高強(qiáng)度鋼絲-聚氨酯復(fù)合材料的研制

    高碳鋼經(jīng)過拉拔加工強(qiáng)化后可得到高強(qiáng)度珠光體鋼絲，在大批量生產(chǎn)的鋼種中是強(qiáng)度最高的材料。冷拉珠光體鋼絲憑借其優(yōu)異的性能已經(jīng)在航空、汽車、冶金、礦山、機(jī)械、建筑等行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。眾所周知，強(qiáng)塑性變形能夠有效細(xì)化組織，從而大幅度提高強(qiáng)度。冷拉工藝是一種容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)塑性變形的常規(guī)工藝，可以進(jìn)行連續(xù)性工業(yè)化大生產(chǎn)。用強(qiáng)變形冷拉所獲得的高強(qiáng)度鋼絲，在制備金屬基復(fù)合材料方面具有優(yōu)勢(shì)。

    聚氨酯彈性體則是一種介于橡膠與塑料之間的高分子材料。這種材料在具備一定彈性的同時(shí)，還具有很好的耐磨、耐溫和抗撕裂等性能。人們?cè)缇桶l(fā)現(xiàn)，如將聚氨酯樹脂與無機(jī)填料相結(jié)合制成復(fù)合材料，可以增加材料的耐磨強(qiáng)度，提高材料的使用壽命。近年來，針對(duì)各種使用工況開發(fā)出來的各種聚氨酯復(fù)合材料，推進(jìn)了耐磨領(lǐng)域內(nèi)傳統(tǒng)耐磨材料的革新。大量工作表明，聚氨酯耐磨復(fù)合材料具有明顯的優(yōu)勢(shì)和十分廣闊的發(fā)展前景，值得進(jìn)一步探索與研究。

    把強(qiáng)拉伸塑性變形法制備所得的超細(xì)組織高強(qiáng)度珠光體鋼絲與聚氨酯復(fù)合起來制備復(fù)合材料，是一個(gè)重要的思路。初步工作表明，這種復(fù)合材料具有優(yōu)良的綜合性能，如高強(qiáng)度、低密度、強(qiáng)抗磨、耐腐蝕、良好的導(dǎo)熱性能、低熱膨脹系數(shù)、抗蠕變能力強(qiáng)、尺寸穩(wěn)定等。

    一個(gè)具體研制高強(qiáng)度鋼絲-聚氨酯復(fù)合材料的實(shí)例如下：珠光體鋼經(jīng)大變形量拉拔后制得超細(xì)組織高強(qiáng)度絲材，其抗拉強(qiáng)度達(dá)2580MPa，硬度達(dá)60.5HRC，韌性指標(biāo)為360°扭轉(zhuǎn)次數(shù)達(dá)22次。將所獲鋼絲與聚氨酯復(fù)合，其工藝為：鋼絲表面預(yù)處理，編織，裁減并疊加置于涂有硅酯的模具中，經(jīng)80～100℃預(yù)熱，再用聚己內(nèi)酯二元醇與甲苯二異氰酸酯（按100∶30的質(zhì)量比例）混合制備預(yù)聚體；再將預(yù)聚體制備出聚氨酯澆注體；然后經(jīng)注模，硫化、脫模、后硫化，得到制品。

    試驗(yàn)表明，所制得的材料具有優(yōu)越的抗磨料磨損性能。同高鉻鑄鐵材料進(jìn)行磨料磨損對(duì)比試驗(yàn)，數(shù)據(jù)表明，用200目磨料及51.205N載荷下，復(fù)合材料的耐磨性分別是Cr28和Cr17的4.3和6.4倍。在磨料尺寸為46目的試驗(yàn)條件下，復(fù)合材料的耐磨性是Cr28和Cr17的2倍?？梢?，高強(qiáng)度鋼絲增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料的耐磨性能明顯優(yōu)于高鉻鑄鐵。另外，無論是高載荷還是低載荷下，復(fù)合材料中的絲材都沒出現(xiàn)疲勞裂紋，說明經(jīng)強(qiáng)塑性變形后的超細(xì)組織鋼絲有很強(qiáng)的抗疲勞性能。

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