[发明专利]一种二硫化钨-石墨相氮化碳改性超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种二硫化钨‑石墨相氮化碳改性超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法和应用，涉及聚合物复合材料技术领域。本发明提供的二硫化钨‑石墨相氮化碳改性超高分子量聚乙烯复合材料，包括超高分子量聚乙烯和二硫化钨‑石墨相氮化碳。本发明以超高分子量聚乙烯为基体，引入杂化填料二硫化钨‑石墨相氮化碳，使得超高分子量聚乙烯基复合材料在微动工况下具有稳定的摩擦系数和较低的磨损率，可有效延长工件的使用寿命。

技术领域

本发明涉及聚合物复合材料技术领域，具体涉及一种二硫化钨-石墨相氮化碳改性超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着聚合物复合材料性能的不断提高，聚合物-金属配副工件代替传统金属-金属配副作为承受摩擦的重要部件被广泛应用于工业生产中。在许多场合下，聚合物复合材料与金属表面紧密接触，连接接触面之间会发生幅度极小的相对运动，发生的微动损伤会造成工件的松动及疲劳失效，因此对聚合物复合材料抗微动摩擦性能的要求也相应提高。超高分子量聚乙烯是一种耐腐蚀的自润滑材料，适用于高频低振幅的微动工况。但超高分子量聚乙烯在微动下具有较高的摩擦系数和磨损率，影响工件使用寿命。因此需要开发一种新型适用于微动摩擦磨损条件的高性能复合材料。

F H Wang等制备了氧化石墨烯/g-C₃N₄杂化填料，并研究了该杂化填料改性PPESK复合材料的摩擦学性能，结果表明，GO/g-C₃N₄展示了良好的增强和润滑效果，GO/g-C₃N₄为0.1wt％时PPESK的减摩性能和抗磨性能分别提高了77.28％和96.9％(参见F H Wang，FWang,M Zhang,J Li,et al.Construction of2D/2D graphene oxide/g-C₃N₄ hybrid forenhancing the friction and wear performance of poly(phthalazinone ethersulfone ketone)[J]Polymer composites,2021,1-9)。

LZhu等将g-C₃N₄颗粒与聚酰亚胺共混，利用热压法制得样品，并测试其摩擦学性能，并总结出载荷对复合材料摩擦系数的影响。实验结果显示，g-C₃N₄的掺入可以改善复合材料的摩擦学性能(参见LZhu，LJYou，Z X Shi，H J Song，S J Li.An investigation onthe graphitic carbon nitride reinforced polyimide composite and evaluation ofits tribological properties[J].Journal of AppliedPolymer Science,2017:45403.)。

王睿等以三聚氰胺为前驱体采用焙烧法制备二维纳米材料g-C₃N₄，用X 射线衍射(XRD)对g-C₃N₄粉体样品进行物相分析，同时用扫描电子显微镜(SEM)分析g-C₃N₄表面形貌，采用四球摩擦磨损试验机考察g-C₃N₄作为聚乙二醇400(PEG400)添加剂对钢-钢摩擦副摩擦磨损性能的影响，并采用扫描电子显微镜及X射线光电子能谱仪分析试验后钢球磨损表面形貌、元素分布及典型元素的化学状态(参见王睿，糜莉萍，张恒，王李波，g-C₃N₄的制备及在PEG400中的摩擦学性能研究，润滑与密封，2017,42:83-87)。结果表明，所制备的g-C₃N₄具有二维层状纳米结构，作为添加剂在PEG400中具有良好的减摩抗磨性能。SEM和XPS分析表明，在摩擦学过程中g-C₃N₄沉积在摩擦副表面形成了润滑保护膜，从而提高了PEG400的摩擦学性能。