一种聚醚醚酮基复合材料及其制备方法和应用

本发明属于橡塑复合材料，具体涉及一种聚醚醚酮基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚醚醚酮是一种具有卓越的物理力学性能、出色的自润滑性、阻燃性以及耐热性的全芳香族半结晶性的线性热塑性工程塑料，被广泛用于汽车、航空航天、输送管道等领域。然而，聚醚醚酮自身也有缺陷，例如在大部分试剂当中难以溶解，而且这种材料的熔点较高，在应用过程中难加工成型，所以对加工方式有较高要求。为了克服聚醚醚酮难加工成型的技术缺陷，科研人员将3d打印技术应用于聚醚醚酮材料的成型中，实现了快速制造复杂结构的聚醚醚酮材料。虽然聚醚醚酮具有优异的耐磨性能，但是随着工业的发展，聚醚醚酮却难以满足现代工业在摩擦性能方面的较高要求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种聚醚醚酮基复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的聚醚醚酮基复合材料具有良好的减摩抗磨性能，能够应用于对耐磨性能具有较高要求的领域。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚醚醚酮基复合材料，包括含有孔结构的改性聚醚醚酮基体和填充于所述改性聚醚醚酮基体中的改性杜仲橡胶；

3、所述改性聚醚醚酮基体由改性聚醚醚酮形成，所述改性聚醚醚酮包括磺化聚醚醚酮和与所述磺化聚醚醚酮中磺酸基键合的二胺类化合物；

4、所述改性杜仲橡胶包括杜仲橡胶和与所述杜仲橡胶接枝的环氧基，所述改性杜仲橡胶中的环氧基与改性聚醚醚酮中的氨基键合。

5、优选的，所述改性聚醚醚酮基体的填充密度为50～70％。

6、本发明还提供了上述技术方案所述聚醚醚酮基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

7、将聚醚醚酮成型后和浓硫酸混合进行磺化反应，得到磺化聚醚醚酮基体；

8、将所述磺化聚醚醚酮基体、氯化剂和催化剂混合进行磺酰氯化反应后，得到磺酰氯化聚醚醚酮基体；

9、将所述磺酰氯化聚醚醚酮基体、二胺类化合物、缚酸剂和溶剂混合进行磺酰胺化反应，得到改性聚醚醚酮基体；

10、将杜仲橡胶、甲基丙烯酸缩水甘油酯、抗氧剂和过氧化二异丙苯混合进行接枝反应，得到改性杜仲橡胶；

11、将所述改性杜仲橡胶分别置于改性聚醚醚酮基体上表面和下表面后进行热压，得到所述聚醚醚酮基复合材料。

12、优选的，所述成型包括以下步骤：

13、将聚醚醚酮置于双螺杆挤出机中进行挤压和牵引，得到丝材；

14、利用所述丝材进行3d打印，得到聚醚醚酮基体。

15、优选的，所述磺化反应为将成型得到的聚醚醚酮基体浸泡于浓硫酸中；所述浸泡的时间为2～4min。

16、优选的，所述二胺类化合物包括己二胺、乙二胺或精胺；

17、所述磺酰氯化反应的温度为65～75℃，时间为11～13h；

18、所述磺酰胺化反应的温度为-1～1℃，时间为22～26h。

19、优选的，所述接枝反应的温度为110～130℃，时间为9～10min。

20、优选的，所述接枝反应后还包括：将接枝反应后产物第一排胶后和氧化锌、硬脂酸、n-叔丁基-2-苯噻唑磺酰胺混合，然后依次进行塑化、硫化、第二排胶和下片，得到所述改性杜仲橡胶。

21、优选的，所述热压包括依次进行第一热压和第二热压；

22、所述第一热压包括以下步骤：将改性杜仲橡胶置于改性聚醚醚酮基体上表面进行第一预压，重复所述第一预压3次后将改性杜仲橡胶置于改性聚醚醚酮基体下表面进行第二预压，重复所述第二预压2次；所述第一热压的温度为130～140℃，所述第一热压中的每次预压的时间为18～22min；

23、所述第二热压的温度为140～150℃，压力为13～17mpa，时间为68～72min。

24、本发明还提供了上述技术方案所述聚醚醚酮基复合材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的聚醚醚酮基复合材料在制备耐磨零件中的应用。

25、本发明提供了一种聚醚醚酮基复合材料，包括含有孔结构的改性聚醚醚酮基体和填充于所述改性聚醚醚酮基体中的改性杜仲橡胶；所述改性聚醚醚酮基体由改性聚醚醚酮形成，所述改性聚醚醚酮包括磺化聚醚醚酮和与所述磺化聚醚醚酮中磺酸基键合的二胺类化合物；所述改性杜仲橡胶包括杜仲橡胶和与所述杜仲橡胶接枝的环氧基，所述改性杜仲橡胶中的环氧基与改性聚醚醚酮中的氨基键合。本发明通过改性向聚醚醚酮中引入氨基，向杜仲橡胶中引入环氧基，氨基和环氧基之间通过开环反应键合，使改性聚醚醚酮和改性杜仲橡胶良好结合；聚醚醚酮基复合材料作为耐磨材料在摩擦过程中温度升高，增加了改性杜仲橡胶的流动性，从而在对偶表面形成一层熔融层来防止钢环等构建破坏复合材料，提高了聚醚醚酮基复合材料的减摩抗磨性能，同时减少了聚醚醚酮基复合材料的磨损率。

技术特征：

1.一种聚醚醚酮基复合材料，包括含有孔结构的改性聚醚醚酮基体和填充于所述改性聚醚醚酮基体中的改性杜仲橡胶；

2.根据权利要求1所述聚醚醚酮基复合材料，其特征在于，所述改性聚醚醚酮基体的填充密度为50～70％。

3.权利要求1或2所述聚醚醚酮基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述成型包括以下步骤：

5.根据权利要求3或4所述制备方法，其特征在于，所述磺化反应为将成型得到的聚醚醚酮基体浸泡于浓硫酸中；所述浸泡的时间为2～4min。

6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述二胺类化合物包括己二胺、乙二胺或精胺；

7.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述接枝反应的温度为110～130℃，时间为9～10min。

8.根据权利要求3或7所述制备方法，其特征在于，所述接枝反应后还包括：将接枝反应后产物第一排胶后和氧化锌、硬脂酸、n-叔丁基-2-苯噻唑磺酰胺混合，然后依次进行塑化、硫化、第二排胶和下片，得到所述改性杜仲橡胶。

9.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述热压包括依次进行第一热压和第二热压；

10.权利要求1或2所述聚醚醚酮基复合材料或权利要求3～9任一项所述的制备方法制备得到的聚醚醚酮基复合材料在制备耐磨零件中的应用。

技术总结
本发明属于橡塑复合材料技术领域，具体涉及一种聚醚醚酮基复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的聚醚醚酮基复合材料，包括含有孔结构的改性聚醚醚酮基体和填充于所述改性聚醚醚酮基体中的改性杜仲橡胶；所述改性聚醚醚酮基体由改性聚醚醚酮形成，所述改性聚醚醚酮包括磺化聚醚醚酮和与所述磺化聚醚醚酮中磺酸基键合的二胺类化合物；所述改性杜仲橡胶包括杜仲橡胶和与所述杜仲橡胶接枝的环氧基，所述改性杜仲橡胶中的环氧基与改性聚醚醚酮中的氨基键合。本发明提供的聚醚醚酮基复合材料具有良好减摩抗磨性能，且在摩擦过程具有较低的磨损率。

技术研发人员：裴先强,裴千瑶,王彦,张展程,王齐华,王廷梅
受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15