本发明涉及高分子材料领域，更具体的，涉及一种聚醚醚酮改性复合材料及其制造方法。
背景技术：
聚醚醚酮是一种全芳香族半结晶性的热塑性工程塑料，由于大分子链上含有刚性的苯环、柔顺的醚键及提高分子间作用力的羧基，结构规整，因而具有高耐热性、高强度、高模量、高断裂韧性等优异的综合性能，可在250℃长期使用。
但是，纯聚醚醚酮材料成本较高，产品使用温度相对较低，耐温耐磨强度达不到部分产品的标准要求，应用范围狭窄。
技术实现要素：
为了克服现有技术的缺陷，本发明公开了一种耐高温耐磨的高强度聚醚醚酮改性复合材料，提高了聚醚醚酮复合材料的耐高温性耐磨性和拉伸强度，相较于纯聚醚醚酮材料，使用温度以及使用寿命均有提升，这样在降低成本的同时也扩大了应用领域。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种聚醚醚酮改性复合材料，包括如下质量份的组份：
所述聚醚醚酮粉的熔融黏度为100～650pa·s。
在本发明较佳的技术方案中，所述改性复合材料的组分中还包括质量份为0.1～0.5份的抗氧剂；所述抗氧剂为主抗氧剂四[β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，辅抗氧剂n,n'-双[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼英、2,8-二叔丁基-4-甲基苯酚中的一种或两种；所述主抗氧剂和辅抗氧剂的质量比为2:1。
在本发明较佳的技术方案中，所述改性复合材料的组分中还包括质量份为1～2份的偶联剂；所述偶联剂为磺化聚醚醚酮；所述磺化聚醚醚酮的磺化度为30％～50％。
在本发明较佳的技术方案中，所述碳化硅粉平均粒径为10μm以下。
在本发明较佳的技术方案中，所述氧化锆粉的平均粒径10μm以下。
在本发明较佳的技术方案中，所述润滑剂为分子量不小于5000的聚硅氧烷。
在本发明较佳的技术方案中，所述聚醚醚酮改性复合材料制备方法按如下步骤实施：
§1干燥：将各原料粉分别放入除湿干燥箱中于160℃干燥4h；
§2混合：将干燥后的各原料粉依次放入高混机中，低速混合1～2分钟后，在105℃～115℃的温度下高速混合15～25分钟，放料，得到混配料；
§3挤出成型：将所述混配料通过双螺杆挤出机，熔融挤出，冷却，得到产品。
在本发明较佳的技术方案中，在所述§1干燥中，除湿干燥箱为恒温真空除湿干燥箱。
在本发明较佳的技术方案中，所述双螺杆挤出机，螺杆压缩比为2.5:1～3.5:1，螺杆转速为20～60r/min。
在本发明较佳的技术方案中，所述双螺杆挤出机包括六个加热区，其中一区温度为300℃～320℃、二区温度为315℃～335℃、三区温度为335℃～355℃、四区温度为355℃～375℃、五区温度为370℃～385℃、六区温度为375℃～385℃。
本发明的有益效果为：
本发明提供的聚醚醚酮改性复合材料，通过添加碳化硅和氧化锆进行改性，制备出一种耐高温耐磨的高强度聚醚醚酮改性复合材料，提高了聚醚醚酮复合材料的耐热老化性能和拉伸强度。
本发明提供的聚醚醚酮改性复合材料，相较于纯聚醚醚酮材料，使用温度以及使用寿命均有提升，失效时间最少可延长148h，使用温度可提高50℃，最高使用温度可达310℃，摩擦系数可至少降低0.06，拉伸强度至少可提高21mpa，这样在降低成本的同时也扩大了应用领域。
具体实施方式
下面结合具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一聚醚醚酮改性复合材料，包括如下质量份的组份：
随机测得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度为100pa·s。
实施例一聚醚醚酮改性复合材料的制备方法：
§1干燥：将所述聚醚醚酮粉、所述碳化硅粉、所述氧化锆粉分别放入除湿干燥箱中于160℃干燥4h；
§2混合：将干燥后的所述聚醚醚酮粉、干燥后的所述碳化硅粉、干燥后的所述氧化锆粉和所述润滑剂聚硅氧烷依次放入高混机中，先低速混合1分钟，然后在105℃的温度下高速混合15分钟后放料，得到混配料；
§3挤出成型：将所述混配料通过双螺杆挤出机，熔融挤出，冷却，得到产品。所述熔融挤出机中，螺杆压缩比为2.5:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为315℃、二区温度为328℃、三区温度为338℃、四区温度为355℃、五区温度为370℃、六区温度为380℃，螺杆转速为30r/min。
使用实施例一的配方制备出来的聚醚醚酮改性复合材料可用于制造打印机分离爪。
实施例二聚醚醚酮改性复合材料，包括如下质量份的组份：
随机测得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度为605pa·s。
实施例二聚醚醚酮改性复合材料的制备方法：
§1干燥：将所述聚醚醚酮粉、所述碳化硅粉、所述氧化锆粉分别放入除湿干燥箱中于160℃干燥4h；
§2混合：将干燥后的所述聚醚醚酮粉、干燥后的所述碳化硅粉、干燥后的所述氧化锆粉和所述润滑剂聚硅氧烷依次放入高混机中，先低速混合1分钟，然后在115℃的温度下高速混合20分钟后放料，得到混配料；
§3挤出成型：将所述混配料通过双螺杆挤出机，熔融挤出，冷却，得到产品。所述熔融挤出机中，螺杆压缩比为3.5:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为320℃、二区温度为335℃、三区温度为345℃、四区温度为365℃、五区温度为375℃、六区温度为385℃，螺杆转速为35r/min。
使用实施例二的配方制备出来的聚醚醚酮改性复合材料可用于制造密封垫。
实施例三聚醚醚酮改性复合材料，包括如下质量份的组份：
随机测得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度为300pa·s。
实施例三聚醚醚酮改性复合材料的制备方法：
§1干燥：将所述聚醚醚酮粉、所述碳化硅粉、所述氧化锆粉分别放入除湿干燥箱中于160℃干燥4h；
§2混合：将干燥后的所述聚醚醚酮粉、干燥后的所述碳化硅粉、干燥后的所述氧化锆粉和所述润滑剂聚硅氧烷依次放入高混机中，先低速混合1分钟，然后在110℃的温度下高速混合15分钟后放料，得到混配料；
§3挤出成型：将所述混配料通过双螺杆挤出机，熔融挤出，冷却，得到产品。所述熔融挤出机中，螺杆压缩比为3:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为320℃、二区温度为335℃、三区温度为348℃、四区温度为365℃、五区温度为378℃、六区温度为385℃，螺杆转速为40r/min。
使用实施例三的配方制备出来的聚醚醚酮改性复合材料可用于制造轴套。实施例四聚醚醚酮改性复合材料，包括如下质量份的组份：
随机测得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度为650pa·s。
实施例四聚醚醚酮改性复合材料的制备方法：
§1干燥：将所述聚醚醚酮粉、所述碳化硅粉、所述氧化锆粉分别放入除湿干燥箱中于160℃干燥4h；
§2混合：将干燥后的所述聚醚醚酮粉、干燥后的所述碳化硅粉、干燥后的所述氧化锆粉、所述润滑剂聚硅氧烷和所述抗氧剂(主抗氧剂四[β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，辅抗氧剂n,n'-双[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼英，质量比为2:1)依次放入高混机中，先低速混合2分钟，然后在115℃的温度下高速混合25分钟后放料，得到混配料；
§3挤出成型：将所述混配料通过双螺杆挤出机，熔融挤出，冷却，得到产品。所述熔融挤出机中，螺杆压缩比为3.5:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为320℃、二区温度为335℃、三区温度为348℃、四区温度为365℃、五区温度为378℃、六区温度为385℃，螺杆转速为60r/min。
实施例五聚醚醚酮改性复合材料，包括如下质量份的组份：
随机测得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度为225pa·s。
实施例五聚醚醚酮改性复合材料的制备方法：
§1干燥：将所述聚醚醚酮粉、所述碳化硅粉、所述氧化锆粉分别放入除湿干燥箱中于160℃干燥4h；
§2混合：将干燥后的所述聚醚醚酮粉、干燥后的所述碳化硅粉、干燥后的所述氧化锆粉、所述润滑剂聚硅氧烷和所述抗氧剂(主抗氧剂四[β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，辅抗氧剂2,8-二叔丁基-4-甲基苯酚，质量比为2:1)依次放入高混机中，先低速混合1分钟，然后在105℃的温度下高速混合15分钟后放料，得到混配料；
§3挤出成型：将所述混配料通过双螺杆挤出机，熔融挤出，冷却，得到产品。所述熔融挤出机中，螺杆压缩比为2.5:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为300℃、二区温度为315℃、三区温度为335℃、四区温度为355℃、五区温度为370℃、六区温度为375℃，螺杆转速为20r/min。
实施例六聚醚醚酮改性复合材料，包括如下质量份的组份：
随机测得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度为300pa·s。
实施例六聚醚醚酮改性复合材料的制备方法：
§1干燥：将所述聚醚醚酮粉、所述碳化硅粉、所述氧化锆粉分别放入除湿干燥箱中于160℃干燥4h；
§2混合：将干燥后的所述聚醚醚酮粉、干燥后的所述碳化硅粉、干燥后的所述氧化锆粉、所述润滑剂聚硅氧烷和所述抗氧剂(主抗氧剂四[β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，辅抗氧剂n,n'-双[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼英和2,8-二叔丁基-4-甲基苯酚，质量比为4:1:1)依次放入高混机中，先低速混合1.5分钟，然后在110℃的温度下高速混合15分钟后放料，得到混配料；
§3挤出成型：将所述混配料通过双螺杆挤出机，熔融挤出，冷却，得到产品。所述熔融挤出机中，螺杆压缩比为2.5:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为315℃、二区温度为332℃、三区温度为355℃、四区温度为365℃、五区温度为370℃、六区温度为385℃，螺杆转速为40r/min。
使用实施例三的配方制备出来的聚醚醚酮改性复合材料可用于制造轴套。实施例七聚醚醚酮改性复合材料，包括如下质量份的组份：
随机测得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度为250pa·s。
实施例七聚醚醚酮改性复合材料的制备方法：
§1干燥：将所述聚醚醚酮粉、所述碳化硅粉、所述氧化锆粉分别放入除湿干燥箱中于160℃干燥4h；
§2混合：将干燥后的所述聚醚醚酮粉、干燥后的所述碳化硅粉、干燥后的所述氧化锆粉、所述润滑剂聚硅氧烷、所述抗氧剂(主抗氧剂四[β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，辅抗氧剂n,n'-双[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼英，质量比为2:1)和所述偶联剂磺化聚醚醚酮(磺化度50％)依次放入高混机中，先低速混合2分钟，然后在115℃的温度下高速混合25分钟后放料，得到混配料；
§3挤出成型：将所述混配料通过双螺杆挤出机，熔融挤出，冷却，得到产品。所述熔融挤出机中，螺杆压缩比为3.5:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为320℃、二区温度为336℃、三区温度为348℃、四区温度为365℃、五区温度为378℃、六区温度为385℃，螺杆转速为40r/min。
实施例八聚醚醚酮改性复合材料，包括如下质量份的组份：
随机测得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度为400pa·s。
实施例八聚醚醚酮改性复合材料的制备方法：
§1干燥：将所述聚醚醚酮粉、所述碳化硅粉、所述氧化锆粉分别放入除湿干燥箱中于160℃干燥4h；
§2混合：将干燥后的所述聚醚醚酮粉、干燥后的所述碳化硅粉、干燥后的所述氧化锆粉、所述润滑剂聚硅氧烷、所述抗氧剂(主抗氧剂四[β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，辅抗氧剂2,8-二叔丁基-4-甲基苯酚，质量比为2:1)和所述偶联剂磺化聚醚醚酮(磺化度40％)依次放入高混机中，先低速混合1分钟，然后在105℃的温度下高速混合15分钟后放料，得到混配料；
§3挤出成型：将所述混配料通过双螺杆挤出机，熔融挤出，冷却，得到产品。所述熔融挤出机中，螺杆压缩比为2.5:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为300℃、二区温度为326℃、三区温度为348℃、四区温度为365℃、五区温度为370℃、六区温度为378℃，螺杆转速为30r/min。
实施例九聚醚醚酮改性复合材料，包括如下质量份的组份：
随机测得所述聚醚醚酮粉的熔融黏度为400pa·s。
实施例九聚醚醚酮改性复合材料的制备方法：
§1干燥：将所述聚醚醚酮粉、所述碳化硅粉、所述氧化锆粉分别放入除湿干燥箱中于160℃干燥4h；
§2混合：将干燥后的所述聚醚醚酮粉、干燥后的所述碳化硅粉、干燥后的所述氧化锆粉、所述润滑剂聚硅氧烷、所述抗氧剂(主抗氧剂四[β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，辅抗氧剂n,n'-双[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼英，质量比为2:1)和所述偶联剂磺化聚醚醚酮(磺化度30％)依次放入高混机中，先低速混合2分钟，然后在115℃的温度下高速混合25分钟后放料，得到混配料；
§3挤出成型：将所述混配料通过双螺杆挤出机，熔融挤出，冷却，得到产品。所述熔融挤出机中，螺杆压缩比为3.5:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为320℃、二区温度为335℃、三区温度为348℃、四区温度为365℃、五区温度为378℃、六区温度为385℃，螺杆转速为40r/min。
为了节约成本，避免浪费，本发明所述聚醚醚酮粉可单独使用经测试熔融黏度400～650pa·s范围内的聚醚醚酮回收料粉。
为了得到熔融挤出性能更优的聚醚醚酮复合材料，所添加的碳化硅粉和氧化锆粉的平均粒径均在10μm以下。
添加抗氧剂可提高改性聚醚醚酮复合材料的耐候性。
为了提高碳化硅和聚醚醚酮的相容性，以及减少碳化硅的团聚，在本发明的改性聚醚醚酮复合材料中可添加偶联剂磺化聚醚醚酮。
通过添加润滑剂聚硅氧烷提高碳化硅和氧化锆在聚醚醚酮复合材料中的分散性、提高聚醚醚酮复合材料的加工性能、降低复合材料加工中对加工设备的磨耗、提高复合材料的光泽度，所述润滑剂聚硅氧烷为分子量不低于5000的聚硅氧烷。
分别取实施例一至九制得的聚醚醚酮复合材料和纯聚醚醚酮粉进行性能测试，测试项目包括这些材料的耐热老化性能、摩擦系数、和拉伸强度，其中耐热老化性能采用310℃的烘箱，考察其相同时间后强度残余率和强度低于30％时的失效时间。具体试验结果如下表：
上表中热老化失效时间测试方法使用gb/t7141进行测试，摩擦系数测试方法使用gb10006-1988进行测试，拉伸强度测试方法使用gb/t1041进行测试。
从表中可以看出，本发明中新的复合材料较纯聚醚醚酮粉有更好的耐热性、耐磨性和拉伸强度，降低了材料成本，扩大了其应用领域。
本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。