一種耐磨環(huán)及其制備方法和應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣缸技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種耐磨環(huán)及其制備方法和應用。
【背景技術(shù)】
[0002]氣缸是由缸筒、缸蓋、活塞、活塞桿和密封件組成。缸筒材料有高碳鋼、鋁合金、黃銅和不銹鋼，對于鋼管缸筒，內(nèi)表面還應鍍硬鉻，以減少摩擦阻力和磨損，并防止腐蝕?；钊菤飧字械氖軌涸瑸榉乐够钊笥覂汕幌嗷ジZ氣，設(shè)有活塞密封圈。活塞上的耐磨環(huán)可提高氣缸的導向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)通常使用聚氨酯、聚四氟乙烯等耐磨材料。而耐磨環(huán)在使用一段時間后會不可避免地出現(xiàn)磨損，而如何提高耐磨環(huán)的耐磨度，延長耐磨環(huán)的使用壽命，也是一直在研宄的課題。
[0003]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種耐磨環(huán)及其制備方法和應用，所述耐磨環(huán)采用超高分子量聚乙烯作為原料，并加入納米級無機填料、潤滑劑進行改性，大大提高了耐磨環(huán)的耐磨性能，旨在提供一種超耐磨的耐磨環(huán)，延長耐磨環(huán)的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種耐磨環(huán)，其中，所述耐磨環(huán)的原料組成，按質(zhì)量份數(shù)計，包括以下組分:
[0007]超高分子量聚乙烯100份；
[0008]潤滑劑0.1?10份;
[0009]填充料10?60份；
[0010]聚乙烯5?40份；
[0011]減摩材料5?40份；
[0012]納米無機填料0.1?20份。
[0013]所述的耐磨環(huán)，其中，所述超高分子量聚乙烯為平均分子量為150萬?800萬；所述潤滑劑為聚乙烯蠟、石蠟、硬脂酸、硬脂酸鈣、硬脂酸鋇、硬脂酸鋅中的一種或多種；所述填充料為玻璃微珠、陶瓷微珠、氧化鋁、碳化硅、碳化硼中的一種或多種；所述減摩材料為石墨、二硫化鉬、硫化銅、青銅粉中的一種或多種；所述聚乙烯為高壓聚乙烯、低壓聚乙烯中的一種或多種；所述納米無機填料為納米二氧化硅、納米氧化鋁、納米滑石粉、納米碳酸鈣、納米蒙脫土中的一種或多種。
[0014]所述的耐磨環(huán)，其中，所述填充料經(jīng)過偶聯(lián)劑活化處理；
[0015]所述偶聯(lián)劑活化處理的過程為取填充料的總質(zhì)量0.5-3.5%的偶聯(lián)劑，用無水乙醇按照8-12:1的體積比進行稀釋偶聯(lián)劑；邊攪拌填充料邊加入偶聯(lián)劑/無水乙醇混合溶液，待溶液全部倒入后繼續(xù)攪拌數(shù)分鐘，再放入設(shè)定溫度90± 10°C的烘箱中干燥，取出后研細，備用；
[0016]所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑中的一種或多種。
[0017]所述的耐磨環(huán)，其中，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑。
[0018]一種如上所述的耐磨環(huán)的制備方法，其中，包括以下步驟:
[0019]按比例配備超高分子量聚乙烯與潤滑劑，高速攪拌至40?60°C或8?15分鐘；再加入聚乙烯、減摩材料、納米無機填料和已經(jīng)過偶聯(lián)劑活化處理的填充料，高速攪拌3?5分鐘，出料；
[0020]通過擠出機擠出耐磨環(huán)管狀坯料或帶狀坯料；
[0021]耐磨環(huán)管狀坯料經(jīng)切割、磨削加工制成所述耐磨環(huán)，或?qū)⒛湍キh(huán)帶狀坯料經(jīng)切割、熱卷成圈、磨削制成所述耐磨環(huán)。
[0022]所述的耐磨環(huán)的制備方法，其中，所述擠出過程采用單螺桿或雙螺桿擠出機，擠出機的溫度從輸送段到機頭模依次為125±5°C，160±5°C，250?290°C，230?265°C，180?220 °C，190 ?235 °C，195 ?240 °C，200 ?250 °C，190 ?235 °C。
[0023]所述的耐磨環(huán)的制備方法，其中，所述偶聯(lián)劑活化處理的過程為取填充料的總質(zhì)量0.5-3.5%的偶聯(lián)劑，用無水乙醇按照8-12:1的體積比進行稀釋偶聯(lián)劑；邊攪拌填充料邊加入偶聯(lián)劑/無水乙醇混合溶液，待溶液全部倒入后繼續(xù)攪拌數(shù)分鐘，再放入設(shè)定溫度90±10°C的烘箱中干燥，取出后研細，備用；
[0024]所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑中的一種或多種。
[0025]所述的耐磨環(huán)的制備方法，其中，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑。
[0026]一種如上所述的耐磨環(huán)的應用，其中，將所述耐磨環(huán)用作氣缸或液壓油缸的耐磨環(huán)。
[0027]有益效果:本發(fā)明所提供的耐磨環(huán)采用分子量150萬以上的超高分子量聚乙烯為原料，并加入納米級無機填料、潤滑劑進行改性，解決了所述超高分子量聚乙烯熔體粘度極高，加工困難的難題，可以通過擠出機擠出成型。超高分子量聚乙烯因分子量高而具有其它塑料無可比擬的優(yōu)異的耐沖擊、耐磨損、自潤滑性、耐化學腐蝕等性能，耐磨性是碳鋼的7?10倍，不銹鋼的4倍，是已知塑料材料中最耐磨的，而且還可以防止對磨材料的磨損。由于采用超高分子量聚乙烯復合材料作為耐磨環(huán)的原料，使得本發(fā)明耐磨環(huán)具有高的機械強度和耐沖擊性，優(yōu)良的耐磨損性與耐化學腐蝕性，其耐磨損性與現(xiàn)有最耐磨的聚氨酯耐磨環(huán)相比，使用壽命提高近2倍，顯著提高了耐磨環(huán)的使用壽命，可將所述耐磨環(huán)用作氣缸或液壓油缸的耐磨環(huán)。而且耐磨環(huán)表面的摩擦系數(shù)低、表面光滑，還可以防止缸筒的磨耗。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明提供一種耐磨環(huán)及其制備方法和應用，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]本發(fā)明所提供的一種耐磨環(huán)，其原料組成，按質(zhì)量份數(shù)計，包括以下組分:
[0030]超高分子量聚乙烯100份；
[0031]潤滑劑0.1?10份;
[0032]填充料10?60份；
[0033]聚乙烯5?40份；
[0034]減摩材料5?40份；
[0035]納米無機填料0.1?20份。
[0036]所述超高分子量聚乙烯為平均分子量為150萬?800萬的超高分子量聚乙烯。本發(fā)明中通過加入了納米級無機填料、潤滑劑對所述超高分子量聚乙烯進行改性，解決了所述超高分子量聚乙烯熔體粘度極高，加工困難的難題，可以通過擠出機擠出成型。
[0037]所述潤滑劑可以選取聚乙烯蠟、石蠟、硬脂酸、硬脂酸鈣、硬脂酸鋇、硬脂酸鋅中的一種或多種。潤滑劑充分吸附在超高分子量聚乙烯粉料表面，在聚合物內(nèi)部起著降低聚合物分子間內(nèi)聚力的作用，從而改善超高分子量聚乙烯熔料的內(nèi)摩擦生熱和熔體的流動性。
[0038]所述填充料可以選取玻璃微珠、陶瓷微珠、氧化鋁、碳化硅、碳化硼中的一種或多種。填充料可以提高氣缸耐磨環(huán)的整體性能，可使表面硬度、剛度、蠕變性、彎曲強度、熱變形溫度得以較好地改善；具有一定的補強作用，增加氣缸耐磨環(huán)的強度和耐磨性。
[0039]所述填充料在投入使用前會經(jīng)過偶聯(lián)劑活化處理的，由于偶聯(lián)劑極性基團的存在，在填充料和超高分子量聚乙烯分子鏈間的范德華力由單純的色分散力轉(zhuǎn)變?yōu)樯稚⒘诱T導力，再加上偶聯(lián)劑分子與超高分子量聚乙烯鏈的纏結(jié)作用，這樣填充料在超高分子量聚乙烯基體中起到了物理交聯(lián)點的作用，并融入了超高分子量聚乙烯的分子鏈纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)。
[0040]所述偶聯(lián)劑可以是硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑中的一種或多種，優(yōu)選地選用硅烷偶聯(lián)劑(KH550)。所述偶聯(lián)劑活化處理的過程為取填充料總質(zhì)量0.5-3.5%偶聯(lián)劑，用無水乙醇8-12:1(體積比)進行稀釋偶聯(lián)劑。將稱好的填充料放入高速攪拌機進行攪拌，邊攪拌邊加入偶聯(lián)劑/無水乙醇混合溶液，待溶液全部倒入后繼續(xù)攪拌3?8分鐘，排出填充料，再放入設(shè)定溫度90± 10°C的烘箱中干燥數(shù)小時，取出后研細放置在密閉容器中備用。
[0041]所述的減摩材料為石墨、二硫化鉬、硫化銅、青銅粉中的一種或多種。固體潤滑劑與超高分子量聚乙烯復合，使?jié)櫥瑒┰谀Σ吝^程中逐漸進入摩擦界面起潤滑作用，可達到控制超高分子量聚乙烯摩擦與磨損的目的，而且可以改善填充料加入后摩擦系數(shù)增大造成滑動性的損失。
[0042]所述聚乙烯為高壓聚乙烯、低壓聚乙烯中的一種或多種。本發(fā)明中優(yōu)選地加入高壓聚乙烯與超高分子量聚乙烯共混，解決了超高分子量聚乙烯屈撓性差、脆性大容易折斷等缺陷，提高了耐磨環(huán)的斷裂伸長率和韌性，使制成的耐磨環(huán)具有良好的屈撓性能。
[0043]所述納米無機填料可以選取二氧化硅、納米氧化鋁、納米滑石粉、納米碳酸鈣、納米蒙脫土中的一種或多種。由于納米無機填料其納米尺寸效應、大的比表面積以及強的界面相互作用，