[發明專利]一種聚芳醚酮納米復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410027038.8
• 申請日: 2014-01-21
• 公開（公告）號: CN103788619A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 李云濤;趙春霞;李輝
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C08L71/10
• 分類號: 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所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

技術領域

本發明涉及一種新型聚芳醚酮納米復合材料及其制備方法，屬于高性能高分子材料及其制備領域。

技術背景

?聚芳醚酮是一類亞苯基環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。聚芳醚酮系列產品中，分子鏈中醚鍵與酮基比例越低，聚合物熔點和玻璃化轉變溫度越高。聚醚酮玻璃化轉變溫度為165℃、熔點365℃；聚醚醚酮玻璃化轉變溫度(T_g)和熔點分別為143℃和334℃，負載熱變形溫度高達316℃，長期使用溫度為260℃，瞬時使用溫度可達300℃。聚芳醚酮分子結構中的剛性苯環和柔性醚鍵賦予聚芳醚酮優良的耐高溫性能、力學性能和耐化學品腐蝕等優勢。聚芳醚酮可采用熱塑性工程塑料的加工方法進行成型加工。聚芳醚酮優異的綜合性能使其廣泛應用于汽車、航空航天和能源等領域。隨著工業技術發展，實際應用中，對材料的綜合性能有了更高的要求，如傳統軸承塑料材料等不僅要求材料具有良好的耐化學腐蝕性和良好的力學性能，同時材料在常溫下摩擦系數要求達到0.12以下。純聚芳醚酮雖能滿足耐腐蝕和力學性能的要求，但其摩擦系數較高，難以滿足耐磨性能要求。聚芳醚酮品種中，聚醚醚酮具有相對較好自潤滑性能，其摩擦系數為0.4，遠不能滿足工業應用對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用范圍，能彌補金屬材料在高溫高壓耐腐蝕環境應用時的缺陷。

為進一步拓寬聚芳醚酮的應用范圍，提高其摩擦學性能的研究亟待開展，國內外在這一領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）、無機粒子（材料研究學報,?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）等進行物理共混，以達到降低摩擦系數和減小磨損的目的。Pan?G.?L.等（Wear,?2009,?266:1208-1215）研究了Al₂O₃納米粒子對聚芳醚酮（聚醚醚酮）微動磨損性能的影響。當Al₂O₃粒徑為15nm、添加量為5wt%時，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）/三氧化二鋁復合材料，并在滑動速率為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，過多納米粒子會使材料表面剛硬度過高，使摩擦系數增加，同時還會阻礙摩擦表面運動薄膜的生成，造成磨損加重。碳纖維在聚芳醚酮基體中，主要作為負載承擔體存在，可將聚芳醚酮基體受到的負載降低，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，纖維硬度較高，摩擦過程中斷裂的纖維形成的堅硬磨粒對聚合物表面會造成更大的刮擦磨損。對纖維進行預處理，可在一定程度上改善纖維與聚醚醚酮的界面相容性，提高纖維對聚醚醚酮耐磨性能的改善情況。聚四氟乙烯等低摩擦系數聚合物可降低聚芳醚酮摩擦系數，但是會使聚合物機械強度大幅度降低，影響材料應用。