[发明专利]一种相变微胶囊/UHMWPE耐磨材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合耐磨材料技术领域，具体的说是一种相变微胶囊/UHMWPE耐磨材料及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）具有抗冲击强度高，耐磨损性强，摩擦系数低，生物相容性好等诸多优点，在当今医学领域被用作人工关节臼假体首选材料，并且通常与金属或陶瓷关节头组合构成了目前临床应用的主要人工关节；在工程应用领域，UHMWPE及其复合材料越来越多被用以取代钢材来制作轴承、齿轮、轨道及滑块等滑动摩擦副零件。

随着超高分子量聚乙烯材料在摩擦领域的日益普遍使用，人们在受益于它的优良性能的同时，也受限于其自身存在的不足。一方面UHMWPE的表面硬度较低，抗磨粒磨损能力差，在应力作用下容易发生疲劳并遭受磨粒犁切，另一方面摩擦磨损过程通常伴随着摩擦热的产生，热量的积累对于热变形温度只有84℃的UHMWPE显然极为不利。以上方面将直接影响UHMWPE材料的使用效果和应用范围。目前关于UHMWPE材料的摩擦改性研究多集中在添加填料增强材料强度和加入阻隔介质或润滑剂，形成优先转移膜进行减摩降磨改性。专利号为201210418231.5的专利公开了一种UHMWPE/PA66注塑用耐磨合金及其制备方法和用途，动摩擦系数及磨耗均得到了较大降低，但专利中未涉及到对摩擦热的控制。专利号为201310312711.8的专利公开了一种掺入相变合金粉的树脂基摩擦材料，实现在100℃到350℃范围内抑制热衰退目的，但专利中未涉及100℃以下材料的摩擦性能测试，且制得的是低磨损率、高摩擦系数的树脂基摩擦材料。因此寻求一种在室温下使用，且具备低摩擦系数和低磨耗的UHMWPE基摩擦材料，对拓展UHMWPE材料的使用范围具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种相变微胶囊/UHMWPE耐磨材料及其制备方法，所制备的是可在室温下使用，且具备低摩擦系数和低磨耗的复合耐磨材料。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种相变微胶囊/UHMWPE耐磨材料，其原料由重量占原料总重量百分比10~30%的微胶囊粉和70~90%未改性的UHMWPE粉组成，其中，微胶囊粉的粒径为3~5微米，UHMWPE粉的粒径为190微米。

一种相变微胶囊/UHMWPE耐磨材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、微胶囊粉的制备

（1）取摩尔比为3.6：1的甲醛溶液与三聚氰胺混合，加入适量蒸馏水形成混合液，使该混合液在70℃恒温水浴条件下搅拌至体系透明，其中，甲醛溶液的质量百分比浓度为37%，然后加入质量百分比浓度为10%的NaOH溶液调节体系pH=10，水浴温度降至40℃继续搅拌30min，制得甲醛-三聚氰胺预聚体；

（2）按照步骤（1）制得的甲醛-三聚氰胺预聚体与石蜡为1.5:1的重量比称取石蜡，加入重量占所称取的石蜡重量百分比37.6%的乳化剂，于1000r/min转速下乳化10min，乳化的同时逐滴加入浓度为0.5%聚乙烯醇水溶液，所加聚乙烯醇水溶液的体积与石蜡总重量的比例为4mL：1g，然后在400r/min的转速下继续搅拌30min，制得O/W型石蜡乳状液；

（3）按2:5的体积比，分别称取步骤（1）制得的甲醛-三聚氰胺预聚体和步骤（2）制得的石蜡乳状液，混合后在70℃下搅拌5min，加入质量百分比浓度为10%的H₂SO₄溶液调节体系pH至3~4，在200r/min的转速下搅拌2h后，将混合物倒出降至室温，离心分离后，另取无水乙醇和去离子水分别洗涤混合物两次，烘干制得微胶囊粉；

步骤二、按照原料由重量占原料总重量百分比10~30%的微胶囊粉和70~90%未改性的UHMWPE粉组成的重量比，分别称取UHMWPE粉和步骤一制备的微胶囊粉，混合后加入适量无水乙醇，在46KHz的超声频率超声分散20min得分散液，然后在真空度为0.098MPa的真空条件下抽滤分散液，待不再有乙醇液滴滴落后停止抽滤，将滤出物干燥后即制得相变微胶囊/UHMWPE复合料；

步骤三、将步骤二制得的相变微胶囊/UHMWPE复合料置于40℃的烘箱中烘干6h，取出烘干料在50℃下预热20min，取出预热料并将其置于压力机中在2MPa压力下预压5min，然后再在5MPa、150±5℃条件下热压30min，自然冷却至室温后，制得相变微胶囊/UHMWPE耐磨材料。

在实际应用中，可对热压制得的相变微胶囊/UHMWPE耐磨材料，根据所需的形状进行切片，然后依次进行砂纸打磨和对偶件打磨。