[发明专利]一种高耐热、高耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备工艺

说明书

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。

技术背景

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℃，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30-40μm。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℃，中段350～380℃，前段360～400℃，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。