专利名称：一种耐磨损自润滑pps—金属复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明提供了一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料及其制备方法。
背景技术：
近几年研究发现，磨耗、腐蚀是机械、水利、食品、矿山、运输、化工、冶金等轻工业和重工业共同面临的重要机械零部件的损伤形式，每年在这几方面的经济损失高达数百亿美元。对经常处于摩擦状态的零部件(如轴套、滑板和滑道)提出了越来越高的性能要求。在机械运行过程中，不可避免的会产生摩擦磨损、振动、腐蚀等不良现象，这严重的影响了设备的使用寿命。目前应用于降低机械运行中摩擦系数的方法有一下几种· I)在金属轴瓦的接触摩擦表面涂上润滑油已达到减小摩擦的目的，但在高温、高压的苛刻条件下，会产生腐蚀性的气体，限制了其使用工况和对环境产生不利影响。2)在金属基材表面加工多个凹腔来存储润滑脂或固体润滑剂，可以满足耐热和自润滑的特性，但凹腔的产生会减弱机械零部件的强度、制造加工复杂且裸露的金属表面容易划伤对摩表面。3)在烧结有青铜粉层的金属基材上复合一层自润滑塑料，可以满足金属与塑料间较强的结合强度、自润滑性能、耐高温性能，但制造工艺繁琐复杂，在我国，铜资源相对于铁资源的广泛性来说属于稀少资源，应节约使用。
发明内容
本发明的一个目的是为克服上述现有技术的不足，提供了一种金属与塑料结合性强、机械强度高、摩擦系数低、耐磨性好的自润滑PPS—金属复合材料。本发明的第二个目的是提供一种成型工艺简单、性能可靠性，同时具有耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、抗冲击、无污染的自润滑PPS—金属复合材料的制备方法。本发明一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料采用的技术方案是由金属基体、塑料工作层组成，其特征是金属基体表面经过喷丸毛化，使金属基体和塑料层之间有一定的机械镶嵌力；金属基体与塑料层之间的结合力由分子间化学键和机械镶嵌力组成；塑料工作层材料成分按质量百分含量为聚苯硫醚树脂(PPS) 29 69%，液晶聚合物(LCP)10 30%，热塑性聚酰亚胺树脂(TPI) 10 30%，石墨5%，纳米二氧化硅(Si02)2%，相容剂3%，偶联剂1%。本发明一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料及其制备方法的技术方案是采用如下步骤
a)干燥把聚苯硫醚、液晶聚合物、热塑性聚酰亚胺、石墨、纳米二氧化硅分别鼓风干燥4 8h，温度设定为50 160°C。b)称量配料称量以下组分，以质量分数表示为聚苯硫醚树脂(PPS)29 69%,液晶聚合物(LCP) 10 30%，热塑性聚酰亚胺树脂(TPI) 10 30%，石墨5%，纳米二氧化硅(Si02) 2%，相容剂3%，偶联剂1%。c)混合将石墨和纳米二氧化硅放入偶联剂中混合均匀；把石墨和纳米二氧化硅取出放在阴凉干燥处让其自然晾干；将LCP、TPI、PPS投入到混料机中混合均匀；再将相容剂投入到混料机中混合均匀；再将石墨和纳米二氧化硅投入到混料机中混合均匀，混合时间为3 10分钟。d)造粒将混合后的原料放入双螺杆挤出机中造粒，挤出机各段温度分别为220 250°C，245 270°C，275 300°C，275 320°C，机头温度为 285 320°C，螺杆机的转速为60 200转/分钟。e)金属基体喷丸毛化使用自回收式多功能抛丸机PW-700-01，在金属基体表面喷丸时间为50S，喷丸速度为70m2/h。f)金属基体预热采用烘箱加热，把金属基材置于烘箱中，温度设置为80 120°C，时间定为0. 5 Ih0·g)将步骤f)中预热的金属基体放入注射模具模腔内作为嵌件，再将步骤d)中混合塑料投入到注射机的料斗内。注射机参数设定为料筒温度为250 290°C，注射机后部、中部、前部温度分别为280 300°C、285 310°C、290 320°C;注射机喷嘴温度设为290 3300C ;模具温度设为120 140°C ;螺杆转速为100 300r/min ;注射压力为45 65mpa ；注射时间为5 60s ;保压时间为10 30s ;金属塑料表面复合层的平均厚度为I. 5mm，注射结束后，待制件温度降到100 150°C时脱模取件。h)将脱模冷却后的材料在180 198°C温度下保温I. 5小时即可。本发明金属基体表面经过喷丸毛化，使表面粗糙度Ra值达到130um，进一步提高金属与塑料的结合强度，具有良好的耐热性、抗化学腐蚀性、自润滑性、对环境零污染、减振降噪；长期在-50 265°C温度范围内使用，仍然呈现出较低的摩擦系数、耐磨损性能。在MM-200型环块摩擦磨损试验机测定时，转速为300rpm，压力为250N，大气室温(25°C )下进行干摩擦。得其使用温度为-50 265°C，摩擦系数为0. 14 0. 217，磨损率为0. 8 2 X10-6mm3/N*mo材料使用范围广，与金属轴瓦相比可延长摩擦副使用寿命2倍以上。其原因是
I.本发明一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料成分中采用的聚苯硫醚。具有优异的机械性能；耐高温，长期使用温度可达260度；耐化学腐蚀；不燃性；成型收缩率可以小到0. 15 0. 25% ;对炭黑、石墨、玻纤、聚四氟乙烯、陶瓷和金属等有特好的润湿作用和粘结性；耐摩擦磨损；优异的导热性能(为一般高聚物的5倍)；价格较低廉。2.本发明一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料成分中采用的热致性液晶聚合物。具有高强度、高模量的力学性能；耐热性，在连续使用温度200 300°C时；耐蠕变；减摩耐磨；耐化学腐蚀；熔体粘度低，流动性好；成型尺寸稳定性好。3.本发明一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料成分中采用的热塑性聚酰亚胺。具有高强度；耐高温；耐化学腐蚀；介电性能好；抗辐射；高断裂韧性；尺寸稳定性较好；线胀系数较小，非常接近于金属铝材料；耐疲劳；耐滑动磨损和微动磨损；成形加工型优。4.本发明一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料成分中采用石墨，纳米二氧化硅，乙烯-马来酸酐-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物，硅烷偶联剂添加到塑料工作层中，使得复合材料进一步提升其摩擦学性能、减振降噪性，具有更好的机械性能，耐压缩抗蠕变、热传导性。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步详细说明。图I为本发明的一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料的组成结构示意图。图中1.塑料工作层；2.金属基体。
具体实施例方式
如图I所示，耐磨损自润滑PPS—金属复合材料自上而下由塑料工作层I、金属基体2组成。其中塑料工作层I材料的各成分重量百分含量为聚苯硫醚树脂(PPS)29 69%，液晶聚合物(LCP) 10 30%，热塑性聚酰亚胺树脂(TPI) 10 30%，石墨5%，纳米二氧化硅(SiO2) 2%，相容剂3%，偶联剂1%。金属基体2的材料为25#钢、铸铁或铝等金属，金属层2的厚度为2 3mm。金属基体2与塑料层I之间的结合力由分子间化学键和机械镶嵌力组成。一种耐磨损自润滑PPS —金属复合材料具体的制备方法如下把聚苯硫醚、液晶聚合物、热塑性聚酰亚胺、石墨、纳米二氧化硅分别鼓风干燥4 8h，温度设定为50 160°C。称量以下组分，以质量分数表示为聚苯硫醚树脂(PPS) 29 69%,液晶聚合物(LCP) 10 30%，热塑性聚酰亚胺树脂(TPI) 10 30%，石墨5%，纳米二氧化硅(SiO2) 2%，相容剂3%，偶联剂1%。将石墨和纳米二氧化硅放入偶联剂中混合均匀；把石墨和纳米二氧化硅取出放在阴凉干燥处让其自然晾干JfLCP、TPI、PPS投入到混料机中混合均匀；再将相容剂投入到混料机中混合均匀；再将石墨和纳米二氧化硅投入到混料机中混合均匀，混合时间为3 10分钟。将混合后的原料放入双螺杆挤出机中造粒，挤出机各段温度分别为220 250°C，245 270°C，275 300°C，275 320°C，机头温度为 285 320°C，螺杆机的转速为60 200转/分钟。使用自回收式多功能抛丸机PW-700-01，在金属基体表面喷丸时间为50S，喷丸速度为70m2/h。采用烘箱加热，把金属基材置于烘箱中，温度设置为80 120°C，时间定为0. 5 lh。将预热的金属基体放入注射模具模腔内作为嵌件，再将混合造粒的塑料粒子投入到注射机的料斗内。注射机参数设定为料筒温度为250 290°C，注射机后部、中部、前部温度分别为280 300°C、285 310°C、290 320°C ;注射机喷嘴温度设为290 330°C ;模具温度设为120 140°C ;螺杆转速为100 300r/min ;注射压力为45 65mpa ;注射时间为5 60s ;保压时间为10 30s ;金属塑料表面复合层的平均厚度为I. 5mm，注射结束后，待制件温度降到100 150°C时脱模取件。将脱模冷却后的材料在180 198°C温度下保温I. 5小时即可。以下通过4个实施例再来具体说明本发明
实施例I 4
实施例I 4塑料层配比(重量％)见表I 表I
权利要求
1.一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料，由塑料工作层(I)、金属基体(2)组成，其特征是金属基体(2)表面经过喷丸毛化，使金属基体(2)和塑料层(I)之间有一定的机械镶嵌力；塑料工作层(I)材料成分按质量百分含量为聚苯硫醚树脂(PPS) 29 69%，液晶聚合物(LCP) 10 30%，热塑性聚酰亚胺树脂(TPI) 10 30%，石墨5%，纳米二氧化硅(Si02)2%，相容剂3%，偶联剂1%。
2.根据权利要求I所述的耐磨损自润滑PPS—金属复合材料，其特征是所述的液晶聚合物为热致性液晶聚合物(TLCP)。
3.根据权利要求I所述的耐磨损自润滑PPS—金属复合材料，其特征是所述的相容剂为乙烯-马来酸酐-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(EMG)。
4.根据权利要求I所述的耐磨损自润滑PPS—金属复合材料，其特征是所述的偶联剂为硅烷偶联剂，选用KH550或KH570中的一种。
5.根据权利要求I所述的耐磨损自润滑PPS—金属复合材料，其特征是金属基体为25#钢、铸铁或铝。
6.一种实现权利要求I 5任一所述的耐磨损自润滑PPS—金属复合材料的制备方法，其特征是采用如下步骤 a)干燥把聚苯硫醚、液晶聚合物、热塑性聚酰亚胺、石墨、纳米二氧化硅分别鼓风干燥4 8h，温度设定为50 160°C。
7.b)称量配料称量以下组分，以质量分数表示为聚苯硫醚树脂(PPS) 29 69%,液晶聚合物(LCP) 10 30%，热塑性聚酰亚胺树脂(TPI) 10 30%，石墨5%，纳米二氧化硅(SiO2) 2%，相容剂3%，偶联剂1%。
8.c)混合将石墨和纳米二氧化硅放入偶联剂中混合均匀；把石墨和纳米二氧化硅取出放在阴凉干燥处让其自然晾干；将LCP、TPI、PPS投入到混料机中混合均匀；再将相容剂投入到混料机中混合均匀；再将石墨和纳米二氧化硅投入到混料机中混合均匀，混合时间为3 10分钟。
9.d)造粒将混合后的原料放入双螺杆挤出机中造粒，挤出机各段温度分别为220 ·2500C，245 270°C，275 300°C，275 320°C，机头温度为285 320°C，螺杆机的转速为·60 200转/分钟。
10.e)金属基体(2)喷丸毛化使用自回收式多功能抛丸机PW-700-01，在金属基体(2)表面喷丸时间为50S，喷丸速度为70m2/h。
11.f)金属基体(2)预热采用烘箱加热，把金属基材(2)置于烘箱中，温度设置为·80 120°C，时间定为0. 5 lh。
12.g)将步骤f)中预热的金属基体(2)放入注射模具模腔内作为嵌件，再将步骤d)中混合塑料投入到注射机的料斗内。
13.注射机参数设定为料筒温度为250 290°C，注射机后部、中部、前部温度分别为·280 300°C、285 310°C、290 320°C ;注射机喷嘴温度设为290 330°C ;模具温度设为120 140°C ;螺杆转速为100 300r/min ;注射压力为45 65mpa ;注射时间为5 60s ;保压时间为10 30s ;金属塑料表面复合层的平均厚度为I. 5mm，注射结束后，待制件温度降到100 150°C时脱模取件。
14.h)将脱模冷却后的材料在180 198°C温度下保温I. 5小时即可。
全文摘要
本发明公开了一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料及其制备方法，由塑料工作层(1)和金属基体(2)组成；金属基体(2)表面经过喷丸毛化，使金属基体(2)和塑料层(1)之间有一定的机械镶嵌力；金属基体(2)与塑料层(1)之间的结合力由分子间化学键和机械镶嵌力组成；塑料工作层(1)材料成分按质量百分含量为聚苯硫醚树脂(PPS)29～69%，液晶聚合物(LCP)10～30%，热塑性聚酰亚胺树脂(TPI)10～30%，石墨5%，纳米二氧化硅(SiO2)2%，相容剂3%，偶联剂1%。本发明在金属基体(2)表面经过喷丸毛化，使表面粗糙度Ra值达到130um，进一步提高金属与塑料的结合强度，具有良好的耐热性、抗化学腐蚀性、耐磨损、自润滑性、对环境零污染、减振降噪；长期使用温度范围为-50～265℃，摩擦系数为0.14～0.217，磨损率为0.8～2X10-6mm3/N m。
文档编号B32B38/18GK102785428SQ201210272
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月2日 优先权日2012年8月2日
发明者徐健伟, 李进, 赵兵, 骆志尚, 骆志高 申请人:镇江江科机电工程有限公司