[发明专利]一种低摩擦系数超高分子量聚乙烯纤维复合材料及其制备

说明书

本发明涉及一种低摩擦系数超高分子量聚乙烯纤维复合材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：1)利用共挤出成型技术，制备出外层为聚乙烯纤维、芯层为低分子量聚烯烃纳米复合材料的聚乙烯多层纤维；2)将聚乙烯多层纤维萃取拉伸，之后与低分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯纤维复合，制备出复合纤维布；3)将复合纤维布与超高分子量聚乙烯树脂熔融复合即可。与现有技术相比，本发明中的低分子量聚烯烃纳米复合层在压力下会通过聚乙烯纤维层释放到摩擦界面形成润滑层，从而实现非常低的摩擦系数，同时通过与超高分子量聚乙烯纤维复合，使最终得到的复合材料同时还具备较低的磨损率。

技术领域

本发明属于超高分子量聚乙烯纤维技术领域，涉及一种低摩擦系数超高分子量聚乙烯纤维复合材料及其制备。

背景技术

随着经济与社会的发展，由摩擦引起的磨损、润滑、材料与能源消耗等一系列问题，对社会、经济的发展产生了巨大影响。世界摩擦学会统计表明，摩擦损失了世界一次性能源的1/3以上，磨损每年造成的损失约占国民生产总值的1％。

根据目前市场调查，目前市场常用耐磨材料主要为超高分子量聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯材料。其中，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料，其耐磨性居塑料之冠，比碳钢、黄铜都高出数倍，比普通聚乙烯高出数十倍；摩擦系数接近聚四氟乙烯(PTFE)，比其他塑料小；吸水率比其他工程塑料小；抗粘附能力好；耐冲击性能非常好；拉伸强度高；耐腐蚀性能好；耐低温性能好；密度小，成本低廉。

近年来，对环保需求不断提升，无油润滑成为一项重点研究方向。超高分子量聚乙烯在无油润滑条件下摩擦系数仍然较大，限制了其在无油润滑下的应用，因此进一步降低其摩擦系数成为重要课题。

目前降低超高分子量聚乙烯摩擦系数的方法主要为共混复合。专利CN107338094A公开了一种适用于水润滑条件下使用的超高分子量聚乙烯多元纳米复合材料，通过在超高分子量聚乙烯材料中加入增强纤维的同时，添加表面进行改性的可摩擦水解的纳米颗粒。该复合材料在水润滑工况下具有良好的耐磨性能，复合材料在海水介质中使用时，摩擦界面的边界膜在降低聚合物复合材料磨损的同时可有效保护金属对偶表面，降低金属的腐蚀磨损。然而，其无法应用于无油润滑工况下，应用范围受到限制。

四川大学李惠林课题组(摩擦学学报2004,24(1):21-24)采用模压法制备了聚丙烯(PP)和MoS₂填充的超高分子量聚乙烯复合材料，研究表明：单独添加MoS₂可以提高UHMWPE的抗磨性能，但摩擦系数增大、力学性能降低；而采用PP和MoS₂对UHMWPE进行改性可以显著改善加工性能；72.7％UHMWPE/18.2％PP/9.1％MoS₂三元复合材料的加工性能、承载能力和长时抗磨性能明显优于UHMWPE；UHMWPE通常主要发生粘着磨损和疲劳磨损，而72.7％UHMWPE/18.2％PP/9.1％MoS₂三元复合材料在相同试验条件下同钢对摩时仅发生轻微塑性变形。该成果在显著提升UHMWPE耐磨性的同时降低了UHMWPE制品的摩擦系数，将摩擦系数从0.19降至0.16，但是仍然距离0.05-0.08油润滑下的摩擦系数较高，仍需进一步改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种低摩擦系数超高分子量聚乙烯纤维复合材料及其制备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种低摩擦系数超高分子量聚乙烯纤维复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)利用共挤出成型技术，制备出外层为聚乙烯纤维、芯层为低分子量聚烯烃纳米复合材料的聚乙烯多层纤维；

2)将聚乙烯多层纤维萃取拉伸，之后与低分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯纤维复合，制备出复合纤维布；

3)将复合纤维布与超高分子量聚乙烯树脂熔融复合，即得到所述的低摩擦系数超高分子量聚乙烯纤维复合材料。