专利名称：高尺寸稳定性耐磨擦聚醚醚酮复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于高性能聚合物领域，具体涉及一种高尺寸稳定性耐磨擦聚醚醚酮复合材料及其制备方法。
背景技术：
PEEK是一种典型的热塑性高性能聚合物，具有耐高温、耐溶剂、耐老化、耐水解以及极高的比强度、比模量等性能，特别是在高温高湿的恶劣环境中仍然能保持良好的综合性能，因此，在对材料性能要求越来越高的今天，PEEK及其复合材料的重要性日益凸显。近年来，随着对高分子材料使用温度、负载能力以及耐磨性要求的提高，传统的高分子耐磨擦材料，例如尼龙、聚四氟乙烯等，越来越难以满足使用要求。聚醚醚酮具有自润滑性，是一种良好的耐磨擦材料，然而仍然存在热变形温度低，摩擦系数偏高等问题，摩擦生热的积累会导致聚醚醚酮树脂变软，发生塑性形变而导致较大的磨损率，因此，国内外很多研究人员采用添加玻璃纤维、碳化硅、石墨等耐磨减磨填料的方法对其进行改性，但是都有其局限性， 效果并不十分理想。例如固体润滑剂可以明显降低磨损率，但是往往需要比较高的填充量， 而高填充量又会带来其它性能，特别是力学性能的急剧下降。无机粒子和纤维类填料往往可以减小磨损量，但是对降低摩擦系数效果有限，而且价格比较高。除了耐磨性能本身，尺寸稳定性也对零部件的加工制造有非常重要的意义，精密零部件的加工就要求材料具有非常高的尺寸稳定性。聚醚醚酮本身具有较低的线膨胀系数和成型收缩率，但是对于很多应用领域而言，聚醚醚酮的尺寸稳定性仍然需要进一步提高。硅灰石是一种新兴的无机矿物填料，具有价格低廉、储量丰富、耐磨擦、尺寸稳定性好、制品表面光滑，光泽度好等诸多优点，以硅灰石为填料，不仅可以赋予聚醚醚酮更好的耐磨擦性能和尺寸稳定性，也可以极大的降低成本，在一定程度上解决高昂的价格对 PEEK应用的限制。因此，我们结合PEEK和硅灰石本身的特点以及市场需求，以硅灰石和玻璃纤维为填料，配合使用自制耐高温偶联剂，设计制备了一系列复合材料，该材料具有优异的力学性能、良好的尺寸稳定性(较低的成型收缩率和线膨胀系数)以及良好的耐磨擦性能，其出色的性能和相对更低的成本将在国际市场具有一定的竞争优势，有望应用于电连接器等精密部件以及齿轮、阀片等耐磨擦部件。与本发明相关的背景技术是聚醚醚酮树脂的合成方法技术(中国专利“聚醚醚砜和聚醚醚酮三元共聚物的制备方法”，申请号200610016723. 6，既可以制备聚醚醚砜又可以制备聚醚醚酮树脂以及它们的共聚物)以及本发明人已发表的文章(!^reparation and Properties of Poly (Ether Ether Ketone)Composites Reinforced by Modified Wollastonite Grafting with Different Oligomers，High Performance Polymers，2011， 23(2) 160-169)。进一步，利用上述专利合成的聚醚醚酮树脂添加硅灰石和玻璃纤维以及不同含量的如文章中合成的偶联剂，通过熔融挤出造粒的方法制备了一系列具有高尺寸稳定性和耐磨擦性能的复合材料，可以应用在要求无润滑剂条件下具有耐磨擦性能的精密零部件制造行业。
发明内容
本发明的目的是制备一种具有高尺寸稳定性和耐磨擦性能的聚醚醚酮复合材料， 以应用于耐磨擦精密零部件的制造行业。目前很多零部件(如轴承、齿轮、阀片等)对制品的尺寸精度要求很高，即要求具有很小的线膨胀系数和成型收缩率，同时要求具有自润滑性，即在无外加润滑剂的条件下保持较低的摩擦系数和磨损率。本发明采用聚醚醚酮、硅灰石、玻璃纤维以及耐高温偶联剂等，通过不同的配比，制备了一系列复合材料，在满足上述要求的同时，还具有较高的力学性能。本发明的高尺寸稳定性耐磨擦聚醚醚酮复合材料，其特征在于各组分和按 100衬％计算，含60 90wt%的聚醚醚酮树脂，0. 05 0. 12wt %的耐高温偶联剂，5 20wt%的硅灰石和0 30wt%的玻璃纤维。所用聚醚醚酮树脂熔融指数为12 90g/10min，研磨成粒径为200 400目的粉
末后使用。
进一步的优选实施方案，包含以下两种配方的复合材料， 配方a
PEEK树脂硅灰石
耐高温偶联剂配方b : PEEK树脂硅灰石玻璃纤维
权利要求
1. 一种高尺寸稳定性耐磨擦聚醚醚酮复合材料，其特征在于各组分和按100wt%计算，含60 90wt%的聚醚醚酮树脂，0. 05 0. 12wt%的耐高温偶联剂，5 20wt%的硅灰石和0 30wt%的玻璃纤维；其中，耐高温偶联剂的结构式如下所示，(H3CO)3Si-// VS2-O--J10C^ ^-Si(OCH3)3(H3CO)3Si-C^^-Si(OCH3)3 或C2~^^-Si(OCH3)3 12 o
2.如权利要求1所述的一种高尺寸稳定性耐磨擦聚醚醚酮复合材料，其特征在于各组分和按100wt%计算，含90wt%的聚醚醚酮树脂，0. 05 0. 12wt%的耐高温偶联剂和 9. 88wt%~ 9. 95wt% 的硅灰石。
3.如权利要求1所述的一种高尺寸稳定性耐磨擦聚醚醚酮复合材料，其特征在于 各组分和按IOOwt %计算，含60 75wt%的聚醚醚酮树脂，5 20wt%的硅灰石和15 30wt%的玻璃纤维。
4.权利要求2所述的一种高尺寸稳定性耐磨擦聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于在队保护下，按Ig 20 60mL的比例将耐高温偶联剂溶于有机溶剂中，然后加入硅灰石，搅拌，加热至回流温度，按有机溶剂与水的体积比为50 1 80 1的比例加入水，继续加热回流1 4小时，抽滤后得到改性硅灰石；将改性石灰石用有机溶剂洗涤后在真空烘箱中于80 120°C温度下烘干除去有机溶剂；将烘干后的改性硅灰石和聚醚醚酮的粉末混合，在高速搅拌机中预混均勻，经加料漏斗加入到双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机挤出、造粒，得到聚醚醚酮复合材料；各组分和按100wt%计算，含有90wt%的PEEK树脂， 9. 88wt%~ 9. 95wt%的硅灰石，0. 05 0. 12wt%的耐高温偶联剂。
5.如权利要求4所述的一种高尺寸稳定性耐磨擦聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于有机溶剂中为DMF、DMAc或者氯仿。
6.权利要求3所述的一种高尺寸稳定性耐磨擦聚醚醚酮复合材料的制备方法，其步骤为(1)将硅灰石和聚醚醚酮的粉末混合，再在高速搅拌机中预混均勻，经加料漏斗加入到双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机挤出、造粒，得到含聚醚醚酮树脂和硅灰石的聚醚醚酮复合材料粒料；(2)将聚醚醚酮粉末经加料漏斗加入到双螺杆挤出机，将玻璃纤维从双螺杆挤出机的第一排气口处导入，经双螺杆挤出机挤出、造粒，得到含聚醚醚酮树脂和玻璃纤维的聚醚醚酮复合材料粒料；(3)将聚醚醚酮的粉末经加料漏斗加入到双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机挤出、造粒， 得到纯聚醚醚酮粒料；(4)将步骤(1)、(2)和( 得到的粒料按一定比例混合后，经加料漏斗加入到双螺杆挤(H3CO)3Sinf Vc出机，经双螺杆挤出机二次挤出、造粒后得到聚醚醚酮复合材料，各组分和按100wt%计算， 含有60 75wt%的聚醚醚酮树脂，5 20wt%的硅灰石和15 30wt%的玻璃纤维。
全文摘要
本发明属于高性能聚合物领域，涉及一种高尺寸稳定性耐磨擦聚醚醚酮复合材料及其制备方法。复合材料中各组分和按100wt％计算，含60～90wt％的聚醚醚酮树脂，0.05～0.12wt％的耐高温偶联剂，5～20wt％的硅灰石和0～30wt％的玻璃纤维。其是在N2保护下，将耐高温偶联剂溶于有机溶剂中，然后加入硅灰石，搅拌，加热至回流温度，加入水后继续加热回流1～4小时，抽滤后得到改性硅灰石；将改性石灰石洗涤、烘干后与聚醚醚酮粉末混合，经双螺杆挤出机挤出、造粒，得到聚醚醚酮复合材料。本发明制备的复合材料具有很小的线膨胀系数和成型收缩率，同时具有自润滑性和较高的力学性能，在制备轴承、齿轮、阀片等方面得到应用。
文档编号C08K9/06GK102250446SQ201110156338
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者吴忠文, 姜振华, 岳喜贵, 张淑玲, 牟建新, 王贵宾, 马刚 申请人:吉林大学