CN106832886A - 一种耐磨高分子复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨高分子复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐磨高分子复合材料及其制备方法，其中，所述耐磨高分子复合材料是由下列体积份数的组份配置而成：橡胶基体10‑80份；结构增强材料0‑25份；耐磨陶瓷材料5‑80份；偶联剂0.1‑10份；填料0‑35份；粘结剂0‑20份；摩擦性能调节剂0‑30份。所述制备方法是将上述配比的各组份在开炼机上均匀混合压制成型。其具有优异的耐磨性能和良好的力学性能，同时生产工艺简单，产品质量稳定，使用寿命长，环保无污染，性价比高，能够满足市场的要求。同时，其应用广泛，能在矿山、冶金、矿石研磨设备、渣浆泵、采油、船舶、汽车、造纸、制鞋、风电、动车、纳米材料砂磨机等领域使用。

Description

一种耐磨高分子复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一类耐磨件及其制备方法，特别涉及一类特种工程用耐磨高分子复合材料及其制备方法，属于新材料科学领域。
背景技术
耐磨高分子材料是以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。
世界高分子材料工业的迅猛发展，一方面是由于它们的优异性能使其在许多领域中找到了应用；另一方面也是因为它们生产和应用所需的投资比其他材料低,尤其比金属材料低许多，经济效益显著。
我国对于高分子材料科学的研究自50年代开始，为满足新技术和高技术的需要，研制了大量特种塑料，如氟、硅高分子，到了些年，高分子材料发展更是迅速，并且越来越接近人们的生活。被称为现代高分子三大合成材料的塑料、合成纤维和合成橡胶已经成为国民经济建设与人民日常生活所必不可少的重要材料。
耐磨高分子材料，特别是合成橡胶内衬在耐磨领域的运用，使其在矿山、冶金、建材、电子及化工等行业成为不可缺少的设备配件，粉碎设备、研磨设备、矿山溜槽、渣浆泵等其中内衬是其使用过程中的主要消耗部件，多用高猛钢材料制造，使得使用中噪音大、耗能大、磨损大。采用高分子材料生产的内衬，可以达到噪音小、重量轻、低能耗、高耐磨、使用周期更长的特点。但是，随着相关装备的容量、功率提升，以及生产现场对设备维护成本的要求提升，普通的合成耐磨材料的耐磨性受到了严峻考验，若不采取更加有效的耐磨防护处理，跑冒滴漏事故就会频发，成为制约生产的关键难题，导致反复更换设备配件，提高了生产投资成本，增加了工人劳动强度，影响到了正常的生产流程。
发明内容
为了克服上述现有技术之不足，本发明的目的在于提供一种更加耐磨的高分子复合材料及其制备方法，使之抗磨损、抗冲击、降噪音等性能指标大幅改善，进而减少设备配件的更换频率，节约生产投资成本，降低工人劳动强度等。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种耐磨高分子复合材料，由下列体积份数的组份配制而成：
橡胶基体 10-80份；
结构增强材料 0-25份；
耐磨陶瓷材料 5-80份；
偶联剂 0.1-10份；
填料 0-35份；
粘结剂 0-20份；
摩擦性能调节剂 0-30份。
进一步的，所述橡胶基体为异戊橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶中的任意一种。
进一步的，所述结构增强材料可以是尼龙、芳纶、碳纤维、玻璃纤维、金属纤维、钢丝帘线中的任意一种，也可以是各种人造纤维或合成纤维。
进一步的，所述耐磨陶瓷材料为纳米氧化铝陶瓷粉、颗粒或球，其密度在2.6-6.0g/cm3之间，莫氏硬度≥5.0，氧化铝含量纯度≥60％，球形或颗粒尺寸在0.001-50mm。
进一步的，所述偶联剂是指双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物Si69、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物KH-580、γ-巯丙基三甲氧基硅烷KH-590中的任意一种。
进一步的，所述摩擦性能调节剂为碳化硅粉、晶体硼酸锌、晶体硼酸铝中的一种或二种及以上混合物。
进一步的，所述填料为无机陶瓷粉粒，其可以是单晶硅粉粒、硅酸锆粉粒、氧化锆粉粒、石英粉粒、石墨粉粒、石墨烯粉粒、粉粒状硼化合物中的任意一种。
进一步的，所述粘结剂为聚合陶瓷类高温粘结剂。
一种耐磨高分子复合材料的制备方法，包括如下步骤：
a)按体积称取一定份数的橡胶基体、耐磨陶瓷材料、偶联剂、摩擦性能调节剂，其中耐磨陶瓷材料按粉状和颗粒状二种规格分别称取；
b)将称取的橡胶基体、粉状耐磨陶瓷材料和偶联剂加入开炼机进行混炼，待三者混合均匀后加入防老剂，直至混合均匀；
c)然后通过高温热辊对上述混合均匀的胶料进行热处理，并在热处理完成后冷却；
d)接着在开炼机上依次加入摩擦性能调节剂、粉状耐磨陶瓷材料、促进剂和硫化剂进行混炼，直至各胶料混合均匀；
e)胶料经过高压硫化，冷却至常温，最终经机械加工后得到耐磨制品。
进一步的，所述步骤d)中还可以加入结构增强材料和/或填料和/或粘接剂。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明耐磨高分子复合材料，具有优异的耐磨性能和良好的力学性能，同时生产工艺简单，产品质量稳定，使用寿命长，环保无污染，性价比高，能够满足市场的要求。同时，其应用广泛，能在矿山、冶金、矿石研磨设备、渣浆泵、采油、船舶、汽车、造纸、制鞋、风电、动车、纳米材料砂磨机等领域大幅度使用及推广。
具体实施方式
按照本发明提供的一种耐磨高分子复合材料，由下列体积份数的组份配制而成：
橡胶基体 10-80份，优选范围值为20-70份；
结构增强材料 0-25份，优选范围值为0-15份；
耐磨陶瓷材料 5-80份，优选范围值为10-70份；
偶联剂 0.1-10份，优选范围值为0.5-5份；
填料 0-35份，优选范围值为0-20份；
粘结剂 0-20份，优选范围值为0-10份；
摩擦性能调节剂 0-30份，优选范围值为2-20份。
优选的，所述橡胶基体为异戊橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶等各种高弹性聚合物中的任意一种。所述结构增强材料可以是尼龙、芳纶、碳纤维、玻璃纤维、金属纤维、钢丝帘线中的任意一种，也可以是各种人造纤维或合成纤维。所述耐磨陶瓷材料为纳米氧化铝陶瓷粉、颗粒或球，其密度在2.6-6.0g/cm3之间，莫氏硬度≥5.0，氧化铝含量纯度≥60％，球形或颗粒尺寸在0.001-50mm。作为更进一步的优选，所述耐磨陶瓷材料也可以是中国专利201310174278.6所述的一种超耐磨氧化铝陶瓷球。
优选的，所述偶联剂是指双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物Si69、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物KH-580、γ-巯丙基三甲氧基硅烷KH-590中的任意一种。所述摩擦性能调节剂为碳化硅粉、晶体硼酸锌、晶体硼酸铝中的一种或二种及以上混合物。所述填料为无机陶瓷粉粒，其可以是单晶硅粉粒、硅酸锆粉粒、氧化锆粉粒、石英粉粒、石墨粉粒、石墨烯粉粒、粉粒状硼化合物中的任意一种。所述粘结剂为聚合陶瓷类高温粘结剂，具有粘合力强，粘结界面均匀，稳定性好，抗热震性，在高温环境下可连续工作，抗腐蚀，抗氧化等效果。
本发明耐磨高分子复合材料可以根据不同的使用环境温度工况要求做相应的选择，比如有高硬度、高弹性、高耐磨、耐高压、耐老化性、耐臭氧性、耐油性的要求，可选用聚氨酯制得。如有耐高温、耐油、耐化学品，耐酸碱腐蚀要求，可选用氟乙烯共聚物制得。如有耐油、耐燃、耐氧化和耐臭氧的要求，可选用氯丁二烯聚合制得。结构增强材料玻璃纤维的使用则具有良好的耐热性能和机械性能，耐磨性能也不错，芳纶纤维质轻，比表面积大、强度高、耐高温、耐磨损、蓬松、与橡胶的相容性好。摩擦性能调节剂碳化硅粉具有良好的导热性，可以避免耐磨材料产生局部高温。晶体硼酸锌，硼酸铝可以降低局部温度，也可以避免局部温度过高。
按照本发明提供的一种耐磨高分子复合材料的制备方法，包括如下步骤：
a)按体积称取一定份数的橡胶基体、耐磨陶瓷材料、偶联剂、摩擦性能调节剂，其中耐磨陶瓷材料按粉状和颗粒状二种规格分别称取；
b)将称取的橡胶基体、粉状耐磨陶瓷材料和偶联剂加入开炼机进行混炼，待三者混合均匀后加入防老剂，直至混合均匀；
c)然后通过高温热辊对上述混合均匀的胶料进行热处理，并在热处理完成后冷却；
d)接着在开炼机上依次加入摩擦性能调节剂、粉状耐磨陶瓷材料、促进剂和硫化剂进行混炼，直至各胶料混合均匀；
e)胶料经过高压硫化，冷却至常温，最终经机械加工后得到耐磨制品。
优选的，所述步骤d)中还可以加入结构增强材料和/或填料和/或粘接剂。
本发明工艺配方对于不同的使用场所具有不同的配方成分和工艺步骤，下面通过三个具体实施例来举例说明，具体如下：
(1)作为磨机内衬材料，其配方成分由聚氨酯橡胶、纳米氧化铝陶瓷、偶联剂Si69、碳化硅粉、单晶硅粉粒等组成。
工艺步骤如下：a)按体积份称取聚氨酯橡胶35份，纳米氧化铝陶瓷粉325目20份，偶联剂Si69500目1.5份，纳米氧化铝陶瓷颗粒40目30份，碳化硅粉100目10份，单晶硅粉粒10000目3.5份。b)将称取的聚氨酯橡胶、纳米氧化铝陶瓷粉和偶联剂Si69加入开炼机进行混炼，待三者混合均匀后加入防老剂，直至混合均匀。c)然后通过高温热辊对上述混合均匀的胶料进行热处理，并在热处理完成后冷却。d)接着在开炼机上依次加入单晶硅粉粒、碳化硅粉、纳米氧化铝陶瓷颗粒、促进剂、硫化剂进行混炼，直至各胶料混合均匀。e)胶料经过高压硫化，冷却至常温，最终经机械加工后得到耐磨制品。
该实施例由于多种有机及无机材料科学合理的进行配合使用，从而提高了产品耐磨性，增加了使用寿命，工艺简单，适用工业化生产，具有明显的经济和社会效益。同时，其制得的耐磨件内部结合强度高，粘结强度高，提高了材料的机械强度，增加了耐磨性，延长了使用寿命。
(2)作为渣浆泵衬胶材料，其配方成分由氟乙烯橡胶、纳米氧化铝陶瓷、偶联剂Si69、碳化硅粉等组成。
工艺步骤如下：a)按体积份称取氟乙烯橡胶30份，纳米氧化铝陶瓷粉325目20份，偶联剂Si69500目1份，纳米氧化铝陶瓷颗粒40目45份，碳化硅粉100目4份。b)将称取的聚氨酯橡胶、纳米氧化铝陶瓷粉和偶联剂Si69加入开炼机进行混炼，待三者混合均匀后加入防老剂，直至混合均匀。c)然后通过高温热辊对上述混合均匀的胶料进行热处理，并在热处理完成后冷却。d)接着在开炼机上依次加入碳化硅粉、纳米氧化铝陶瓷颗粒、促进剂、硫化剂进行混炼，直至各胶料混合均匀。e)胶料经过高压硫化，冷却至常温，最终经机械加工后得到耐磨制品。
本实施例考虑到渣浆泵输送浆料的特殊性,特选用耐酸、耐碱、耐高温的氟乙烯橡胶，配合本发明方法提高了耐磨性，增加了使用寿命，具有明显的技术优势，以及可替代性。
(3)作为砂磨机搅拌盘及筒体内衬材料，其配方成分由聚氨酯橡胶、纳米氧化铝陶瓷、偶联剂Si69、碳化硅粉等组成。
工艺步骤如下：a)按体积份称取聚氨酯橡胶30份，纳米氧化铝陶瓷粉325目40份，偶联剂Si69500目2份，纳米氧化铝陶瓷颗粒40目10份，碳化硅粉100目18份。b)将称取的聚氨酯橡胶、纳米氧化铝陶瓷粉和偶联剂Si69加入开炼机进行混炼，待三者混合均匀后加入防老剂，直至混合均匀。c)然后通过高温热辊对上述混合均匀的胶料进行热处理，并在热处理完成后冷却。d)接着在开炼机上依次加入碳化硅粉、纳米氧化铝陶瓷颗粒、促进剂、硫化剂进行混炼，直至各胶料混合均匀。e)胶料经过高压硫化，冷却至常温，最终经机械加工后得到耐磨制品。
以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种耐磨高分子复合材料，其特征在于，由下列体积份数的组份配制而成：
橡胶基体 10-80份；
结构增强材料 0-25份；
耐磨陶瓷材料 5-80份；
偶联剂 0.1-10份；
填料 0-35份；
粘结剂 0-20份；
摩擦性能调节剂 0-30份。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨高分子复合材料，其特征在于：所述橡胶基体为异戊橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨高分子复合材料，其特征在于：所述结构增强材料可以是尼龙、芳纶、碳纤维、玻璃纤维、金属纤维、钢丝帘线中的任意一种，也可以是各种人造纤维或合成纤维。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨高分子复合材料，其特征在于：所述耐磨陶瓷材料为纳米氧化铝陶瓷粉、颗粒或球，其密度在2.6-6.0g/cm3之间，莫氏硬度≥5.0，氧化铝含量纯度≥60％，球形或颗粒尺寸在0.001-50mm。
5.根据权利要求1所述的一种耐磨高分子复合材料，其特征在于：所述偶联剂是指双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物Si69、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物KH-580、γ-巯丙基三甲氧基硅烷KH-590中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种耐磨高分子复合材料，其特征在于：所述摩擦性能调节剂为碳化硅粉、晶体硼酸锌、晶体硼酸铝中的一种或二种及以上混合物。
7.根据权利要求1所述的一种耐磨高分子复合材料，其特征在于：所述填料为无机陶瓷粉粒，其可以是单晶硅粉粒、硅酸锆粉粒、氧化锆粉粒、石英粉粒、石墨粉粒、石墨烯粉粒、粉粒状硼化合物中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种耐磨高分子复合材料，其特征在于：所述粘结剂为聚合陶瓷类高温粘结剂。
9.一种耐磨高分子复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)按体积称取一定份数的橡胶基体、耐磨陶瓷材料、偶联剂、摩擦性能调节剂，其中耐磨陶瓷材料按粉状和颗粒状二种规格分别称取；
b)将称取的橡胶基体、粉状耐磨陶瓷材料和偶联剂加入开炼机进行混炼，待三者混合均匀后加入防老剂，直至混合均匀；
c)然后通过高温热辊对上述混合均匀的胶料进行热处理，并在热处理完成后冷却；
d)接着在开炼机上依次加入摩擦性能调节剂、粉状耐磨陶瓷材料、促进剂和硫化剂进行混炼，直至各胶料混合均匀；
e)胶料经过高压硫化，冷却至常温，最终经机械加工后得到耐磨制品。
10.根据权利要求9所述一种耐磨高分子复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤d)中还可以加入结构增强材料和/或填料和/或粘接剂。
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