专利名称：一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺。具体涉及一种应用于高精度、高耐热、耐磨损、抗疲劳、抗蠕变要求，如航天航空、机械工业、汽车等领域的聚醚醚酮复合材料。
背景技术：
聚醚醚酮(PEEK)是一种全芳香族半结晶性的热塑性工程塑料，具有高耐热性、耐腐蚀性、高断裂韧性、高强度、高模量等优异的综合性能。另外，PEEK具有极好的耐腐蚀性；韧性好，对循环应力的优良耐疲劳性是塑料中最出众的；摩擦性能突出，摩擦系数低，承载能力和耐磨性好，可以在无润滑、高温、潮湿、腐蚀等严酷环境下使用；PEEK还具有绝缘、耐水解、抗辐射能力强 等特点，在许多工程领域具有广泛的应用。PEEK具有非常优异的综合性能，但单一的PEEK树脂还是难以满足不同的使用要求，目前对PEEK的改性为纤维增强改性、共混改性、填充改性等方法。传统的纤维增强改性PEEK为玻纤增强PEEK、碳纤增强PEEK及玻纤和碳纤混合增强PEEK等方法，并都一定程度上能提高PEEK的力学性能和摩擦性能。共混和填充改性PEEK的方法有很多，PTFE摩擦系数很小，具有良好的自润滑性能，但耐磨损能力差，PEEK/PTFE优化共混能获得更好的摩擦磨损性能。本发明采用的纤维增强剂为高性能碳-石墨纤维，该纤维相比于玻纤和碳纤具有突出的特性，如高模量、高强度、高导电率、低密度、低热膨胀系数、低摩擦因数以及对大多数环境条件和化学试剂良好的稳定性等，使其最有潜力成为金属的代用品。所以本发明复合材料不仅具有极为优异的物理、机械、热、化学等性能，且具有比铝和钢更好的减振作用，同时，摩擦系数低、干润滑特性优良，备受关注和重视，使之广泛应用于航天航空、机械工业、汽车工业等领域，特别适用于制作优异的无润滑轴承。
发明内容
本发明是为了解决传统的碳纤维增强PEEK产品中存在的一些问题，提出了一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺。本发明的技术方案是PEEK，20 85份；碳-石墨纤维，10 50份；PTFE，5 30份；偶联剂，1 3份；其他加工助剂，1 3份。所述的聚醚醚酮树脂其玻璃化转变温度为200 240°C，特性粘度为1 5。所述的碳-石墨纤维为高性能纤维，抗拉强度3500 5000MPa，抗拉模量500 900GPa。所述的PTFE为超细聚四氟乙烯粉，表观密度0.4-0.6g/ml，平均粒径30-40 μ m。所述的偶联剂为磺化聚醚醚酮(SPEEK)，具有与聚醚醚酮相似的结构，磺化度为60 80%。本发明所述的一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺如下:碳-石墨纤维的表面处理工艺为磺化聚醚醚酮法、硝酸常温处理法、混酸超声氧化法及高温硝酸水浴法中的一种或几种。PEEK的表面处理工艺为氩等离子体法、氧等离子体法或激光法的一种或几种。采用PTFE填充及碳-石墨纤维增强PEEK，首先将PEEK树脂、PTFE、偶联剂和加工助剂在高混机中混合均匀，加入到双螺杆挤出机中，并将经表面处理后的碳-石墨纤维从专业加入口加入，进行混炼、挤出、冷却、切粒，得圆柱状颗粒产品。挤出料筒温度:后段330 360°C，中段350 380°C，前段360 400°C，螺杆长径比15 25，螺杆转速200 800r/min。本发明复合材料是采用PTFE填充及碳-石墨纤维增强PEEK。在PEEK中加入PTFE可以降低摩擦系数，但会引起力学性能的下降，致使在承受一定载荷的高温环境下应用受到限制；玻纤增强PEEK可提高材料的压缩强度，但摩擦磨损性能未得到明显改善；碳纤增强PEEK相比于玻纤增强PEEK具有较高的机械性能和摩擦磨损性能，但本发明材料采用高性能碳-石墨纤维增强，物理、机械、热、化学等性能都较高，这是因为高性能碳-石墨纤维的抗拉强度和抗拉模量都较碳纤高。所以，本发明所制备的PEEK复合材料综合性能优异，尤其是耐热性、耐磨性、抗疲劳性、抗蠕变性突出，适于生产高质量、高科技含量产品。
具体实施方式
:下面结合具体实施例对本发明进一步详细说明，但本发明并不局限于以下实施各例:本实施方式均使用科倍隆双螺杆挤出机和海天注塑机；主要原料主要为进口料，PEEK产于英国ICI公司，碳-石墨纤维产于美国赛拉尼斯公司，PTFE产于日本大金工业株式会社，其他加工助剂均为国产。本发明所述的一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺如下:碳-石墨纤维的表面处理工艺为磺化聚醚醚酮法、硝酸常温处理法、混酸超声氧化法及高温硝酸水浴法中的一种或几种。PEEK的表面处理工艺为氩等离子体法、氧等离子体法或激光法的一种或几种。采用PTFE填充及碳-石墨纤维增强PEEK，首先将PEEK树脂、PTFE、偶联剂和加工助剂在高混机中混合均匀，加入到双螺杆挤出机中，并将经表面处理后的碳-石墨纤维从专业加入口加入，进行混炼、挤出、冷却、切粒，得圆柱状颗粒产品。挤出料筒温度:后段330 360°C，中段350 380°C，前段360 400°C，螺杆长径比15 25，螺杆转速200 800r/mino本发明各实施例中所得的PEEK复合材料，按以下注塑条件注塑成测试样条，注塑条件:注塑温度350 450°C，模具温度150 200°C，注射压力1200 1800Kg/cm2，保持压600 1000，注射速度为中速 高速。各实施例物理性能均按德国国家标准、 我国国家标准和美国国家标准进行测试，具体检测标准如下:吸水率(23°C，24hc)ISO-62
抗拉强度(23°C)ASTM-D638
弯曲强度(23°C)ASTM-D790
弯曲模量(23°C)ASTM-D790
缺口冲击强度(23°C)ISO —180
无缺口冲击强度(23°C)ISO-180
热变形温度(18.6Kg/m2)ASTM-D648 摩擦磨损性(SRV微动摩擦磨损)GB-73960-1983表I各实施例对应的配方
权利要求
1.根据权利要求1所述的一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺。其特征在于高比强度、高比模量、耐疲劳等性能，其组分及含量如下:PEEK，20 85份；碳-石墨纤维，10 50份；PTFE，5 30份；偶联剂，I 3份；其他加工助剂，I 3份。
2.根据权利要求1所述的一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺，其特征在于所述的聚醚醚酮树脂其玻璃化转变温度为200 240°C，特性粘度为I 5。
3.根据权利要求1所述的一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺，其特征在于所述的碳-石墨纤维为高性能纤维，抗拉强度3500 5000MPa，抗拉模量500 900GPa。
4.根据权利要求1所述的一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺，其特征在于所述的PTFE为超细聚四氟乙烯粉，表观密度0.4-0.6g/ml，平均粒径30-40 μ m。
5.根据权利要求1所述的一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺，其特征在于所述的偶联剂为磺化聚醚醚酮(SPEEK)，具有与聚醚醚酮相似的结构，磺化度为60 80%。
6.根据权利要求1所述的一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺，其特征在于碳-石墨纤维的表面处 理工艺为磺化聚醚醚酮法、硝酸常温处理法、混酸超声氧化法及高温硝酸水浴法中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺，其特征在于PEEK的表面处理工艺为氩等离子体法、氧等离子体法或激光法的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺，其特征在于采用PTFE填充及碳-石墨纤维增强PEEK，首先将PEEK树脂、PTFE、偶联剂和加工助剂在高混机中混合均匀，加入到双螺杆挤出机中，并将经表面处理后的碳-石墨纤维从专业加入口加入，进行混炼、挤出、冷却、切粒，得圆柱状颗粒产品。
9.根据权利要求1所述的一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺，其特征在于:挤出料筒温度:后段330 360°C，中段350 380°C，前段360 400°C，螺杆长径比15 25，螺杆转速200 800r/min。
全文摘要
本发明公布了一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺。复合材料是以聚醚醚酮(PEEK)、碳-石墨纤维及聚四氟乙烯(PTFE)为主要原料，添加适量的偶联剂及其他加工助剂制备而得，其中PEEK，20～85份；碳-石墨纤维，10～50份；PTFE，5～30份；偶联剂，1～3份；其他加工助剂，1～3份。按上述比例称取原料，在双螺杆挤出机上共混挤出。本发明不仅具有极为优异的物理、机械、热、化学等性能，且具有比铝和钢更好的减振作用，同时，摩擦系数低、润滑特性优良，使之广泛应用于航天航空、机械工业、汽车工业等领域。另外，本发明所用的双螺杆挤出制备工艺控制简单、生产效率高，产品质量稳定，适于工业化生产。
文档编号B29B9/06GK103087468SQ201110347338
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月7日 优先权日2011年11月7日
发明者黄水萍, 刘士涛, 田野, 马俊杰 申请人:黑龙江鑫达企业集团有限公司