CN104987670A - 一种耐磨复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐磨复合材料，将氟化镱、硫代乙酰胺、三甲基硅氧基硅酸酯混合均匀，得到混合物；依次将1,3,5-三缩水甘油-S-三嗪三酮、无机纤维加入混合物中，搅拌4小时，然后加入异氰酸酯固化剂，于60℃搅拌2小时；最后加入耐热树脂预聚物、高粘树脂预聚物，于120℃搅拌6小时，得到模压复合物；再将模压复合物置入模具中，模压工艺为150℃/2h+180℃/1h，即得到耐磨复合材料。本发明公开的制备方法中原料来源广泛，制备过程简单可控只需常规操作，易于产业化。
Description
技术领域
本发明属于新型复合材料技术领域，具体涉及一种耐磨复合材料，具有高强的耐磨性。
背景技术
耐磨材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造农业、化工、建材等传统产业具有十分重要的作用。耐磨材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。
据统计，国内每年消耗金属耐磨材料约达300万吨以上。应用摩擦磨损理论防止和减轻摩擦磨损，每吨可节约150亿美元。近年来，针对设备磨损的具体工况和资源情况，研制出多种新型耐磨材料。随着耐磨材料行业的发展进步，我国在引进的基础上发展了结合国情的新型耐磨材料技术，并将其应用于铸件质量标准化中，对提高我国耐磨铸件等机械设备领域的整体水平起到了积极作用。
耐磨材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，耐磨材料约占 85 % 。随着信息社会的到来，特种耐磨材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。目前耐磨材料主要有以下几大类：耐磨球、耐磨钢板、耐磨焊条、耐磨陶瓷、耐磨地坪、耐磨橡胶、耐磨管道、耐磨轴承、耐磨焊材、耐磨铸件、铸石、高分子等其它耐磨材料。随着上游产业要求越来越高，从以往的量需逐渐演变至今的质需，据统计，2006年-2010年耐磨球需求量从85万吨增长到150万吨。近年来，国内经济高速发展，高速路，建筑业需求量大，水泥生产量逐年加大，水泥业提升产量，耐磨球的属性要求也相应提升，从低铬含量发展到高铬含量，乃至更高研磨效率的耐磨球亟待研发出来，但是国内的耐磨球厂家多为民营企业，资金有限，技术研究创新实力不足，很难创出品牌提升产品效益，与国际水平差距化逐渐拉大。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐磨复合材料，其具有优异的耐磨性能，特别是热性能优异，在高温条件下依然抗摩擦。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种耐磨复合材料，由模压复合物模压后制成；所述模压复合物由以下重量份的原料熔融混合制得：
耐热树脂预聚物 100份
高粘树脂预聚物 190～205份
氟化镱 28～30份
硫代乙酰胺 25～32份
三甲基硅氧基硅酸酯 6～8份
1,3,5-三缩水甘油-S-三嗪三酮 16～22份
异氰酸酯固化剂 2～3份
无机纤维 2～5份
所述耐热树脂预聚物由质量比为1︰0.1的氰酸酯单体与乙烯单体预聚得到；
所述高粘树脂预聚物由质量比为1︰0.4的环氧树脂与丁二酸酐预聚得到。
本发明中，所述无机纤维为碳化硅纤维。
本发明中，氰酸酯单体为双酚A型氰酸酯单体，粘接好，反应性好；乙烯基单体的结构式为 ；优选将双酚A型氰酸酯单体与乙烯基单体于125℃反应45分钟，得到耐热树脂预聚物。该预聚体固化后常温下稳定，在收到外界大力摩擦时，在氟化镱、硫代乙酰胺等其他组份促进下会进一步交联，与无机纤维缠结，克服了传统高分子材料耐磨差的缺陷，提高复合材料的耐磨性。
本发明中，环氧树脂为多官能团环氧树脂，耐热性较好，反应性强，稳定性好，比如邻甲酚醛环氧树脂、苯酚酚醛环氧树脂、双酚A甲醛酚醛环氧树脂、联苯型环氧树脂、三酚羟基甲烷酚醛环氧树脂。将环氧树脂与丁二酸酐于130℃反应60分钟，得到高粘树脂预聚物。所述环氧树脂的环氧当量为120～230g/eq；优选为160～210g/eq。该预聚物能与氰酸酯链段发生反应形成缠结，在1,3,5-三缩水甘油-S-三嗪三酮以及固化剂的串联下，交联密度提升很大，增加了体系的强度，克服了传统环氧树脂偏软的缺陷，提升体系耐磨性。
优选的，所述异氰酸酯固化剂为HDI硬化剂，HDI硬化剂应用于本发明的耐磨材料体系中，与高分子树脂混合，相容性好；其与树脂官能团反应，可以增加材料的韧性和耐高温性，保证复合材料的力学性，抗摩擦性。
HDI硬化剂的结构式为：
。
本发明中，有机物体系为复合材料的主要粘接成分，预聚物的预聚程度对于复合材料表现的有机无机相容性有重要影响，特别关系到材料的高温抗磨性；预聚程度低了导致材料固化速度较慢，不利于体系交联密度的提高，高了树脂体系对无机填充物的润湿性能不佳，造成体系诸多缺陷。本发明的有机物体系不仅具有有效固化的功能，而且高温时不会熔化导致耐磨失效。
本发明中，将氟化镱、硫代乙酰胺、三甲基硅氧基硅酸酯混合均匀，得到混合物；依次将1,3,5-三缩水甘油-S-三嗪三酮、无机纤维加入混合物中，搅拌4小时，然后加入异氰酸酯固化剂，于60℃搅拌2小时；最后加入耐热树脂预聚物、高粘树脂预聚物，于120℃搅拌6小时，得到模压复合物；再将模压复合物置入模具中，模压工艺为150℃/2h+180℃/1h，即得到耐磨复合材料。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:
1．本发明利用的模压复合物组成合理，各组成分之间相容性好，由此制备得到了耐磨复合材料，具有良好的抗氧化性、互相粘接性能，特别具有优异的耐热性能和耐摩擦性能，满足耐磨复合材料的发展应用。
2．本发明公开的制备耐磨复合材料原料中，原料简单易得，无需现有技术的复杂反应，制备的复合材料具有优异的耐磨性能，体系中有机成分互相配合，小分子促进高聚物的交联，并参与形成交联点，固化效果好，提升交联密度；在受摩擦时，一方面填料，特别是氟化镱增加体系的耐磨性能，另一方面小分子化合物催化大分子有机物进一步反应，形成稳定的结构，高温耐磨稳定性强，取得了意想不到的效果；而且避免了现有技术中耐磨材料受热熔化导致耐磨失效的缺陷。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例
将100g双酚A型氰酸酯单体与10g乙烯基单体于125℃反应45分钟，得到耐热树脂预聚物；乙烯基单体的结构式为。
将200g环氧树脂与80g丁二酸酐于130℃反应60分钟，得到高粘树脂预聚物。实施例一至五所用环氧树脂为邻甲酚醛环氧树脂、苯酚酚醛环氧树脂、双酚A甲醛酚醛环氧树脂、联苯型环氧树脂、三酚羟基甲烷酚醛环氧树脂。
根据表1的质量组成，将氟化镱、硫代乙酰胺、三甲基硅氧基硅酸酯混合均匀，得到混合物；依次将1,3,5-三缩水甘油-S-三嗪三酮、无机纤维加入混合物中，搅拌4小时，然后加入异氰酸酯固化剂，于60℃搅拌2小时；最后加入耐热树脂预聚物、高粘树脂预聚物，于120℃搅拌6小时，得到模压复合物；再将模压复合物置入模具中，模压工艺为150℃/2h+180℃/1h，即得到耐磨复合材料。
表1 原料质量
注：对比例一的耐热树脂预聚物为实施例一的耐热树脂预聚物；对比例二的耐热树脂预聚物为实施例三的耐热树脂预聚物；对比例二的高粘树脂预聚物为纯苯酚酚醛环氧树脂预聚物。
性能测试
利用维卡热变形仪测试热变形温度（CTE/℃）；利用电子万能试验机测试弯曲强度（Rt/MPa）；利用液晶式摆锤冲击试验机测试冲击强度（α/KJ/m2）；利用3M 600胶带，拉拔涂层测试附着力；利用热失重仪测试初始分解温度（T0/℃）；利用512橡皮，500gf测试耐磨性（R/次）；利用三销/盘型卡塞试验机进行磨损量测试（5MPa/900rpm）。
上述耐磨复合材料的性能测试结果见表2。
表2 耐磨复合材料的性能
综上，本发明公开的耐磨复合材料组成合理，各组成分之间相容性好，由此制备得到了耐磨复合材料，具有良好的抗氧化性、力学性能，特别具有优异的耐磨性能、耐热性能，满足耐磨复合材料的发展应用。
Claims (8)
1.一种耐磨复合材料，其特征在于，由模压复合物模压后制成；所述模压复合物由以下重量份的原料熔融混合制得：
耐热树脂预聚物 100份
高粘树脂预聚物 190～205份
氟化镱 28～30份
硫代乙酰胺 25～32份
三甲基硅氧基硅酸酯 6～8份
1,3,5-三缩水甘油-S-三嗪三酮 16～22份
异氰酸酯固化剂 2～3份
无机纤维 2～5份
所述耐热树脂预聚物由质量比为1︰0.1的氰酸酯单体与乙烯单体预聚得到；
所述高粘树脂预聚物由质量比为1︰0.4的环氧树脂与丁二酸酐预聚得到。
2.根据权利要求1所述耐磨复合材料，其特征在于，所述氰酸酯树脂为双酚A型氰酸酯树脂；环氧树脂为多官能团环氧树脂。
3.根据权利要求2所述耐磨复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为邻甲酚醛环氧树脂、苯酚酚醛环氧树脂、双酚A甲醛酚醛环氧树脂、联苯型环氧树脂、三酚羟基甲烷酚醛环氧树脂。
4.根据权利要求1所述耐磨复合材料，其特征在于，所述无机纤维为碳化硅纤维。
5.根据权利要求1所述耐磨复合材料，其特征在于，所述异氰酸酯固化剂为HDI硬化剂。
6.根据权利要求1所述耐磨复合材料，其特征在于，所述耐热树脂预聚物由双酚A型氰酸酯单体与乙烯基单体于125℃反应45分钟得到。
7.根据权利要求1所述耐磨复合材料，其特征在于，所述高粘树脂预聚物由环氧树脂与丁二酸酐于130℃反应60分钟得到。
8.根据权利要求1所述耐磨复合材料，其特征在于，所述乙烯基单体的结构式为 。
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