[发明专利]一种高分子材料及其制造方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种矿用高分子材料及其制造方法和用途。

背景技术

采矿行业在对矿石进行筛选、粉碎的过程中，矿用机械直接承受着磨损、冲击、震动而产生不同程度的疲劳变形，相对其它设备来说维修率高、材料失效而缩短使用寿命，这不仅耗费了大量的钢材，同时也浪费人力、耽误工期，导致了严重的经济损失。因此，研究一种非金属材料取代金属部件、达到以柔克刚的效果、增加机械零部件使用寿命是矿山机械设备研究的重要课题。

目前，聚合物共混已经是很普及的工艺技术，两种性质差异较大的聚合物只要都具有适当的热力学相溶性，在聚合物共混时产生熵变，一般都可以生成新的高分子复合材料。在现有塑料与塑料的共聚物、橡胶与塑料的共聚物中，后者是聚合物共混物的一个重要分支。橡胶具有高弹性，低模量，塑料具有高强度高模量，两者的优势互补，不仅取决于在力化学作用下产生的性能变化，更取决于橡塑两相间的界面粘结力。从目前共聚物材料的微观结构分析，两相间的粘结大多为物理结合，且多形成海岛结构，不形成互穿聚合物的网络(IPN)，由此直接影响了材料的强度性能，无法作为矿山机械中部分金属设备或金属零部件的替代材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼有橡胶与塑料的优势，高强度、低磨耗、高抗冲击的高分子材料及其制造方法，并将本发明的高分子材料主要用于矿山机械、汽车等领域中的设备或零部件，以替代部分金属材料。

为实现上述目的，本发明是在炼胶机内依次将塑料、橡胶熔融，充分混匀后，再依次加入酚醛树脂、引发剂、补强剂、活性剂氧化锌、硬脂酸、防老剂A，最后加入交联剂硫磺、促进剂DM、TT、CZ，混炼均匀后下片，冷却停放12小时后投入硫化机中进行硫化交联反应，硫化反应温度为145℃-160℃，时间为10-40分钟，压力为5-16KNf。

上述原料的重量配比为：塑料和橡胶共计100，其中塑料50-70，橡胶30-50；酚醛树脂5-40，引发剂0.3-3，补强剂5-25，氧化锌0.5-5，硬脂酸0.5-1.5，防老剂A为0.3-2，硫磺为0.5-1.5，促进剂DM为0.3-1.5，TT为0.1-0.7，CZ为0.2-1.2。

所述塑料为高苯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚乙烯、聚氯乙烯中的一种，橡胶为天然橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶中的一种；引发剂为HMT、癸二酸、硬脂酸锌中的一种；补强剂为高耐磨碳黑或半补强碳黑。

上述过程中，在加入补强剂后、加入活性剂氧化锌之前，还添加古马隆树脂、石腊这两种软化剂，重量配比为古马隆树脂1-5、石腊1-2。

本发明通过炼胶机的强大剪切力使聚合物分子断链形成大游离基团，使聚合物化学和物理结构同时改变，结果使熔融态流变性能和固态力学性能发生变化，生成稳定的界面过渡层，进而形成互穿聚合物网络，形成稳定的碳碳键和苯酚碳键。在引发剂(尤其是化合物HMT，分子式为C₆H₁₂N₄)的作用下碳-碳键能增加，原子间靠得更近，其相畴尺寸约为650-1500。这种碳碳键更牢固从而提高这种高分子材料的抗冲击强度和耐磨性能。

在塑料和橡胶两相成分相同的情况下，本发明高分子材料形成了互穿聚合物网络，其抗冲击强度是普通机械混合交联共聚物材料的4倍，而磨耗仅为后者的1/3。另一方面，用于制造矿用机械中相关部件的材料，其物理机械性能通常必须达到以下四项指标：(A)邵氏硬度：95±5；(B)抗张强度≥30MPa；(C)磨耗≤0.4cm³/1.61km；(D)抗冲击强度≥32kg·cm/cm²，经多次试验结果证明，本发明高分子材料完全符合以上各项指标要求，并体现出更优的应用性能。

本发明原料易得、生产成本低、工艺简便无污染，易于产业化，材料稳定性好，且其比重是金属的1/7-1/8，既减轻了设备的安装劳动强度也降低了成本，同时还增加设备的使用寿命，可在矿山机械设备或其它要求耐磨性优异、强度高，高抗冲击的零部件中广泛取代金属材料，应用前景广阔，市场推广价值大。

具体实施方式