[发明专利]一种协同增强高温聚合物多元纳米复合材料

说明书

本发明涉及一种协同增强高温聚合物多元纳米复合材料，该材料是指将干燥后的质量分数为0.2~20%的纳米尺度凹凸棒石与质量分数为2~60%的微米尺度硬质颗粒同时添加到干燥后的质量分数为30~97%的高温聚合物基体中，搅拌混合或熔融共混至均匀后，经热压成型或注塑成型工艺制得。本发明高温聚合物多元复合材料成分与结构相对简单，在干摩擦条件下表现出极低的摩擦系数与磨损率；同时制备工艺简便，加工成本低、效率高，产品加工精度高。

技术领域

本发明涉及自润滑材料技术及应用领域，尤其涉及一种协同增强高温聚合物多元纳米复合材料。

背景技术

自润滑材料是指在工作过程中无需外加润滑剂，靠自身即可提供持续润滑的一类功能材料。聚合物材料由于其自润滑特性、高的化学稳定性和减震降噪等特点，在汽车和工业装备等领域有广泛应用。随着装备技术的发展，越来越多的运动机构在更加严苛的工况下服役，如更高的载荷、速度和温度等，对机构的使用寿命和可靠性提出挑战。发展新型高性能聚合物自润滑材料，对于提高运动机构的使用寿命和可靠性具有重要意义。

研究表明，在摩擦过程中，聚合物自润滑材料与金属配副界面若形成具有高承载能力与易剪切特性的转移膜，可显著降低摩擦副的摩擦与磨损，提高材料的使用寿命[高分子材料科学与工程，2020，36，165-172]。然而，纯聚合物材料的耐磨和自润滑性能往往较差。常规的提高聚合物材料摩擦学性能的方式为添加固体润滑剂（如石墨、二硫化钼和聚四氟乙烯等）和增强填料（如硬质颗粒与纤维等）[Wear，2010，268，893-899]

凹凸棒石是一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，具有层链状结构，是一种常用的吸附材料。前人的研究表明在聚合物基体中添加纳米尺度凹凸棒石可提高材料的力学性能[Composite Interfaces, 2019，27，73-85; Composites Part A: Applied Science andManufacturing，2009，40，1785-1791]。在聚丙烯基体中添加凹凸棒石，可在一定程度上提高基体材料的耐磨性能 [Macromolecular Materials and Engineering，2005，195，195-201]。迄今，鲜有关于凹凸棒石填充聚合物材料摩擦学性能的系统性报导。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种摩擦性能良好的协同增强高温聚合物多元纳米复合材料。

为解决上述问题，本发明所述的一种协同增强高温聚合物多元纳米复合材料，其特征在于：将干燥后的质量分数为0.2~20%的纳米尺度凹凸棒石与质量分数为2~60%的微米尺度硬质颗粒同时添加到干燥后的质量分数为30~97%的高温聚合物基体中，搅拌混合或熔融共混至均匀后，经热压成型或注塑成型工艺制得。

所述纳米尺度凹凸棒石的棒晶长为0.2~800μm，直径为5~800nm。

所述微米尺度硬质颗粒是指短切玻璃纤维、短切玄武岩纤维、短切芳纶纤维、短切碳纤维、碳化硅纤维、晶须、短切金属纤维和硬质陶瓷颗粒的一种或其混合物。

所述高温聚合物是指聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺和聚苯硫醚中的一种。

所述搅拌混合的条件是指转速为25000 r/min，时间为3 min。

所述熔融共混的条件是指双螺杆挤出机一区加热温度370～375℃，二区加热温度380～385℃，三区加热温度390～395℃，四区加热温度400～405℃，螺杆转速为350rpm。

所述热压成型的条件是指预热温度设置为400℃，热压保温温度为360℃，压力为5MPa，保温时间为1h，室温冷却，冷却压力为15MPa。

所述注射成型的条件是指注射模具温度为185℃，注射筒温度380℃，注射背压3MPa，注射压力170MPa。

本发明与现有技术相比具有以下优点：