一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料及其制备方法

本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、触土部件工作环境恶劣，与土壤颗粒、作物根系茎秆、酸碱颗粒等直接摩擦接触，从而出现磨损、裂纹以及断裂等损伤失效。据统计，由耐磨性不足引起的触土部件失效占比约50％。此外，高磨粒磨损和粘附在刀具表面的土壤，会导致刀片几何形状发生改变，严重影响触土部件切土能力、增加功耗、降低作业质量。因此，有针对性地提高刀片的抗冲击性、耐磨性和脱附性是触土部件减阻延寿的重要举措。

2、目前，针对触土部件耐磨性不足的问题，主要通过激光熔覆、堆焊、等离子喷涂以及物理气相沉积等技术，在部件表面构筑高硬度复合涂层和陶瓷涂层，以提升触土部件的耐磨性和使用寿命。然而，这些技术所涉及的设备和工艺复杂导致使用成本增加，同时可能引发土壤环境中的重金属污染等问题，而超高分子量聚乙烯等工程塑料自身具有良好的耐磨性和疏水性，在农业装备中展现出广泛的应用前景，因此，提出一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料及其制备方法来提高触土部件的耐磨性、抗冲击性和脱附性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料及其制备方法，以解决触土部件耐磨性、抗冲击性和脱附性能不足的技术问题。

2、本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：

3、一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料，包括以下质量百分数的组分：85％超高分子量聚乙烯、5％纳米碳化硅、10％超细全硫化粉末羧基丁腈橡胶、总质量5％辅助增容剂。

4、优选的，所述超高分子量聚乙烯分子量为500万，其平均粒径120μm、纳米碳化硅的平均粒径60nm、超细全硫化粉末羧基丁腈橡胶的粒径30-50μm，所述羧基丁腈胶乳是以由丁二烯、丙烯腈和有机酸(丙烯酸、甲基丙烯酸等)三元共聚而成，相对密度0.98～0.99。

5、优选的，所述辅助增容剂为马来酸酐接枝高密度聚乙烯。

6、一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料制备方法，包括以下步骤：

7、步骤1：将干燥原料按照设定比例称取，放入高速分散机分散，形成分散粉末；

8、步骤2：将分散粉末及辅助增容剂加入测量型混合器中高温机械熔融共混，形成混合粉末；

9、步骤3：将混合粉末放入模具中，采用平板硫化机热压成型后冷却脱模。

10、优选的，所述步骤1中的干燥原料为80目标准筛后并烘箱干燥的原料粉末，所述步骤1中机械分散为多次分散。

11、优选的，所述步骤2中熔融共混温度为177℃，转速为60rpm，混合1h。

12、优选的，所述步骤2中混合粉末为熔融共混结束后将混合物放入高速粉碎机中粉碎5min，后用40目标准筛去除大颗粒后制得的粉末。

13、优选的，所述步骤3中模具温度到110-120℃时，通过平板硫化机加压和减压进行模具内排气6次以上。

14、优选的，所述步骤3中热压成型温度为190℃，压力为6mpa，保温时间为1h，保温时间结束后，停止模具加热，随平板硫化机冷却至室温，冷却期间保持模具压力，冷却完成后进行脱模，脱模后将试样静置12h，静置完成后可以利用车床、铣床等机械加工方式，将试样加工至需要尺寸。

15、本发明的有益效果是：

16、1.本发明中，利用碳化硅的强度高、耐磨损，作为增强改性填料，有效减少耐磨复合材料的磨损同时提升机械强度和承载能力；利用超细全硫化粉末羧基丁腈橡胶的弹性和耐磨损，作为增韧改性填料，有效提升耐磨复合材料的耐磨性同时提升抗塑性变形能力和脱附能力，进而改善耐磨复合材料的减摩抗磨性能。制备的超高分子量聚乙烯耐磨复合材料在干摩擦工况下摩擦系数和砂浆磨损工况下质量磨损率均有显著改善，当作为触土部件防护材料时，可有效提高触土部件的使用寿命。

技术特征：

1.一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料，其特征在于：复合材料由超高分子量聚乙烯、纳米碳化硅、超细全硫化粉末羧基丁腈橡胶及辅助增容剂通过高温热压成型。

2.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料，其特征在于，按重量百分比包括以下成分：85％超高分子量聚乙烯、5％纳米碳化硅、10％超细全硫化粉末羧基丁腈橡胶、总质量5％辅助增容剂。

3.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯分子量为500万，其平均粒径120μm、纳米碳化硅的平均粒径60nm、超细全硫化粉末羧基丁腈橡胶的粒径30-50μm。

4.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料，其特征在于：所述辅助增容剂为马来酸酐接枝高密度聚乙烯。

5.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料制备方法，其特征在于：所述步骤1中的干燥原料为80目标准筛后并烘箱干燥的原料粉末，所述步骤1中机械分散为多次分散。

7.根据权利要求5所述的一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料制备方法，其特征在于：所述步骤2中熔融共混温度为177℃，转速为60rpm，混合1h。

8.根据权利要求5所述的一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料制备方法，其特征在于：所述步骤2中混合粉末为熔融共混结束后将混合物放入高速粉碎机中粉碎5min，后用40目标准筛去除大颗粒后制得的粉末。

9.根据权利要求5所述的一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料制备方法，其特征在于：所述步骤3中模具温度到110-120℃时，通过平板硫化机加压和减压进行模具内排气6次以上。

10.根据权利要求5所述的一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料制备方法，其特征在于：所述步骤3中热压成型温度为190℃，压力为6mpa，保温时间为1h，保温时间结束后，停止模具加热，随平板硫化机冷却至室温，冷却期间保持模具压力，冷却完成后进行脱模，脱模后将试样静置12h。

技术总结本发明提供一种超高分子量聚乙烯耐磨复合材料及其制备方法，涉及高分子材料领域，包括以下质量百分数的组分：85％超高分子量聚乙烯、5％纳米碳化硅、10％超细全硫化粉末羧基丁腈橡胶，利用碳化硅的强度高、耐磨损，作为增强改性填料，有效减少耐磨复合材料的磨损同时提升机械强度和承载能力；利用超细全硫化粉末羧基丁腈橡胶的弹性和耐磨损，作为增韧改性填料，有效提升耐磨复合材料的耐磨性同时提升抗塑性变形能力和脱附能力，进而改善耐磨复合材料的减摩抗磨性能。制备的超高分子量聚乙烯耐磨复合材料在干摩擦工况下摩擦系数和砂浆磨损工况下质量磨损率均有显著改善，当作为触土部件防护材料时，可有效提高触土部件的使用寿命。技术研发人员：郑小宝,高贵,孙步功,王宏刚,祁渊受保护的技术使用者：甘肃农业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18