[發明專利]一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝

無效

• 申請號: 201110347338.0
• 申請日: 2011-11-07
• 公開（公告）號: CN103087468A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 黃水萍;劉士濤;田野;馬俊杰
• 申請（專利權）人: 黑龍江鑫達企業集團有限公司
• 主分類號: C08L61/16
• 分類號: C08L61/16;C08L27/18;C08K13/06;C08K9/04;C08K9/02;C08K7/06;B29B9/06;B29C47/92
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技術領域

本發明公開了一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝。具體涉及一種應用于高精度、高耐熱、耐磨損、抗疲勞、抗蠕變要求，如航天航空、機械工業、汽車等領域的聚醚醚酮復合材料。

技術背景

聚醚醚酮(PEEK)是一種全芳香族半結晶性的熱塑性工程塑料，具有高耐熱性、耐腐蝕性、高斷裂韌性、高強度、高模量等優異的綜合性能。另外，PEEK具有極好的耐腐蝕性；韌性好，對循環應力的優良耐疲勞性是塑料中最出眾的；摩擦性能突出，摩擦系數低，承載能力和耐磨性好，可以在無潤滑、高溫、潮濕、腐蝕等嚴酷環境下使用；PEEK還具有絕緣、耐水解、抗輻射能力強等特點，在許多工程領域具有廣泛的應用。

PEEK具有非常優異的綜合性能，但單一的PEEK樹脂還是難以滿足不同的使用要求，目前對PEEK的改性為纖維增強改性、共混改性、填充改性等方法。傳統的纖維增強改性PEEK為玻纖增強PEEK、碳纖增強PEEK及玻纖和碳纖混合增強PEEK等方法，并都一定程度上能提高PEEK的力學性能和摩擦性能。共混和填充改性PEEK的方法有很多，PTFE摩擦系數很小，具有良好的自潤滑性能，但耐磨損能力差，PEEK/PTFE優化共混能獲得更好的摩擦磨損性能。本發明采用的纖維增強劑為高性能碳-石墨纖維，該纖維相比于玻纖和碳纖具有突出的特性，如高模量、高強度、高導電率、低密度、低熱膨脹系數、低摩擦因數以及對大多數環境條件和化學試劑良好的穩定性等，使其最有潛力成為金屬的代用品。所以本發明復合材料不僅具有極為優異的物理、機械、熱、化學等性能，且具有比鋁和鋼更好的減振作用，同時，摩擦系數低、干潤滑特性優良，備受關注和重視，使之廣泛應用于航天航空、機械工業、汽車工業等領域，特別適用于制作優異的無潤滑軸承。

發明內容

本發明是為了解決傳統的碳纖維增強PEEK產品中存在的一些問題，提出了一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝。本發明的技術方案是PEEK，20～85份；碳-石墨纖維，10～50份；PTFE，5～30份；偶聯劑，1～3份；其他加工助劑，1～3份。

所述的聚醚醚酮樹脂其玻璃化轉變溫度為200～240℃，特性粘度為1～5。所述的碳-石墨纖維為高性能纖維，抗拉強度3500～5000MPa，抗拉模量500～900GPa。所述的PTFE為超細聚四氟乙烯粉，表觀密度0.4-0.6g/ml，平均粒徑30-40μm。所述的偶聯劑為磺化聚醚醚酮(SPEEK)，具有與聚醚醚酮相似的結構，磺化度為60～80％。

本發明所述的一種高耐熱、高耐磨聚醚醚酮復合材料及其制備工藝如下：

碳-石墨纖維的表面處理工藝為磺化聚醚醚酮法、硝酸常溫處理法、混酸超聲氧化法及高溫硝酸水浴法中的一種或幾種。PEEK的表面處理工藝為氬等離子體法、氧等離子體法或激光法的一種或幾種。采用PTFE填充及碳-石墨纖維增強PEEK，首先將PEEK樹脂、PTFE、偶聯劑和加工助劑在高混機中混合均勻，加入到雙螺桿擠出機中，并將經表面處理后的碳-石墨纖維從專業加入口加入，進行混煉、擠出、冷卻、切粒，得圓柱狀顆粒產品。擠出料筒溫度：后段330～360℃，中段350～380℃，前段360～400℃，螺桿長徑比15～25，螺桿轉速200～800r/min。

本發明復合材料是采用PTFE填充及碳-石墨纖維增強PEEK。在PEEK中加入PTFE可以降低摩擦系數，但會引起力學性能的下降，致使在承受一定載荷的高溫環境下應用受到限制；玻纖增強PEEK可提高材料的壓縮強度，但摩擦磨損性能未得到明顯改善；碳纖增強PEEK相比于玻纖增強PEEK具有較高的機械性能和摩擦磨損性能，但本發明材料采用高性能碳-石墨纖維增強，物理、機械、熱、化學等性能都較高，這是因為高性能碳-石墨纖維的抗拉強度和抗拉模量都較碳纖高。所以，本發明所制備的PEEK復合材料綜合性能優異，尤其是耐熱性、耐磨性、抗疲勞性、抗蠕變性突出，適于生產高質量、高科技含量產品。

具體實施方式：

下面結合具體實施例對本發明進一步詳細說明，但本發明并不局限于以下實施各例：

本實施方式均使用科倍隆雙螺桿擠出機和海天注塑機；主要原料主要為進口料，PEEK產于英國ICI公司，碳-石墨纖維產于美國賽拉尼斯公司，PTFE產于日本大金工業株式會社，其他加工助劑均為國產。