本发明属于聚合物基复合材料领域，尤其涉及导电耐磨轻质聚醚醚酮基复合材料及其制备方法。
背景技术：
随着复合材料技术的发展，单一的一种材料已经不能满足人们对材料性能日益增加的需求，复合材料能在保持原先单一材料物性的基础上，不仅能弥补单一材料的缺陷又能通过材料的复合提高或增强人们所需要的其它性能。因此复合材料因其优异综合性能越来越引起科学家的重视，复合材料已经广泛应用于人们的日常生活中。通过填充人们所需求的性质的填料改性聚醚醚酮，以获取导电耐磨轻质聚醚醚酮基复合材料是一种非常高效的途径。
聚醚醚酮(peek)特种工程塑料中的一种，耐热水性好，可在200℃的高压热水和蒸汽中长期使用、聚醚醚酮树脂具有优异的耐蠕变性和耐疲劳性、良好的抗冲击性能，是特种塑料中最好的一种。较好的阻燃性，美国nbs发烟实验结果表明其燃烧时的发烟量为所有塑料中最低，耐化学性，除浓硫酸外不溶于其它任何有机溶剂，出色的电绝缘性和优异的加工性能，优良的生物兼容性和摩擦磨损性。被广泛应用于航空航天，汽车工业，生物医学人造骨骼，医疗器械，电气/电子元件，密封元件等。但它是绝缘体，体积电阻率达到了1016ω·m，高温环境下依然能保持良好的电绝缘性。因此做导电耐磨轻质聚醚醚酮基复合材料必须对其进行改性。铜电阻率为1.7×10-8ω·m,导电性是金属中的佼佼者，因其优异延展性，良好的机械加工性能，耐腐蚀，价格低廉等被广泛用作导电材料。碳纤维属无机高分子纤维，比强度、比模量高，优良的耐腐蚀性，具有较低的密度，优良的导电性，比表面积大等优点，被广泛应用于屏蔽材料，导电材料，耐磨材料的研究。
技术实现要素：
本发明提供具有优异的导电性、耐磨性且密度小的一种导电耐磨轻质聚醚醚酮基复合材料。
为达到上述目的，在本发明采用的技术方案为：一种导电耐磨轻质聚醚醚酮基复合材料，由以下重量份份数的原料组成：
聚醚醚酮35-45份；
电解铜粉50-60份；
短碳纤维1-5份；
偶联剂0.1-0.2份；
其中所述电解铜粉粉末经过钛酸酯偶联剂表面处理。
优选的，所述电解铜粉的粒径为48μm。
优选的，短碳纤维直径7μm，长度1-3mm。
本发明还公开了上述的导电耐磨轻质聚醚醚酮基复合材料制备方法，其步骤包括：
（1）首聚醚醚酮粉末进行过筛，然后放入到干燥箱中进行干燥，温度为110℃，干燥时间4h，密封封装。
（2）电解铜粉在空气中易氧化，对真空包装的电解铜粉按一定质量分数称重后及时用钛酸酯偶联剂处理。然后密封保存。
（3）将处理过的聚醚醚酮粉和电解铜粉以及碳纤维按一定质量比例加入到行星式球磨机的球磨罐中，进行机械混合8h，以保证所有材料均匀混合。
（4）将混合后的材料放入冷压模具模腔中，在室温条件下在压机上模压，加压到30mpa，然后在30mpa压力下保压至少30min，脱模取出样件。
（5）脱模后的冷压件放入到烧结模具中，在高温炉中进行三阶段烧结，第一阶段升温阶段，60分钟，由室温升温至200℃；第二阶段缓慢升温阶段，60分钟，由200℃升温至310℃；第三个阶段为保温阶段，310℃下保温2小时；然后4小时冷却至室温，得到成品。
本发明在聚醚醚酮中填充电解铜粉填料增加复合材料的导电性，通过偶联剂处理后可以改善两种不同物质间的界面作用，提高其亲和力以大大提升复合材料的综合性能。填充短碳纤维，因为碳纤维比表面积大，与聚醚醚酮有较好的亲和性提高复合材料的界面结合力。同时碳纤维具有密度小，良好的导电性和摩擦磨损性能。碳纤维的填充增加了复合材料的导电性，提高复合材料的摩擦磨损性能，同时也提高了复合材料的综合性能。
本发明通过填充改性制备导电耐磨轻质聚醚醚酮基复合材料其电解铜粉的质量分数优选为50%-60%，然后进一步优选确定最后添加短碳纤维质量分数为5%，最优选电解铜粉的含量为55%。
本发明摩擦系数为0.30925~0.35878，体积磨损量为3.2964~6.4562mm3，体积电阻率为2.00×10-2~1.316×10-1ω•m，密度为2.260632~2.670095g/cm3。
具体实施方式
下面结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行详细，清楚，完整地描述。
实施例1
填充改性电解铜粉质量分数60%，碳纤维质量分数为5%的聚醚醚酮基复合材料。
本导电耐磨轻质聚醚醚酮基复合材料的制备方法，其步骤包括：
对聚醚醚酮粉末进行筛网过筛，然后放入到干燥箱中110℃下干燥4h，称取60份的电解铜粉粉末用偶联剂进行表面处理。
将60份的偶联剂处理过的电解铜粉，35份的聚醚醚酮粉末，5份短碳纤维加入到球磨机的球磨罐中，充分混合，使各组分材料均匀分散。
将混合好的材料放入到压片机的冷压模具中，室温下在室温条件下在压片机上模压、加压到30mpa，然后在30mpa压力下保压30分钟，脱模取出样件；
将脱模后的冷压样件放入烧结模具，在高温炉中进行三个阶段高温烧结，其中，第一阶段升温阶段60分钟，由室温升温至200℃，第二阶段缓慢升温阶段60分钟，由200℃升温至310℃，第三个阶段为保温阶段，310℃下保温2小，最后随炉4小时冷却至室温。得到聚醚醚酮基复合材料。
本实施例制备的导电耐磨轻质聚醚醚酮基复合材料的性能：摩擦系数是0.30925，体积磨损量是3.2964mm3，体积电阻率是2.00×10-2ω•m，密度是2.670095g/cm3。
实施例2
填充改性电解铜粉质量分数55%，碳纤维质量分数为5%的聚醚醚酮基复合材料。
本导电耐磨轻质聚醚醚酮基复合材料的制备方法，其步骤包括：
对聚醚醚酮粉末进行筛网过筛，然后放入到干燥箱中110℃干燥4h，称取55份的电解铜粉粉末用偶联剂进行表面处理。
将55份的偶联剂处理过的电解铜粉，40份的聚醚醚酮粉末，5份短碳纤维加入到球磨机的球磨罐中，充分混合，使各组分材料均匀分散。
压制样件的工艺及烧结样件的工艺与实施例1相同。
本实施例制备的导电耐磨轻质聚醚醚酮基复合材料的性能：摩擦系数是0.31592，体积磨损量是4.1048mm3，体积电阻率是3.67×10-2ω•m，密度是2.401582g/cm3。
实施例3
填充改性电解铜粉质量分数50%，碳纤维质量分数为5%的聚醚醚酮基复合材料。
本导电耐磨轻质聚醚醚酮基复合材料的制备方法，其步骤包括：
对聚醚醚酮粉末进行筛网过筛，然后放入到干燥箱中110℃干燥4h，称取50份的电解铜粉粉末用偶联剂进行表面处理。
将50份的偶联剂处理过的电解铜粉，45份的聚醚醚酮粉末，5份短碳纤维加入到球磨机的球磨罐中，充分混合，使各组分材料均匀分散。
压制样件的工艺及烧结样件的工艺与实施例1相同。
本实施例制备的导电耐磨轻质聚醚醚酮基复合材料的性能：摩擦系数是0.35878，体积磨损量是6.4562mm3，体积电阻率是1.316×10-1ω•m，密度是2.260632g/cm3。
性能检测说明：
本发明对其成品按一定规格进行切割，抛光，对其摩擦系数、体积磨损量、体积电阻率、密度等进行测试。
备注：本发明中各实施例的性能检测条件是：摩擦磨损条件：采用旋转摩擦磨损方式，室温干摩擦，对偶件直径为5mm钢球，材料为gcr15，磨损旋转速度500r/min，磨损半径4mm，加载载荷30n，摩擦时间60分钟。
本发明中各实施例的偶联剂处理电解铜粉的处理方法：按质量比例为100:1称取电解铜粉和偶联剂试剂，将偶联剂逐滴滴入到电解铜粉中，边滴边搅拌，保证电解铜粉粉末得到充分处理。
本发明制备的聚醚醚酮基复合材料当聚醚醚酮的质量分数为35-40份，电解铜粉质量分数为55-60份，短碳纤维质量分数为5份时，制备的聚醚醚酮基复合材料具有良好的摩擦磨损性，电阻率达到10-2ω•m，表现出良好的导电性，同时其聚醚醚酮基复合材料的密度小于铝合金密度（2.7g/cm3），是很好的轻质材料，是一种具有优异导电耐磨轻质性能的新型聚合物基复合材料。
以上所述是本发明的优选措施，通过电解铜粉和短碳纤维按其一定质量分数填充改性聚醚醚酮制备其导电耐磨轻质聚醚醚酮基复合材料，该复合材料的填充组分和填充比例凡是用本发明说明书内容所做的等效的变换，不脱离本发明或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均视为在本发明的专利保护范围内。