郑梯和;刘爱学;黄安民;谭玉宝;杨海洋
株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲 412007
摘要：固体润滑阴离子反应尼龙通过己内酰胺的阴离子聚合，添加固体润滑剂制备而得。本文研究了固体润滑剂的添加对阴离子反应尼龙的结晶度、力学性能、熔点、结晶度的影响。并研究了干摩擦条件下，固体润滑剂含量对阴离子反应尼龙摩擦性能的影响；油润滑润滑条件下载荷与速度对反应尼龙摩擦系数的影响。结果表明：固体润滑剂的添加会降低阴离子反应尼龙的结晶度与熔点；干摩擦条件下，当固体润滑剂含量为5%时，其摩擦系数最低； 油润滑条件下，随着试验时间的增加，材料摩擦系数趋于0.1。
关键词：固体润滑剂；反应尼龙；摩擦性能；干摩；油润滑
Study of synthesis and properties on solid lubricants-based anionic polymerization nylon
Tihe Zheng, Aixue Liu，Anmin Huang ,Haiyang Yang, Yubao Tan
(Zhuzhou Times New Material Techanology Co.Ltd, Zhuzhou of Hunan province, 412007，China)
Abstract：Solid lubricants-based AP nylon was prepared by anionic polymerization with addition of solid lubricants.In this paper,The affection of mechanical properties , crystallinity, melting point on solid lubricant were studied.Under dry friction conditions,the influence of friction properties on solid lubricants were tested .under Oil lubrication conditions,the influence of speed and load on Coefficient of friction was investigated. The result showed that the addition of solid lubricant reduced the degree of crystallinity and melting point of AP nylon.Under dry friction conditions,the AP nylon showed the lowest coefficient of friction when the solid lubricant content was 5%. Under Oil lubrication conditions, with the test time increasing, the friction coefficient tended to 0.1.
Keywords：solid lubricants；anionic polymerization nylon；friction properties；dry friction；Oil lubrication
阴离子反应尼龙（铸型尼龙、反应注射尼龙与反应挤出尼龙的总称）由于采用阴离子聚合的方法，反应速度非常快，所以简称快速聚合尼龙。其一种性能优良的工程塑料，与普通尼龙6相比， 它具有分子量较高、结晶度高、力学性能、自润滑性能好且成型制品的尺寸不受限制等特点。目前阴离子反应尼龙广泛用在矿山、冶金、机械、轻工、化工、纺织、造纸、视频等行业普遍采用[1]。
目前，阴离子反应尼龙广泛应用于工程机械作为耐磨件，但是随之技术的不断发展，单纯的阴离子反应尼龙已经不能满足要求。为了降低其摩擦系数，提高其耐磨性，往往在阴离子反应聚合中添加润滑剂[2-5]。润滑剂主要有固体润滑剂与液体润滑剂。固体润滑剂主要有石墨、炭黑、二硫化钼、PTFE等，液体润滑剂主要有润滑油、碳氢化合物、润滑脂。固体润滑剂的减摩机理是：固体润滑剂在阴离子反应尼龙表面形成转移膜，从而减小摩擦力。液体润滑剂的减摩机理是：油滴被均匀、稳定地分布在尼龙体内，好象被“冻结”一样不会自行析出，只有处于表层的油漓可渗出到表面起润滑作用 。
本文通过选用自制的固体润滑剂，旨在探讨其对材料摩擦系数的影响。
1 实验部分
1.1 实验原料
己内酰胺，优级品，岳阳石化；
NaOH,催化剂，分析纯，天津试剂厂；
C20P, 活化剂，德国布吕格曼化工有限公司；
固体润滑剂，自制(石墨与PTFE混合物)；
润滑油：工业用润滑油
1.2 试样制备
在A反应釜加入配比的己内酰胺与固体润滑剂，B反应釜加入配比的己内酰胺，A、B两釜同时加热，待己内酰胺熔融时，抽真空脱水（真空度0.1MPa）,10min后停止抽真空，A釜加入催化剂NaOH, B釜加入活化剂C20P，A、B两釜同时抽真空脱水，温度控制在135±5℃。15min之后停止抽真空，将A、B两釜活性料混匀，倒入已预热至165℃的模具中，10分钟后脱模。冷却至室温，加工成试样。
1.3 性能测试
拉伸强度与断裂伸长率按 GB/T1040-2008测试,室温,拉伸速率为50mm/min；
弯曲强度按GB/T9341-2008,速率为2mm/min；
冲击强度按GB/T1043.1-2006测试,；
压缩强度（25%应变）按GB/T1041-2008测试；
面接触摩擦系数、磨损量按运装货车158号文件执行；
线接触摩擦系数、磨痕宽度、磨损量按照GB/T3960执行。
2 结果与讨论
2.1固体润滑阴离子反应尼龙的力学性能
表1是阴离子反应尼龙在添加固体润滑剂时，力学性能与固体润滑剂含量的关系的反映。从图1中可知,随着固体润滑剂含量的增加,材料的拉伸强度、弯曲强度、压缩强度冲击强度是在逐渐的降低的，冲击强度呈现先升高后降低的趋势，当固体润滑剂含量为5%时，材料的冲击强度最高。其主要原因是固体润滑剂的添加，影响了反应尼龙的结晶，导致尼龙的结晶度的下降。
表1：固体润滑阴离子反应尼龙的力学性能
Table1： properties of solid lubricants-based anionic polymerization nylon
2.2固体润滑剂对阴离子反应尼龙熔点与结晶度的影响
表2是固体润滑剂对阴离子反应尼龙熔点与结晶度的影响，随着固体润滑剂的增加，阴离子反应尼龙的结晶度与熔点均呈现下降趋势。当含量为8%时，熔点下降4.91%（下降11℃），结晶度减少32%（减少12%）。通过引入固体润滑剂，降低阴离子反应尼龙的熔点，同时降低阴离子反应尼龙的结晶度。造成这一结果的主要原因为固体润滑剂的加入，阻碍了阴离子反应尼龙的结晶。
表2 固体润滑剂含量阴离子反应尼龙熔点、结晶度的影响
Table2：effect of solid lubricant on melting point，degree of crystallinity of AP nylon
图1 固体润滑阴离子反应尼龙DSC曲线
Fig1 DSC curve of solid lubricants-based anionic polymerization nylon
2.3固体润滑阴离子反应尼龙的面接触摩擦学性能
2.3.1不同速度对摩擦性能的影响
图2给出的是，载荷为5MPa，样件不同运行速度下，固体润滑剂的添加对阴离子反应尼龙摩擦性能影响的变化规律。由图2可知，随着固体润滑剂含量的增加，阴离子反应尼龙的摩擦系数呈先下降后上升的趋势，当固体润滑剂含量为4%时，反应尼龙的摩擦系数最低。当固体润滑剂含量相同时，其摩擦系数随样件运行速度的增加而降低。当固体润滑剂含量为4%时，反应尼龙的磨损量也呈现最小的。当固体润滑剂含量相同时，反应尼龙的磨损量随着样件运行速度的增加而增加。综合以上分析，当固体润滑剂含量为4%时，反应尼龙的摩擦性能表现最好。
图2润滑剂含量对材料摩擦性能的影响
Fig2 Effect of solid lubricant on tribology properties for APA6
2.3.2不同载荷对摩擦系数的影响
图3是给出的是，对磨体运行速度为0.08m/s，不同载荷条件下，固体润滑剂的添加量对阴离子反应尼龙摩擦性能影响的变化规律。由图3可以看出，固体阴离子反应尼龙摩擦系数随着载荷的增大而减小。其主要原因是，随着载荷的加大，摩擦温度升高，有利于转移膜的生成，从而使摩擦系数减少。随着固体润滑剂含量的增加，材料的摩擦系数呈现先下降后升高的趋势。当固体润滑剂含量为4%时，材料表现的摩擦系数最低，当施加载荷为7-9MPa时，材料的摩擦系数在0.13左右。
图3载荷对固体润滑尼龙摩擦系数的影响
Fig3 effect of load on friction coefficient for solid lubricants-based anionic polymerization nylon
2.4固体润滑阴离子反应尼龙的线接触摩擦学性能
表3反应了固体润滑剂的含量对反应尼龙摩擦系数、磨痕宽度、磨损量的影响。由表3可知，随着固体润滑剂含量的增加，摩擦系数、磨痕宽度与磨损量呈现先减小后上升的趋势。当固体润滑剂含量为4%时，反应尼龙的摩擦系数为0.16，磨痕宽度2.26mm，磨损量0.1mg，其表现的摩擦性能表现最好。图4反应的是随着固体润滑剂含量的增加，反应尼龙摩擦学曲线。从图4可以看出，当固体润滑剂含量为4%-6%时，反应尼龙摩擦系数曲线呈现很平稳的状态，其它的摩擦系数曲线均呈现逐渐递增的趋势。
表3 固体润滑剂的添加量对反应尼龙摩擦性能的影响
Table3：effect of solid lubricant on tribology properties of AP nylon
图4 固体润滑剂含量对反应尼龙摩擦系数的影响
Fig4 effect of solid lubricant on friction coefficient of APA nylon
3 结论
固体润滑阴离子反应尼龙通过原位聚合制得，固体润滑剂的添加会影响材料的力学性能，同时也会降低阴离子反应尼龙的结晶度与熔点。固体润滑剂的添加可以有效的降低材料的摩擦系数与磨损量。面接触摩擦条件下，当固体润滑剂含量为4%时，其摩擦性能表现最好。线接触摩擦条件下，随着固体润滑剂的添加，材料的摩擦系数减少幅度较大，当固体润滑剂的添加量在4-6%范围之内，材料的耐磨性能表现最为优越。
参考文献
[1]王有槐，王新华，朱培.铸型尼龙实用技术[D].北京：中国石化出版社，1994,1-10
[2]曲建俊,罗云霞,张云志等.含油 MC尼龙的摩擦磨损特性及应用[ J ].工程塑料应用，1 9 9 4，2 2 ( 3 )：1 1 ．
[3]朱双跃.稀土含油铸型尼龙衬板在烧结混合机上的应用 [ J ]．烧结球团,1999,24(1): 87-89
[4]李国禄等.纳米颗粒填充铸型尼龙的摩擦学性能研究[ J ]. 河北工业大学学报，2002,31(1) :92-94
[5]任紫菊等.碳纤维增强MC尼龙的研究.复合材料学报，2000,17(2):16-19
文章发表于《塑料工业》2015年第43卷第9期
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