一种耐磨环及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及气缸技术领域，主要涉及一种耐磨环及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]气缸是由缸筒、缸盖、活塞、活塞杆和密封件组成。缸筒材料有高碳钢、铝合金、黄铜和不锈钢，对于钢管缸筒，内表面还应镀硬铬，以减少摩擦阻力和磨损，并防止腐蚀。活塞是气缸中的受压元件，为防止活塞左右两腔相互窜气，设有活塞密封圈。活塞上的耐磨环可提高气缸的导向性，减少活塞密封圈的磨耗，减少摩擦阻力。耐磨环通常使用聚氨酯、聚四氟乙烯等耐磨材料。而耐磨环在使用一段时间后会不可避免地出现磨损，而如何提高耐磨环的耐磨度，延长耐磨环的使用寿命，也是一直在研宄的课题。
[0003]因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0004]鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐磨环及其制备方法和应用，所述耐磨环采用超高分子量聚乙烯作为原料，并加入纳米级无机填料、润滑剂进行改性，大大提高了耐磨环的耐磨性能，旨在提供一种超耐磨的耐磨环，延长耐磨环的使用寿命，降低生产成本。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]一种耐磨环，其中，所述耐磨环的原料组成，按质量份数计，包括以下组分:
[0007]超高分子量聚乙烯100份；
[0008]润滑剂0.1?10份;
[0009]填充料10?60份；
[0010]聚乙烯5?40份；
[0011]减摩材料5?40份；
[0012]纳米无机填料0.1?20份。
[0013]所述的耐磨环，其中，所述超高分子量聚乙烯为平均分子量为150万?800万；所述润滑剂为聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸锌中的一种或多种；所述填充料为玻璃微珠、陶瓷微珠、氧化铝、碳化硅、碳化硼中的一种或多种；所述减摩材料为石墨、二硫化钼、硫化铜、青铜粉中的一种或多种；所述聚乙烯为高压聚乙烯、低压聚乙烯中的一种或多种；所述纳米无机填料为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米滑石粉、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土中的一种或多种。
[0014]所述的耐磨环，其中，所述填充料经过偶联剂活化处理；
[0015]所述偶联剂活化处理的过程为取填充料的总质量0.5-3.5%的偶联剂，用无水乙醇按照8-12:1的体积比进行稀释偶联剂；边搅拌填充料边加入偶联剂/无水乙醇混合溶液，待溶液全部倒入后继续搅拌数分钟，再放入设定温度90± 10°C的烘箱中干燥，取出后研细，备用；
[0016]所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种。
[0017]所述的耐磨环，其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
[0018]一种如上所述的耐磨环的制备方法，其中，包括以下步骤:
[0019]按比例配备超高分子量聚乙烯与润滑剂，高速搅拌至40?60°C或8?15分钟；再加入聚乙烯、减摩材料、纳米无机填料和已经过偶联剂活化处理的填充料，高速搅拌3?5分钟，出料；
[0020]通过挤出机挤出耐磨环管状坯料或带状坯料；
[0021]耐磨环管状坯料经切割、磨削加工制成所述耐磨环，或将耐磨环带状坯料经切割、热卷成圈、磨削制成所述耐磨环。
[0022]所述的耐磨环的制备方法，其中，所述挤出过程采用单螺杆或双螺杆挤出机，挤出机的温度从输送段到机头模依次为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]所述的耐磨环的制备方法，其中，所述偶联剂活化处理的过程为取填充料的总质量0.5-3.5%的偶联剂，用无水乙醇按照8-12:1的体积比进行稀释偶联剂；边搅拌填充料边加入偶联剂/无水乙醇混合溶液，待溶液全部倒入后继续搅拌数分钟，再放入设定温度90±10°C的烘箱中干燥，取出后研细，备用；
[0024]所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种。
[0025]所述的耐磨环的制备方法，其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
[0026]一种如上所述的耐磨环的应用，其中，将所述耐磨环用作气缸或液压油缸的耐磨环。
[0027]有益效果:本发明所提供的耐磨环采用分子量150万以上的超高分子量聚乙烯为原料，并加入纳米级无机填料、润滑剂进行改性，解决了所述超高分子量聚乙烯熔体粘度极高，加工困难的难题，可以通过挤出机挤出成型。超高分子量聚乙烯因分子量高而具有其它塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能，耐磨性是碳钢的7?10倍，不锈钢的4倍，是已知塑料材料中最耐磨的，而且还可以防止对磨材料的磨损。由于采用超高分子量聚乙烯复合材料作为耐磨环的原料，使得本发明耐磨环具有高的机械强度和耐冲击性，优良的耐磨损性与耐化学腐蚀性，其耐磨损性与现有最耐磨的聚氨酯耐磨环相比，使用寿命提高近2倍，显著提高了耐磨环的使用寿命，可将所述耐磨环用作气缸或液压油缸的耐磨环。而且耐磨环表面的摩擦系数低、表面光滑，还可以防止缸筒的磨耗。
【具体实施方式】
[0028]本发明提供一种耐磨环及其制备方法和应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0029]本发明所提供的一种耐磨环，其原料组成，按质量份数计，包括以下组分:
[0030]超高分子量聚乙烯100份；
[0031]润滑剂0.1?10份;
[0032]填充料10?60份；
[0033]聚乙烯5?40份；
[0034]减摩材料5?40份；
[0035]纳米无机填料0.1?20份。
[0036]所述超高分子量聚乙烯为平均分子量为150万?800万的超高分子量聚乙烯。本发明中通过加入了纳米级无机填料、润滑剂对所述超高分子量聚乙烯进行改性，解决了所述超高分子量聚乙烯熔体粘度极高，加工困难的难题，可以通过挤出机挤出成型。
[0037]所述润滑剂可以选取聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸锌中的一种或多种。润滑剂充分吸附在超高分子量聚乙烯粉料表面，在聚合物内部起着降低聚合物分子间内聚力的作用，从而改善超高分子量聚乙烯熔料的内摩擦生热和熔体的流动性。
[0038]所述填充料可以选取玻璃微珠、陶瓷微珠、氧化铝、碳化硅、碳化硼中的一种或多种。填充料可以提高气缸耐磨环的整体性能，可使表面硬度、刚度、蠕变性、弯曲强度、热变形温度得以较好地改善；具有一定的补强作用，增加气缸耐磨环的强度和耐磨性。
[0039]所述填充料在投入使用前会经过偶联剂活化处理的，由于偶联剂极性基团的存在，在填充料和超高分子量聚乙烯分子链间的范德华力由单纯的色分散力转变为色分散力加诱导力，再加上偶联剂分子与超高分子量聚乙烯链的缠结作用，这样填充料在超高分子量聚乙烯基体中起到了物理交联点的作用，并融入了超高分子量聚乙烯的分子链缠结网络。
[0040]所述偶联剂可以是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种，优选地选用硅烷偶联剂(KH550)。所述偶联剂活化处理的过程为取填充料总质量0.5-3.5%偶联剂，用无水乙醇8-12:1(体积比)进行稀释偶联剂。将称好的填充料放入高速搅拌机进行搅拌，边搅拌边加入偶联剂/无水乙醇混合溶液，待溶液全部倒入后继续搅拌3?8分钟，排出填充料，再放入设定温度90± 10°C的烘箱中干燥数小时，取出后研细放置在密闭容器中备用。
[0041]所述的减摩材料为石墨、二硫化钼、硫化铜、青铜粉中的一种或多种。固体润滑剂与超高分子量聚乙烯复合，使润滑剂在摩擦过程中逐渐进入摩擦界面起润滑作用，可达到控制超高分子量聚乙烯摩擦与磨损的目的，而且可以改善填充料加入后摩擦系数增大造成滑动性的损失。
[0042]所述聚乙烯为高压聚乙烯、低压聚乙烯中的一种或多种。本发明中优选地加入高压聚乙烯与超高分子量聚乙烯共混，解决了超高分子量聚乙烯屈挠性差、脆性大容易折断等缺陷，提高了耐磨环的断裂伸长率和韧性，使制成的耐磨环具有良好的屈挠性能。
[0043]所述纳米无机填料可以选取二氧化硅、纳米氧化铝、纳米滑石粉、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土中的一种或多种。由于纳米无机填料其纳米尺寸效应、大的比表面积以及强的界面相互作用，