[发明专利]一种耐磨损自润滑PPS—金属复合材料及其制备方法

说明书

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：

1）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（SiO2）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℃。

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%。

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℃，245～270℃，275～300℃，275～320℃，机头温度为285～320℃，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℃，时间定为0.5～1h。

    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℃，注射机后部、中部、前部温度分别为280～300℃、285～310℃、290～320℃；注射机喷嘴温度设为290～330℃；模具温度设为120～140℃；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1.5mm，注射结束后，待制件温度降到100～150℃时脱模取件。

h) 将脱模冷却后的材料在180～198℃温度下保温1.5小时即可。