏 硬度计上进行硬度测试，在摩擦磨损试验机上进行不同工况的摩擦磨损实验，根据实验结 果来评判聚丙締复合材料的自润滑性能。
[0009] 本发明的显著优点在于： 1.本发明选用了具有优异力学性能、减摩及自润滑性能的碳纳米管来改善聚丙締的力 学性能及自润滑性能，为了使碳纳米管更好地分散，对碳纳米管进行了酸化处理，在碳纳米 管的管壁上接枝了簇基和径基基团，又将马来酸酢接枝聚丙締作为相容剂来改善碳纳米管 与聚丙締之间的界面相容性，能够使碳纳米管均匀地分散在聚丙締基体中，充分发挥碳纳 米管在聚丙締基体中的增强作用。
[0010] 2.本发明制备出的复合材料比纯聚丙締有高的缺口冲击强度和硬度，缺口冲击强 度和硬度分别提高了 54. 8%和7. 6%，拓宽了聚丙締复合材料用于工程构件的应用领域。
[0011] 3.从摩擦磨损工况的角度对所制备的聚丙締复合材料进行了水润滑及干摩擦 工况的摩擦磨损实验。碳纳米管能够降低复合材料的干摩擦系数和干磨损率，与纯聚丙 締材料相比，所制备的最优复合材料的干摩擦系数为0. 3738,降低了 34. 4%，干磨损率为 1. 23X10 5mm3 .N1 ?m1，降低了 25. 9%。所制备的复合材料在水润滑工况下有低的磨损率 和高的摩擦系数，与纯聚丙締材料相比，所制备的最优复合材料在水润滑工况下的摩擦系 数为0. 3495,增大了 23. 9%，磨损率为4. 36X10 5mm3.N1.m1，降低了 23. 3%。水润滑工况 下的磨损率比干摩擦的磨损率增大了 65. 4~71. 8%，水润滑工况下的摩擦系数比干摩擦系数 降低了 6. 5~33. 2%。本发明探讨了工况对聚丙締材料摩擦磨损性能的影响，拓宽了W聚丙 締材料制作的零部件应用于一些要求有耐磨、特殊工况的应用领域。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合实例，对本发明作进一步详细说明： 在实施例复合材料的配方中，聚丙締为福建联合石油化工有限公司生产的聚丙締，商 品名称为T30S。所述的碳纳米管是用化学气相沉积法制得，用行星式球磨机磨成细粉，后用 氨氣酸去除催化剂载体，用65% (v/v)硝酸去除Ni、A1及非晶碳，而后用硫酸与硝酸(体积 比3:1)进行煮沸处理，后清洗至接近中性并真空干燥得到的，其直径为18. 4-45. 2皿，长 度为0. 9-3. 0ym。所述的相容剂为马来酸酢接枝聚丙締，为上海阳励机电科技有限公司生 产，型号为MAPPG2100,接枝率> 1.0%，烙融