專利名稱：一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開了一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝。具體涉及一種應用于高精度、高耐熱、耐磨損、抗疲勞、抗蠕變要求，如航天航空、機械工業(yè)、汽車等領域的聚醚醚酮復合材料。
背景技術：
聚醚醚酮(PEEK)是一種全芳香族半結晶性的熱塑性工程塑料，具有高耐熱性、耐腐蝕性、高斷裂韌性、高強度、高模量等優(yōu)異的綜合性能。另外，PEEK具有極好的耐腐蝕性；韌性好，對循環(huán)應力的優(yōu)良耐疲勞性是塑料中最出眾的；摩擦性能突出，摩擦系數(shù)低，承載能力和耐磨性好，可以在無潤滑、高溫、潮濕、腐蝕等嚴酷環(huán)境下使用；PEEK還具有絕緣、耐水解、抗輻射能力強 等特點，在許多工程領域具有廣泛的應用。PEEK具有非常優(yōu)異的綜合性能，但單一的PEEK樹脂還是難以滿足不同的使用要求，目前對PEEK的改性為纖維增強改性、共混改性、填充改性等方法。傳統(tǒng)的纖維增強改性PEEK為玻纖增強PEEK、碳纖增強PEEK及玻纖和碳纖混合增強PEEK等方法，并都一定程度上能提高PEEK的力學性能和摩擦性能。共混和填充改性PEEK的方法有很多，PTFE摩擦系數(shù)很小，具有良好的自潤滑性能，但耐磨損能力差，PEEK/PTFE優(yōu)化共混能獲得更好的摩擦磨損性能。本發(fā)明采用的纖維增強劑為高性能碳-石墨纖維，該纖維相比于玻纖和碳纖具有突出的特性，如高模量、高強度、高導電率、低密度、低熱膨脹系數(shù)、低摩擦因數(shù)以及對大多數(shù)環(huán)境條件和化學試劑良好的穩(wěn)定性等，使其最有潛力成為金屬的代用品。所以本發(fā)明復合材料不僅具有極為優(yōu)異的物理、機械、熱、化學等性能，且具有比鋁和鋼更好的減振作用，同時，摩擦系數(shù)低、干潤滑特性優(yōu)良，備受關注和重視，使之廣泛應用于航天航空、機械工業(yè)、汽車工業(yè)等領域，特別適用于制作優(yōu)異的無潤滑軸承。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決傳統(tǒng)的碳纖維增強PEEK產(chǎn)品中存在的一些問題，提出了一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝。本發(fā)明的技術方案是PEEK，20 85份；碳-石墨纖維，10 50份；PTFE，5 30份；偶聯(lián)劑，1 3份；其他加工助劑，1 3份。所述的聚醚醚酮樹脂其玻璃化轉變溫度為200 240°C，特性粘度為1 5。所述的碳-石墨纖維為高性能纖維，抗拉強度3500 5000MPa，抗拉模量500 900GPa。所述的PTFE為超細聚四氟乙烯粉，表觀密度0.4-0.6g/ml，平均粒徑30-40 μ m。所述的偶聯(lián)劑為磺化聚醚醚酮(SPEEK)，具有與聚醚醚酮相似的結構，磺化度為60 80%。本發(fā)明所述的一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝如下:碳-石墨纖維的表面處理工藝為磺化聚醚醚酮法、硝酸常溫處理法、混酸超聲氧化法及高溫硝酸水浴法中的一種或幾種。PEEK的表面處理工藝為氬等離子體法、氧等離子體法或激光法的一種或幾種。采用PTFE填充及碳-石墨纖維增強PEEK，首先將PEEK樹脂、PTFE、偶聯(lián)劑和加工助劑在高混機中混合均勻，加入到雙螺桿擠出機中，并將經(jīng)表面處理后的碳-石墨纖維從專業(yè)加入口加入，進行混煉、擠出、冷卻、切粒，得圓柱狀顆粒產(chǎn)品。擠出料筒溫度:后段330 360°C，中段350 380°C，前段360 400°C，螺桿長徑比15 25，螺桿轉速200 800r/min。本發(fā)明復合材料是采用PTFE填充及碳-石墨纖維增強PEEK。在PEEK中加入PTFE可以降低摩擦系數(shù)，但會引起力學性能的下降，致使在承受一定載荷的高溫環(huán)境下應用受到限制；玻纖增強PEEK可提高材料的壓縮強度，但摩擦磨損性能未得到明顯改善；碳纖增強PEEK相比于玻纖增強PEEK具有較高的機械性能和摩擦磨損性能，但本發(fā)明材料采用高性能碳-石墨纖維增強，物理、機械、熱、化學等性能都較高，這是因為高性能碳-石墨纖維的抗拉強度和抗拉模量都較碳纖高。所以，本發(fā)明所制備的PEEK復合材料綜合性能優(yōu)異，尤其是耐熱性、耐磨性、抗疲勞性、抗蠕變性突出，適于生產(chǎn)高質(zhì)量、高科技含量產(chǎn)品。
具體實施方式
:下面結合具體實施例對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施各例:本實施方式均使用科倍隆雙螺桿擠出機和海天注塑機；主要原料主要為進口料，PEEK產(chǎn)于英國ICI公司，碳-石墨纖維產(chǎn)于美國賽拉尼斯公司，PTFE產(chǎn)于日本大金工業(yè)株式會社，其他加工助劑均為國產(chǎn)。本發(fā)明所述的一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝如下:碳-石墨纖維的表面處理工藝為磺化聚醚醚酮法、硝酸常溫處理法、混酸超聲氧化法及高溫硝酸水浴法中的一種或幾種。PEEK的表面處理工藝為氬等離子體法、氧等離子體法或激光法的一種或幾種。采用PTFE填充及碳-石墨纖維增強PEEK，首先將PEEK樹脂、PTFE、偶聯(lián)劑和加工助劑在高混機中混合均勻，加入到雙螺桿擠出機中，并將經(jīng)表面處理后的碳-石墨纖維從專業(yè)加入口加入，進行混煉、擠出、冷卻、切粒，得圓柱狀顆粒產(chǎn)品。擠出料筒溫度:后段330 360°C，中段350 380°C，前段360 400°C，螺桿長徑比15 25，螺桿轉速200 800r/mino本發(fā)明各實施例中所得的PEEK復合材料，按以下注塑條件注塑成測試樣條，注塑條件:注塑溫度350 450°C，模具溫度150 200°C，注射壓力1200 1800Kg/cm2，保持壓600 1000，注射速度為中速 高速。各實施例物理性能均按德國國家標準、 我國國家標準和美國國家標準進行測試，具體檢測標準如下:吸水率(23°C，24hc)ISO-62
抗拉強度(23°C)ASTM-D638
彎曲強度(23°C)ASTM-D790
彎曲模量(23°C)ASTM-D790
缺口沖擊強度(23°C)ISO —180
無缺口沖擊強度(23°C)ISO-180
熱變形溫度(18.6Kg/m2)ASTM-D648 摩擦磨損性(SRV微動摩擦磨損)GB-73960-1983表I各實施例對應的配方
權利要求
1.根據(jù)權利要求1所述的一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝。其特征在于高比強度、高比模量、耐疲勞等性能，其組分及含量如下:PEEK，20 85份；碳-石墨纖維，10 50份；PTFE，5 30份；偶聯(lián)劑，I 3份；其他加工助劑，I 3份。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝，其特征在于所述的聚醚醚酮樹脂其玻璃化轉變溫度為200 240°C，特性粘度為I 5。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝，其特征在于所述的碳-石墨纖維為高性能纖維，抗拉強度3500 5000MPa，抗拉模量500 900GPa。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝，其特征在于所述的PTFE為超細聚四氟乙烯粉，表觀密度0.4-0.6g/ml，平均粒徑30-40 μ m。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝，其特征在于所述的偶聯(lián)劑為磺化聚醚醚酮(SPEEK)，具有與聚醚醚酮相似的結構，磺化度為60 80%。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝，其特征在于碳-石墨纖維的表面處 理工藝為磺化聚醚醚酮法、硝酸常溫處理法、混酸超聲氧化法及高溫硝酸水浴法中的一種或幾種。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝，其特征在于PEEK的表面處理工藝為氬等離子體法、氧等離子體法或激光法的一種或幾種。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝，其特征在于采用PTFE填充及碳-石墨纖維增強PEEK，首先將PEEK樹脂、PTFE、偶聯(lián)劑和加工助劑在高混機中混合均勻，加入到雙螺桿擠出機中，并將經(jīng)表面處理后的碳-石墨纖維從專業(yè)加入口加入，進行混煉、擠出、冷卻、切粒，得圓柱狀顆粒產(chǎn)品。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝，其特征在于:擠出料筒溫度:后段330 360°C，中段350 380°C，前段360 400°C，螺桿長徑比15 25，螺桿轉速200 800r/min。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝。復合材料是以聚醚醚酮(PEEK)、碳-石墨纖維及聚四氟乙烯(PTFE)為主要原料，添加適量的偶聯(lián)劑及其他加工助劑制備而得，其中PEEK，20～85份；碳-石墨纖維，10～50份；PTFE，5～30份；偶聯(lián)劑，1～3份；其他加工助劑，1～3份。按上述比例稱取原料，在雙螺桿擠出機上共混擠出。本發(fā)明不僅具有極為優(yōu)異的物理、機械、熱、化學等性能，且具有比鋁和鋼更好的減振作用，同時，摩擦系數(shù)低、潤滑特性優(yōu)良，使之廣泛應用于航天航空、機械工業(yè)、汽車工業(yè)等領域。另外，本發(fā)明所用的雙螺桿擠出制備工藝控制簡單、生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號B29B9/06GK103087468SQ201110347338
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權日2011年11月7日
發(fā)明者黃水萍, 劉士濤, 田野, 馬俊杰 申請人:黑龍江鑫達企業(yè)集團有限公司