[發明專利]一種多元氧化物填充聚醚醚酮基自潤滑納米復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610992919.2
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN106751442B
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 張嘎;郭麗和;趙福燕;王廷梅;王齊華
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C08L61/16
• 分類號: C08L61/16;C08K7/06;C08K3/22;C08K3/36;C08K7/14;B29C45/78;B29C45/77;B29C47/92
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 周瑞華

本發明公開了一種多元氧化物填充聚醚醚酮基自潤滑納米復合材料，該復合材料的組成及各組分的體積分數為：聚醚醚酮樹脂55~94.4%、增強纖維5~30%、高熔點納米顆粒0.5~10%、低熔點納米顆粒0.1~5%；高熔點納米顆粒為納米SiO₂或納米TiO₂；低熔點納米顆粒為納米Bi₂O₃或納米CuO。本發明還公開了該復合材料的制備方法。以上兩種不同熔點納米顆粒的同時加入，顯著縮短了聚醚醚酮基復合材料摩擦過程中的跑合階段，摩擦界面上釋放出的納米顆?？纱龠M在對偶表面迅速形成潤滑特性的轉移膜，兩種納米填料表現出明顯的協同效應，提高了聚醚醚酮材料的摩擦學性能。

技術領域

本發明涉及一種多元氧化物填充聚醚醚酮基自潤滑納米復合材料及其制備方法，屬于自潤滑復合材料領域。

背景技術

聚醚醚酮基復合材料是一種具有高強度、高模量、耐熱性以及較高化學穩定性和自潤滑性能的熱塑性工程塑料，廣泛應用于干摩擦條件下運行的滑動軸承。然而，由于純的聚醚醚酮樹脂材料通常表現出較高的摩擦系數和磨損率，在實際應用中，需要對其進行增強和自潤滑改性來改善其摩擦學性能。

將增強填料、固體潤滑劑以及無機納米陶瓷顆粒加入到聚醚醚酮樹脂中，不僅可以提高復合材料的力學性能，同時也可以改善其耐磨減摩性能。研究表明，在金屬對偶表面形成的具有潤滑特性的轉移膜是使聚合物復合材料具有良好的摩擦學性能的主要因素之一。

在聚合物基材料中添加納米尺度陶瓷顆粒被證明能夠提高材料的摩擦學性能。然而，文獻報導的自潤滑復合材料中僅包含單一種類的納米陶瓷顆粒，至今尚沒有關于不同物理、化學性質的納米氧化物顆粒的耦合對聚合物復合材料摩擦學性能影響的研究報導。耦合不同功能的納米氧化物顆粒，發揮不同種類納米顆粒間的協同作用，是設計制備高性能納米自潤滑材料的新思路。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多元氧化物填充聚醚醚酮基自潤滑納米復合材料及其制備方法。

本發明所述材料在摩擦過程中，兩種具有不同熔點的納米顆粒被釋放到摩擦界面上，通過界面閃溫作用在材料表面燒結形成自潤滑性能優異的摩擦膜。高熔點納米顆粒提高轉移膜的承載能力，而低熔點納米顆粒促進摩擦燒結的發生，從而顯著縮短材料的“跑合階段”，通過不同熔點納米顆粒的協同降低材料的摩擦與磨損。

本發明將兩種不同熔點的納米氧化物顆粒同時加入到聚醚醚酮基復合材料中，通過研究其摩擦學性能發現：與兩種納米顆粒中的單一組分添加的聚合物基復合材料相比，兩種納米顆粒耦合對材料的摩擦學性能的提高具有協同效應。即：在更短的時間經過“跑合階段”達到平衡，從而使聚醚醚酮基納米復合材料具有較小的摩擦系數和磨損率。

一種多元氧化物填充聚醚醚酮基自潤滑納米復合材料，其特征在于該復合材料的組成及各組分的體積分數為：聚醚醚酮樹脂 55~94.4%、增強纖維 5~30%、高熔點納米顆粒0.5~10%、低熔點納米顆粒 0.1~5%；所述高熔點納米顆粒為納米SiO₂或納米TiO₂；所述低熔點納米顆粒為納米Bi₂O₃或納米CuO。

所述聚醚醚酮樹脂為粉料或粒料。

所述增強纖維為短碳纖維或短玻璃纖維，單絲直徑為5~30μm，長度為20~500μm。

所述高熔點納米顆粒和低熔點納米顆粒的粒度均為10~100nm。

如上所述多元氧化物填充聚醚醚酮基自潤滑納米復合材料的制備方法，其特征在于具體步驟為：

A) 將高熔點納米顆粒和低熔點納米顆粒進行機械混合，然后加入聚醚醚酮樹脂和增強纖維進一步混合；

B) 將A)中混合均勻的物料置于雙螺桿擠出機中熔融混煉并擠出，將熔融混煉的擠出料經注塑機注塑成型。