一种用于超声电机的聚醚醚酮复合材料及其制备方法
【技术领域】
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[0001] 本发明涉及一种用于超声电机的聚醚醚酮复合材料及其制备方法，其属于聚合物复合材料领域。
【背景技术】
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[0002]随着超声电机技术的不断发展，对转子摩擦材料性能的要求越来越高，传统的聚四氟乙烯基复合材料很难满足超声电机超长使用寿命以及稳定性的要求，因此，发展聚醚醚酮复合材料作为超声电机转子材料具有重要的应用前景。
[0003]聚醚醚酮是一种绝缘性能好、耐高温、耐腐蚀、耐磨损且抗压的一种高分子材料，但是纯的聚醚醚酮性能单一，很难满足复杂环境和苛刻条件下的使用要求。鉴于聚醚醚酮可设计性能强，可以通过纤维增强，固体润滑剂改性以及纳米颗粒填充赋予其特殊的性能。
[0004]超声电机是20世纪80年代迅速发展并具有特殊应用的一种新型微电机，由于超声电机通过摩擦界面输送动力，因而界面的摩擦特性对超声电机的整体性能的发挥至关重要。目前超声电机摩擦驱动模式为定子与转子间的干摩擦，材料的磨损不可避免，由于磨损造成超声电机使用寿命缩短以及预压力发生变化，从而导致超声电机输出转速不稳定。因此，寻求长寿命高可靠的耐磨材料是超声电机亟需解决的难题。
[〇〇〇5]目前旋转型超声电机使用的摩擦材料主要存在两大问题：一是摩擦性能不稳定，二是使用寿命短。2003年08月07日，中国发明专利申请03132555. 6公开了一种聚四氟乙烯基超声马达的摩擦材料，包含纳米金刚石和聚四氟乙烯，该材料的自润滑性能够降低噪声，动静摩擦系数接近、热化学性质稳定、易加工等优点恰好满足了超声马达对摩擦材料的要求。2005年2月23日，中国发明专利CN1583841A公开了一种聚苯酯塑料合金超声马达的摩擦材料，采用聚四氟乙烯和聚苯酯，其具有堵转力矩大、转速高、噪声低、磨损小、硬度高、粘接性好的优点。2006年5月29日，中国发明专利申请200610040708超声电机热固性树脂基摩擦材料及摩擦层制作法和辅助工具，由热固性树脂、固化剂、纳米耐磨粉、碳纤维、氧化铜、聚四氟乙烯、铜粉、丁腈橡胶、矿物质组成，具有优越的耐磨性、合适的硬度、优良的输出特性。但是，上述聚合物复合材料机械性能差且在干摩擦条件下磨损率高，无法保证超声电机长期稳定地运行，大大地缩短了了超声电机使用寿命。
【发明内容】
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[0006] 本发明的目的是克服超声电机现有技术存在的上述不足，提供一种具有摩擦性能稳定且耐磨性良好的聚醚醚酮复合材料及其制备方法。
[0007] 本发明采用如下技术方案：一种用于超声电机的聚醚醚酮复合材料，由以下成分按质量百分数组成：聚醚醚酮60?70%，碳纤维10?19%，聚四氟乙烯5?15%，石墨5?15 %，二氧化娃0?1 %。
[0008] 进一步地，所述聚醚醚酮的平均粒径为25 μ m。
[0009] 进一步地，所述碳纤维为短切碳纤维，直径为7 μ m，长度为20-50 μ m。
[0010]进一步地，所用聚四氟乙稀粒径为20?35μηι。
[0011]进一步地，所述石墨的粒径为50-70 μ m。
[0012]进一步地，所述二氧化娃为纳米颗粒，其平均粒径为20nm。
[0013]本发明还采用如下技术方案:一种用于超声电机的聚醚醚酮复合材料的制备方法，其包括如下步骤:
[0014](1)按权利要求1所述的比例先将聚醚醚酮和聚四氟乙烯采用湿法混合均匀，然后加入碳纤维、石墨和二氧化硅，充分混合均匀，进行烘干、粉碎以及过筛处理；
[0015](2)将步骤1混好的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度345°C，压力3MPa ；
[0016](3)将步骤2制成的聚醚醚酮复合材料进行加工、粘贴以及表面处理供超声电机使用。
[0017]本发明具有如下有益效果:
[0018](1)、本发明聚醚醚酮复合材料的摩擦系数稳定、磨损率低，能够满足旋转型超声电机转子摩擦材料的要求，额定转速大于80r/min，能够大大延长超声电机的使用寿命
[0019](2)、以短切碳纤维增强聚醚醚酮树脂基体，采用石墨和二氧化硅协同改性提高材料自身的机械性能和耐磨性，能够满足超声电机磨合期或多次启停时的使用要求；该材料具有良好的抗压耐蠕变性能，可以避免超声电机因储存过久发生齿陷而导致的无法启动问题。
【附图说明】
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[0020]图1为本发明各实施案例中聚醚醚酮复合材料的摩擦系数变化曲线。
[0021]图2为本发明各实施案例中的磨损率变化。
【具体实施方式】
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[0022]本发明用于超声电机的聚醚醚酮复合材料由以下成分按质量百分数组成:聚醚醚酮60?70%，碳纤维10?19%，聚四氟乙烯5?15%，石墨5?15%，二氧化硅0?1%。
[0023]优选地，所用聚醚醚酮为25 μ m超细粉，性能稳定，非常适合无机颗粒填充和模压。
[0024]优选地，所述碳纤维为短切碳纤维，直径7 μ m，长度20-50 μ m。选用碳纤维做增强材料是因为其力学性能良好和摩擦学性能优越；碳纤维的纤维直径7 μ m，长度20?50 μ m，该尺寸的碳纤维能够提高其与树脂基体的相容性，提高分散均匀性。
[0025]优选地，所用聚四氟乙烯粒径为20?35 μπι，选用聚四氟乙烯做固体润滑剂是因为其良好的自润滑性能和较低的表面能。
[0026]优选地，所述石墨的粒径为50-70 μ m，选用石墨做固体润滑剂是因其价格便宜和润滑性能突出。
[0027]优选地，所述二氧化娃为纳米颗粒，其粒径为20nm。选用二氧化娃作为改性剂是得益于其良好的耐磨性和较高的硬度，二氧化硅纳米颗粒粒径为20nm，其具有更加优异的增强增硬效果。
[0028]本发明还提供一种用于超声电机的聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0029](1)按比例先将聚醚醚酮和聚四氟乙烯采用湿法混合均勾，然后加入碳纤维、石墨和二氧化硅，充分混合均匀，进行烘干、粉碎以及过筛处理；
[0030](2)将步骤1混好的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度345°C，压力3MPa ；
[0031](3)将步骤2制成的聚醚醚酮复合材料进行加工、粘贴以及表面处理供超声电机使用。
[0032]下面通过几个实施例来说明本发明用于超声电机的聚醚醚酮复合材料及其制备方法。
[0033]本发明聚醚醚酮复合材料主要用于旋转型超声电机，以下实施例中选用的聚醚醚酮平均粒径为25 μm ;聚四氟乙稀的平均粒径为30 μm ;石墨的粒径为50-70 μm，平均粒径为60 μ m ;碳纤维的直径为7 μ m，长度范围为20?50mm(短切碳纤维）；二氧化硅颗粒的平均粒径为20nm。
[0034]实施例1
[0035]超声电机用聚醚醚酮复合材料各组分的重量百分比如下：聚醚醚酮60%、短切碳纤维19%、聚四氟乙烯5%、石墨15%、二氧化硅1%。