一種自潤滑聚丙烯材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種自潤滑聚丙締材料及其制備方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具 體的說，是W馬來酸酢接枝聚丙締作為相容劑改善碳納米管與聚丙締基體的界面相容性， 使制備的復(fù)合材料具有好的減摩自潤滑性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著醫(yī)療器械、現(xiàn)代機(jī)械等領(lǐng)域的發(fā)展，很多類型的零部件都要求有一定的耐磨 性能，一些聚合物復(fù)合材料具有成本低、質(zhì)量輕、耐化學(xué)腐蝕性能好等許多優(yōu)點(diǎn)，在耐磨減 摩領(lǐng)域的應(yīng)用很廣泛，如許多聚合物復(fù)合材料制作的軸承、齒輪、滑板、軸等零部件，運(yùn)些應(yīng) 用領(lǐng)域?qū)酆衔飶?fù)合材料減摩自潤滑性能的要求越來越高，所W為了達(dá)到改善自潤滑性能 的目的，選擇合適的基體和填料W及能讓填料均勻分散的相容劑成為了研究的必要內(nèi)容。 聚丙締在一些應(yīng)用場合，如使用聚丙締制造的桌椅、軸承、齒輪、洗衣機(jī)波輪等都要求聚丙 締有一定的耐磨性，所W對其進(jìn)行自潤滑性能的研究是十分必要的。
[0003] 碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)性能、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、自潤滑及減摩性能等，人們將碳納 米管與聚合物復(fù)合來制備復(fù)合材料，使聚合物的性能得到提高。但是，碳納米管管徑小，長 徑比及表面能大，很容易發(fā)生自身的團(tuán)聚現(xiàn)象，使其不能很好在聚合物中均勻分散。為了改 善碳納米管和聚合物的界面結(jié)合力及其在聚合物基體中的分散狀態(tài)，可W對碳納米管的表 面進(jìn)行改性，運(yùn)樣可W降低碳納米管的表面能，增加其與聚合物的界面結(jié)合力，有利于其在 聚合物基體中的分散。
[0004] 本發(fā)明中的相容劑為馬來酸酢接枝聚丙締，馬來酸酢接枝聚丙締能改善碳納米管 與聚丙締基體之間的界面相容性，使碳納米管能夠很好地分散在聚丙締基體中。另外，由于 碳納米管經(jīng)過了混酸處理，其表面帶有徑基和簇基基團(tuán)，運(yùn)些基團(tuán)與接枝聚丙締的馬來酸 酢官能團(tuán)之間存在較大的氨鍵、范德華力及其他化學(xué)鍵的作用，使得碳納米管自身的團(tuán)聚 變得相對困難，運(yùn)也有利于碳納米管在聚丙締基體中的均勻分散。碳納米管在聚丙締基體 中的均勻分散有利于將自身優(yōu)異的減摩自潤滑性能賦予給聚丙締復(fù)合材料，使聚丙締復(fù)合 材料具有更好的減摩自潤滑性能，適用于更廣泛的減摩及耐磨領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種自潤滑聚丙締材料及其制備方法，采用雙螺桿擠出機(jī) 和注射機(jī)烙融共混擠出模塑成型的方法制備復(fù)合材料，將馬來酸酢接枝聚丙締與酸化的碳 納米管進(jìn)行復(fù)配，改善了碳納米管與聚丙締基體間的界面相容性，使碳納米管在聚丙締基 體中分散更加均勻，使得聚丙締材料的沖擊強(qiáng)度、硬度得到增強(qiáng)，改善了聚丙締復(fù)合材料減 摩自潤滑性能。從不同的工況角度來研究復(fù)合材料的摩擦磨損性能，拓寬了將聚丙締復(fù)合 材料作為齒輪、軸承、滑板等工程材料及一些醫(yī)療器械材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： (1) 一種自潤滑聚丙締材料，由下列質(zhì)量份數(shù)的原料制備而成：聚丙締92. 2~93. 0份， 碳納米管0. 01~0. 8份，相容劑7份；所述的聚丙締的烙融指數(shù)MFR(230°C/2. 1化g)為 3. 5g/10min，等規(guī)指數(shù)> 95%，灰分《0. 1%。所述的碳納米管是用化學(xué)氣相沉積法制得，用 行星式球磨機(jī)磨成細(xì)粉，后用氨氣酸去除催化劑載體，用65% (v/v)硝酸去除Ni、Al及非晶 碳，而后用硫酸與硝酸(體積比3:1)進(jìn)行煮沸處理，后清洗至接近中性并真空干燥得到的， 其直徑為18. 4-45. 2nm，長度為0. 9-3. 0ym。所述的相容劑為馬來酸酢接枝聚丙締，接枝 率> 1. 0%，烙融指數(shù)> 80g/10min，軟化點(diǎn)為153°C。
[0007] (2) -種自潤滑聚丙締材料的制備方法，按照如下步驟進(jìn)行： ① 將聚丙締、碳納米管、相容劑按比例混合后加入微型雙螺桿擠出機(jī)中，一區(qū)溫控為 180~185°C、二區(qū)溫控為185~190°C、S區(qū)溫控為190~195°C、四區(qū)溫控為195~200°C，雙螺桿 轉(zhuǎn)速為37. 2r/min，共混lOmin后烙融擠出； ② 將烙融擠出料用微型注射機(jī)注塑成型，注射模具溫度為40°C，注射筒溫度為220°C， 注射壓力1為0. 5~0. 6MPa，注射壓力2為0. 2~0. 3MPa，合模時(shí)間為25~30s。
[0008] (3)將制備好的復(fù)合材料在簡支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行缺口沖擊試驗(yàn)、在塑料洛氏 硬度計(jì)上進(jìn)行硬度測試，在摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行不同工況的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié) 果來評判聚丙締復(fù)合材料的自潤滑性能。
[0009] 本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于： 1.本發(fā)明選用了具有優(yōu)異力學(xué)性能、減摩及自潤滑性能的碳納米管來改善聚丙締的力 學(xué)性能及自潤滑性能，為了使碳納米管更好地分散，對碳納米管進(jìn)行了酸化處理，在碳納米 管的管壁上接枝了簇基和徑基基團(tuán)，又將馬來酸酢接枝聚丙締作為相容劑來改善碳納米管 與聚丙締之間的界面相容性，能夠使碳納米管均勻地分散在聚丙締基體中，充分發(fā)揮碳納 米管在聚丙締基體中的增強(qiáng)作用。
[0010] 2.本發(fā)明制備出的復(fù)合材料比純聚丙締有高的缺口沖擊強(qiáng)度和硬度，缺口沖擊強(qiáng) 度和硬度分別提高了 54. 8%和7. 6%，拓寬了聚丙締復(fù)合材料用于工程構(gòu)件的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0011] 3.從摩擦磨損工況的角度對所制備的聚丙締復(fù)合材料進(jìn)行了水潤滑及干摩擦 工況的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)。碳納米管能夠降低復(fù)合材料的干摩擦系數(shù)和干磨損率，與純聚丙 締材料相比，所制備的最優(yōu)復(fù)合材料的干摩擦系數(shù)為0. 3738,降低了 34. 4%，干磨損率為 1. 23X10 5mm3 .N1 ?m1，降低了 25. 9%。所制備的復(fù)合材料在水潤滑工況下有低的磨損率 和高的摩擦系數(shù)，與純聚丙締材料相比，所制備的最優(yōu)復(fù)合材料在水潤滑工況下的摩擦系 數(shù)為0. 3495,增大了 23. 9%，磨損率為4. 36X10 5mm3.N1.m1，降低了 23. 3%。水潤滑工況 下的磨損率比干摩擦的磨損率增大了 65. 4~71. 8%，水潤滑工況下的摩擦系數(shù)比干摩擦系數(shù) 降低了 6. 5~33. 2%。本發(fā)明探討了工況對聚丙締材料摩擦磨損性能的影響，拓寬了W聚丙 締材料制作的零部件應(yīng)用于一些要求有耐磨、特殊工況的應(yīng)用領(lǐng)域。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合實(shí)例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明： 在實(shí)施例復(fù)合材料的配方中，聚丙締為福建聯(lián)合石油化工有限公司生產(chǎn)的聚丙締，商 品名稱為T30S。所述的碳納米管是用化學(xué)氣相沉積法制得，用行星式球磨機(jī)磨成細(xì)粉，后用 氨氣酸去除催化劑載體，用65% (v/v)硝酸去除Ni、A1及非晶碳，而后用硫酸與硝酸(體積 比3:1)進(jìn)行煮沸處理，后清洗至接近中性并真空干燥得到的，其直徑為18. 4-45. 2皿，長 度為0. 9-3. 0ym。所述的相容劑為馬來酸酢接枝聚丙締，為上海陽勵(lì)機(jī)電科技有限公司生 產(chǎn)，型號為MAPPG2100,接枝率> 1.0%，烙融