負(fù)載型層狀硅酸鹽/氟橡膠基摩擦材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及磨擦材料，具體涉及一種負(fù)載型層狀硅酸鹽/氟橡膠基摩擦材料及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車工業(yè)、精密機(jī)械和航空航天等領(lǐng)域的發(fā)展，滑動(dòng)或滾動(dòng)零部件高速運(yùn)行 下要求具有持久的穩(wěn)定性和使用壽命。聚合物材料具有自潤滑、耐疲勞和耐腐蝕等性能，在 其摩擦材料優(yōu)化設(shè)計(jì)中，納米粒子因其小平均粒徑和高比表面積，顯示出獨(dú)特的小尺寸及 表面效應(yīng)，具有常規(guī)尺度材料無可比擬的性能。
[0003] 目前，國內(nèi)外研宄者多采用不同尺度和維度的多種粒子組合來調(diào)控聚合物摩擦特 性，特別是短切碳纖維/石墨/納米粒子（Zr02、Cu0和Si3N4等）已成為一種摩擦填料配 合設(shè)計(jì)方法。多種填料組合能發(fā)揮各組分的協(xié)同效應(yīng)，使聚合物轉(zhuǎn)移膜中產(chǎn)生納米滾動(dòng)摩 擦，能顯著提高其耐磨性，但納米粒子的強(qiáng)團(tuán)聚趨勢，傳統(tǒng)機(jī)械分散方法難以使該粒子均勻 分散于基體中，從而存在亞微米或微米級軟團(tuán)聚體，增加了基體材料的體缺陷，降低了其力 學(xué)性能。為了提高納米粒子在聚合物基體中的分散性，研宄者們探索了表面活性劑、表面沉 積、偶聯(lián)劑及表面接枝等改性手段來降低納米粒子之間相互作用和表面能、改善其分散狀 況，但不能有效地改善納米粒子間團(tuán)聚及其與基體間界面強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對目前利用納米粒子改性聚合物基摩擦材料的制 備工藝時(shí)，納米粒子因高比表面能而團(tuán)聚，從而降低聚合物復(fù)合材料力學(xué)和耐磨性能的不 足，提供一種利于提高納米粒子在摩擦材料中的均勻分散性，同時(shí)以不同尺度和維度的微 納米協(xié)同改性聚合物復(fù)合材料摩擦性能的負(fù)載型層狀硅酸鹽/氟橡膠基摩擦材料及其制 備方法。
[0005] 本發(fā)明所述的負(fù)載型層狀硅酸鹽/氟橡膠基摩擦材料，它由下述重量配比的組分 構(gòu)成：
[0006] 氟橡膠100、炭黑5~15、負(fù)載型層狀硅酸鹽5~15、硫化劑1~4、促進(jìn)劑2~6、 吸酸劑3~6 ;
[0007] 所述負(fù)載型層狀硅酸鹽按以下方法進(jìn)行制備：
[0008] 取干燥的層狀硅酸鹽載體置于容器中，加入金屬鹽溶液，攪拌1~2h，浸漬24~ 48h，過濾，濾餅干燥，焙燒；焙燒后的濾餅重復(fù)上述浸漬操作，直至層狀硅酸鹽載體的負(fù)載 量達(dá)到10~20w/w%，得到負(fù)載層狀硅酸鹽；所得負(fù)載型層狀硅酸鹽置于容器中，加入去 離子水、六偏磷酸鈉、偶聯(lián)劑和無水乙醇，攪拌均勻，于80~KKTC回流反應(yīng)，反應(yīng)完成后過 濾，濾餅干燥，研磨，即得到負(fù)載型層狀硅酸鹽。
[0009] 上述負(fù)載型層狀硅酸鹽的制備方法中，所述層狀硅酸鹽載體的選擇與現(xiàn)有技術(shù)相 同，優(yōu)選為海泡石和/或蒙脫土；當(dāng)層狀硅酸鹽載體的選擇為海泡石和蒙脫土的組合時(shí)，海 泡石和蒙脫土之間的配比可以是任意配比。
[0010] 上述負(fù)載型層狀硅酸鹽的制備方法中，所述的金屬鹽溶液可以是Fe(N03)3、 Cu(N03) 2和Ni(Ac) 2中的一種或兩種以上的組合，當(dāng)金屬鹽溶液的選擇為上述兩種以上的 組合時(shí)，它們之間的配比可以為任意配比。所述金屬鹽溶液的濃度可以根據(jù)具體情況進(jìn)行 確定，優(yōu)選可以是1~6mol/L，更優(yōu)選是2~4mol/L〇
[0011] 上述負(fù)載型層狀硅酸鹽的制備方法中，所述負(fù)載層狀硅酸鹽、去離子水、六偏磷酸 鈉、偶聯(lián)劑和無水乙醇的重量比為2~20 :200~700 :1~5 :1~5 :50~200,優(yōu)選為5~ 15 :300~600 :2~3 :2~4 :100~150。在將負(fù)載層狀硅酸鹽、去離子水、六偏磷酸鈉、偶 聯(lián)劑和無水乙醇按上述配比混合均勻后，此時(shí)體系的pH為2~4,體系在該pH值范圍內(nèi)更 有利于偶聯(lián)劑水解反應(yīng)的進(jìn)行。
[0012] 上述負(fù)載型層狀硅酸鹽的制備方法中，所述的偶聯(lián)劑通常為偶聯(lián)劑K570或Si69。 所述的焙燒通常在300~500°C條件進(jìn)行，煅燒的時(shí)間通常為4~6h。所述回流反應(yīng)是否 完全可采用薄層層析跟蹤檢測，在上述限定條件下，反應(yīng)至完全大約需要2~4h的時(shí)間。
[0013] 上述負(fù)載型層狀硅酸鹽/氟橡膠基摩擦材料的配方中，各組分的重量配比優(yōu)選 為：
[0014] 氟橡膠100、炭黑8~12、負(fù)載型層狀硅酸鹽8~12、硫化劑2~3、促進(jìn)劑3~5、 吸酸劑4~5。
[0015] 上述負(fù)載型層狀硅酸鹽/氟橡膠基摩擦材料的配方中，所述的氟橡膠為26型氟橡 膠或四丙氟橡膠。
[0016] 上述負(fù)載型層狀硅酸鹽/氟橡膠基摩擦材料的配方中，所述的炭黑為N-774炭黑 和/或N-990炭黑，當(dāng)炭黑的選擇為N-774炭黑和N-990炭黑的組合時(shí)，它們之間的配比可 以為任意配比。
[0017] 上述負(fù)載型層狀硅酸鹽/氟橡膠基摩擦材料的配方中，所述的硫化劑可以是 2, 2-雙（4羥基苯基）六氟丙烷（雙酚AF)、過氧化二異丙苯（DCP)和2, 2-雙（4-羥苯基） 丙烷（雙酚A)的任意一種。
[0018] 上述負(fù)載型層狀硅酸鹽/氟橡膠基摩擦材料的配方中，所述的促進(jìn)劑可以是芐基 三苯基氯化磷（BPP)、異氰脲酸三烯丙酯（TAIC)和N，N'-間苯撐雙馬來酰亞胺（PDM)的 任意一種或兩種以上的組合，當(dāng)促進(jìn)劑為上述兩種以上的選擇時(shí)，它們之間的配比可以為 任意配比。
[0019] 上述負(fù)載型層狀硅酸鹽/氟橡膠基摩擦材料的配方中，所述的吸酸劑通常為氧化 鎂。
[0020] 本發(fā)明還包括上述負(fù)載型層狀硅酸鹽/氟橡膠基摩擦材料的制備方法，包括以下 步驟：
[0021] 1)取干燥的層狀硅酸鹽載體置于容器中，加入金屬鹽溶液，攪拌1~2h，浸漬 24~48h，過濾，濾餅干燥，焙燒；焙燒后的濾餅重復(fù)上述浸漬操作，直至層狀硅酸鹽載體的 負(fù)載量達(dá)到10~20w/w%，得到負(fù)載層狀硅酸鹽；所得負(fù)載型層狀硅酸鹽置于容器中，加入 去離子水、六偏磷酸鈉、偶聯(lián)劑和無水乙醇，攪拌均勻，于80~KKTC回流反應(yīng)，反應(yīng)完成后 過濾，濾餅干燥，研磨，即得到負(fù)載型層狀硅酸鹽；
[0022] 2)按配方稱取氟橡膠、炭黑、負(fù)載型層狀硅酸鹽、硫化劑、促進(jìn)劑和吸酸劑，置于開 煉機(jī)混煉，薄通，下片；冷卻后進(jìn)行硫化，即得到所述的負(fù)載型層狀硅酸鹽/氟橡膠基摩擦 材料。
[0023] 上述制備方法的步驟1)中，所述層狀硅酸鹽載體的選擇與現(xiàn)有技術(shù)相同，優(yōu)選為 海泡石和/或蒙脫土；當(dāng)層狀硅酸鹽載體的選擇為海泡石和蒙脫土的組合時(shí)，海泡石和蒙 脫土之間的配比可以是任意配比。
[0024] 上述制備方法的步驟1)中，所述的金屬鹽溶液可以是Fe(N03)3、Cu(N03) 2和 Ni(Ac) 2中的一種或兩種以上的組合，當(dāng)金屬鹽溶液的選擇為上述兩種以上的組合時(shí)，它們 之間的配比可以為任意配比。所述金屬鹽溶液的濃度可以根據(jù)具體情況進(jìn)行確定，優(yōu)選可 以是1~6mol/L，更優(yōu)選是2~4mol/L〇
[0025] 上述制備方法的步驟1)中，所述負(fù)載層狀硅酸鹽、去離子水、六偏磷酸鈉、偶聯(lián)劑 和無水乙醇的重量比為2~20 :200~700 :1~5 :1~5 :50~200,優(yōu)選為5~15 :300~ 600 :2~3 :2~4 :100~150。在將負(fù)載層狀硅酸鹽、去離子水、六偏磷酸鈉、偶聯(lián)劑和無 水乙醇按上述配比混合均勻后，此時(shí)體系的pH為2~4,體系在該pH值范圍內(nèi)更有利于偶 聯(lián)劑水解反應(yīng)的進(jìn)行。
[0026] 上述負(fù)載型層狀硅酸鹽的制備方法中，所述的偶聯(lián)劑通常為偶聯(lián)劑K570或Si69。 所述的焙燒通常在300~500°C條件進(jìn)行，煅燒的時(shí)間通常為4~6h。所述回流反應(yīng)是否 完全可采用薄層層析跟蹤檢測，在上述限定條件下，反應(yīng)至完全大約需要2~4h的時(shí)間。
[0027] 上述制備方法的步驟2)中，所述在開煉機(jī)中的混煉操作與現(xiàn)有技術(shù)相同，所述 的硫化操作與現(xiàn)有技術(shù)相同。具體地，本申請優(yōu)選采用以下硫化工藝：一段硫化：150~ 160°CX30 ~40min，二段硫化：220°CX4h。
[0028] 本發(fā)明所述方法的步驟2)中，所述的氟橡膠為26型氟橡膠或四丙氟橡膠；所述 的炭黑為N-774炭黑和/或N-990炭黑，當(dāng)炭黑的選擇為N-774炭黑和N-990炭黑的組合 時(shí)，它們之間的配比可以為任意配比；所述的硫化劑可以是2, 2-雙（4羥基苯基）六氟丙烷 (雙酚AF)、過氧化二異丙苯（DCP)和2, 2-雙（4-羥苯基）丙烷（雙酚A)的任意一種；所 述的促進(jìn)劑可以是芐基三苯基氯化磷（BPP)、異氰脲酸三烯丙酯（TAIC)和N，f-間苯撐 雙馬來酰亞胺（PDM)的任意一種或兩種以上的組合，當(dāng)促進(jìn)劑為上述兩種以上的選擇時(shí)， 它們之間的配比可以為任意配比；所述的吸酸劑通常為氧化鎂。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種負(fù)載型層狀硅酸鹽/氟橡膠基摩擦材料及其 制備方法。本發(fā)明在將微米和納米粒子共混過程物理分散之前，利用浸漬法將納米粒子均 勻分散于微米粒子內(nèi)部及表面，構(gòu)成負(fù)載型微納米復(fù)合粒子（即負(fù)載型層狀硅酸鹽），該粒 子易于實(shí)現(xiàn)在基體中的物理分散，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了納米粒子的均勻分散，從而能夠更充分地發(fā) 揮納米粒子的減磨耐磨作用，使所得材料在具有較低的磨擦系數(shù)的同時(shí)具有較好地力學(xué)性 能。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的負(fù)載型層狀硅酸鹽（即負(fù)載型海泡石）的XRD圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制得的負(fù)載型層狀硅酸鹽/氟橡膠基摩擦材料進(jìn)行磨擦后 的摩擦表面形貌（SEM圖，1000X)。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的