[發(fā)明專利]一種聚芳醚酮納米復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410027038.8
• 申請(qǐng)日: 2014-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN103788619A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李云濤;趙春霞;李輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L71/10
• 分類號(hào): C08L71/10;C08L61/16;C08K7/00;C08K9/00;C08K3/04;C08G65/40;C08G8/02
• 代理公司: 成都金英專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型聚芳醚酮納米復(fù)合材料及其制備方法，屬于高性能高分子材料及其制備領(lǐng)域。

技術(shù)背景

?聚芳醚酮是一類亞苯基環(huán)通過醚鍵和羰基鏈接而成的聚合物，按分子鏈中醚鍵、酮基與苯環(huán)鏈接次序和比例不同，可形成聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮和聚醚酮醚酮酮等聚合物品種。聚芳醚酮系列產(chǎn)品中，分子鏈中醚鍵與酮基比例越低，聚合物熔點(diǎn)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高。聚醚酮玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為165℃、熔點(diǎn)365℃；聚醚醚酮玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T_g)和熔點(diǎn)分別為143℃和334℃，負(fù)載熱變形溫度高達(dá)316℃，長(zhǎng)期使用溫度為260℃，瞬時(shí)使用溫度可達(dá)300℃。聚芳醚酮分子結(jié)構(gòu)中的剛性苯環(huán)和柔性醚鍵賦予聚芳醚酮優(yōu)良的耐高溫性能、力學(xué)性能和耐化學(xué)品腐蝕等優(yōu)勢(shì)。聚芳醚酮可采用熱塑性工程塑料的加工方法進(jìn)行成型加工。聚芳醚酮優(yōu)異的綜合性能使其廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天和能源等領(lǐng)域。隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展，實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)材料的綜合性能有了更高的要求，如傳統(tǒng)軸承塑料材料等不僅要求材料具有良好的耐化學(xué)腐蝕性和良好的力學(xué)性能，同時(shí)材料在常溫下摩擦系數(shù)要求達(dá)到0.12以下。純聚芳醚酮雖能滿足耐腐蝕和力學(xué)性能的要求，但其摩擦系數(shù)較高，難以滿足耐磨性能要求。聚芳醚酮品種中，聚醚醚酮具有相對(duì)較好自潤(rùn)滑性能，其摩擦系數(shù)為0.4，遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)應(yīng)用對(duì)材料耐磨性能的要求。提高聚芳醚酮耐磨性能可拓展聚芳醚酮應(yīng)用范圍，能彌補(bǔ)金屬材料在高溫高壓耐腐蝕環(huán)境應(yīng)用時(shí)的缺陷。

為進(jìn)一步拓寬聚芳醚酮的應(yīng)用范圍，提高其摩擦學(xué)性能的研究亟待開展，國內(nèi)外在這一領(lǐng)域已做了大量研究工作。目前，提高聚芳醚酮耐摩擦性能的方法主要是將聚芳醚酮與低摩擦系數(shù)的聚合物（Journal?of?Applied?Polymer?Science,?2011,?124:4612-4619;?Wear,?2010,?269:?278-284;?Material?Science,?2012,?47:?6436-6443）、無機(jī)粒子（材料研究學(xué)報(bào),?2008,?22:26-30;?Wear,?2011,?271:2222-2229;?Tribology?International,?2010,?43:1430-1437;?宇航材料工藝,?2005,?2:18-21）或碳纖維（Wear,?2007,?262:220-224;?Wear,?2011?(270):737-741;?Surface?&?Coatings?Technology,?2011,?205:2994-3005）等進(jìn)行物理共混，以達(dá)到降低摩擦系數(shù)和減小磨損的目的。Pan?G.?L.等（Wear,?2009,?266:1208-1215）研究了Al₂O₃納米粒子對(duì)聚芳醚酮（聚醚醚酮）微動(dòng)磨損性能的影響。當(dāng)Al₂O₃粒徑為15nm、添加量為5wt%時(shí)，聚醚醚酮磨痕表面積最小（0.503mm²），并且摩擦表面較為光滑，磨痕較淺且沒有磨屑。Goyal?R.?K.等（Wear,?2012,?296:?681-692）制備了聚芳醚酮（聚醚醚酮）/三氧化二鋁復(fù)合材料，并在滑動(dòng)速率為1.0?m/s，接觸壓力為0.5到1.25MPa的條件下研究了材料的摩擦性能。但是，過多納米粒子會(huì)使材料表面剛硬度過高，使摩擦系數(shù)增加，同時(shí)還會(huì)阻礙摩擦表面運(yùn)動(dòng)薄膜的生成，造成磨損加重。碳纖維在聚芳醚酮基體中，主要作為負(fù)載承擔(dān)體存在，可將聚芳醚酮基體受到的負(fù)載降低，減少聚芳醚酮與摩擦表面的直接接觸壓力，從而降低磨損，達(dá)到提高聚芳醚酮耐磨性能的目的（宇航材料工藝，2005,?2:22-25;?Wear,?2010,?268:871-876;?Synthetic?Lubrication,?2007,?24:149-166）。但是纖維與聚合物基體的界面相容性較差，同時(shí)，纖維硬度較高，摩擦過程中斷裂的纖維形成的堅(jiān)硬磨粒對(duì)聚合物表面會(huì)造成更大的刮擦磨損。對(duì)纖維進(jìn)行預(yù)處理，可在一定程度上改善纖維與聚醚醚酮的界面相容性，提高纖維對(duì)聚醚醚酮耐磨性能的改善情況。聚四氟乙烯等低摩擦系數(shù)聚合物可降低聚芳醚酮摩擦系數(shù)，但是會(huì)使聚合物機(jī)械強(qiáng)度大幅度降低，影響材料應(yīng)用。