科创中国

本项目属于高性能新材料的研发领域,先后得到了河南省重点科技攻关项目(112102210249、122102210067)和郑州市二七区产学研合作项目(20121911)的经费资助。聚酰胺工程塑料具有质轻、耐腐蚀、易成型加工等优点,在机械和电子电器等领域的应用日益广泛,随着研究应用的深入,工程塑料在力学、摩擦磨损等性能不足的问题日益突出,如何提高力学性能和改善摩擦磨损特性成为亟待解决的关键问题。本项目主要针对尼龙(PA)复合材料的力学和摩擦磨损特性,围绕碳纤维(CF)增强、碱式硫酸镁晶须(MOS)填充改性、聚四氟乙烯(PTFE)减摩改性和聚合物基体辐射改性四个方面对尼龙复合材料的力学性能、摩擦磨损特性、热性能和阻燃性能的影响进行系统研究。本项目主要研究工作如下：(1)采用含不饱和官能团的硅烷偶联剂对碱式硫酸镁晶须进行表面预处理,利用60Coγ射线对碳纤维进行辐射预处理,利用高聚物共混复合技术、辐射技术制备高强度耐磨自润滑尼龙复合材料,并探讨了CF、MOS、PTFE与基体PA的相容性。(2)探讨CF、MOS、PTFE等主要组分的含量对复合材料的力学性能、摩擦学性能、阻燃性能、热性能的影响规律,研究CF、MOS、PTFE之间的协同作用规律和机制,优选出最佳含量组合。(3)研究辐射剂量、敏化剂对复合材料力学性能、摩擦学性能、阻燃性能、热性能的影响规律,探讨辐射交联技术与共混复合技术协同作用规律和机理,优选最佳辐射工艺。(4)根据不同应用场合的要求,设计和调控复合材料的力学性能、摩擦学性能、阻燃性能、热性能等,研究开发出系列自润滑尼龙复合材料。本项目研究历时4年,已获得授权国家发明专利1项,发表论文1篇(EI收录)等原创性成果,主要创新点如下：(1)分别采用硅烷偶联剂与γ预辐射对填充材料进行处理来改善与尼龙基体的相容性,并分析了其增容机理。(2)首次采用基体辐射交联改性技术与CF增强、MOS填料填充、PTFE减摩改性等共混技术相结合的方法实现尼龙复合材料的多功能化、高性能化和低成本化。阐明了CF增强机制、PTFE减摩机制、γ辐射交联机制,分析了各组分、γ辐射剂量与复合材料特性之间的关系变化规律。(3)探讨了辐射交联技术与共混复合技术协同作用规律和机理,实现尼龙复合材料不同特性的可设计性与可调控性,为制备和开发特性优异且可自行设计的尼龙复合材料零部件提供理论指导。本项目研究大大提升了PA的力学性能、摩擦学性能、阻燃性能、热性能等,本项目技术开发的尼龙基复合材料具有较优的综合性能而且成本较低,拓宽了PA使用范围,使PA有了更广阔的应用前景。本项目技术产品可用于制造在无油润滑材料领域应用的大型摩擦磨损结构件,如：汽车电器、电子化工、其他商业设备、油田设备、机械连接件等滑动机构、轴套、圆柱体轴承、球面轴承、机械凸轮,齿轮等。目前,该项技术已在我公司、洛阳轴研科技股份有限公司、苏州市普鑫特高分子材料科技有限公司和南阳开源石油机械设备有限公司等单位推广应用,实现产品在自润滑轴承、电动座椅凸轮和抽油杆扶正器等无油润滑领域的应用,经济效益和社会效益显著。本项目从不同角度研究了尼龙复合材料各组分、辐射剂量与其特性之间的作用规律和机制,相关规律和机制还有待更深入研究。针对不同应用场合要求设计和调控尼龙复合材料的力学性能、摩擦学性能等特性的方法和理论还很缺乏。产品的类型和使用领域还有待拓展和开发。