[发明专利]聚醚醚酮耐磨复合材料、制备方法及其在机械抛光保持环方面的应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种聚醚醚酮耐磨复合材料、制备方法及其在机械抛光保持环方面的应用。

背景技术

聚醚醚酮树脂是一种芳香族半晶态的新型特种工程塑料，具有耐高温、耐化学腐蚀、高模量、高断裂韧性、加工性好等极其优良的综合性能，而且摩擦性能及自润滑性能优异。但是作为减摩耐磨材料，纯聚醚醚酮树脂其耐磨性能不够理想，因此需要对其进行改性填充以拓宽其应用领域。

石墨烯是单层石墨碳原子层，是二维结构材料，它在力学、光学、热学和电学中表现出良好的性质。在碳系材料中，石墨烯以其独特的结构特性和优异的性能以及生产成本相对低廉，使石墨烯在很多科学研究领域得到应用。单层的石墨烯在溶剂中团聚，分散性不好，因此石墨烯的功能化和分散性在应用中至关重要。化学功能化石墨烯能避免单层石墨烯在溶剂相的团聚，并且大部分保留石墨烯本质。氧化石墨烯上含有大量的羟基、羧基和环氧等活性官能团，这些含氧官能团的存在，利用化学反应对氧化石墨烯进行表面改性，使其与聚合物基体之间形成有效的界面结合、达到在聚合物中均匀分散。

目前关于机械抛光保持环的研究结果表明，聚醚醚酮复合材料是目前制备保持环的理想材料，它能满足保持环的各项性能要求，并且能够提高保持环的磨损寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚醚醚酮耐磨复合材料、制备方法及其在机械抛光保持环方面应用。

本发明所述的一种聚醚醚酮耐磨复合材料，由聚醚醚酮树脂和偶联剂改性的氧化石墨烯组成，按质量100％计算，聚醚醚酮树脂的质量百分含量为90～99.99％，其余为偶联剂改性的氧化石墨烯。

进一步地，所述的聚醚醚酮树脂的熔融指数为20～25g/10min(由XRZ-400熔融指数仪测定，测试条件：400℃，负荷祛码重5kg，聚合物装入测试料筒预热5min)，聚醚醚酮粉末粒径10～20um。

进一步地，所述的氧化石墨烯采用改进的Hummers法制备，包括预氧化和氧化两个步骤，

预氧化：将2.0～3.0g过硫酸钾和1.0～3.0g五氧化二磷加入到10～15mL浓硫酸(质量分数为96～98％)中，搅拌加热到75～95℃使其溶解，再加入2～5g石墨粉继续在75～95℃条件下搅拌反应5～7h；反应完全后降至室温，加入400～600mL去离子水稀释，抽滤、用无水乙醇洗涤、干燥，得到预氧化石墨；

氧化：将上述预氧化石墨加入到60～100mL冰浴的浓硫酸(质量分数为96～98％)中，缓慢加入6～10g高锰酸钾，温度控制在10℃以下；加入完毕后升温到30～40℃反应1～3h，再缓慢加入100～200mL去离子水，继续搅拌0.5～1h后加入500～700mL去离子水和5～15mL过氧化氢(质量分数为30％)；最后将上述溶液抽滤，用质量分数8～15％的盐酸洗涤，再用无水乙醇洗涤至中性、干燥，之后加入去离子水超声0.5～1.5h，配成5～10mg/mL的氧化石墨水分散液，透析2～5天，再将上述氧化石墨溶液超声分散25～35min，抽滤、用无水乙醇洗涤、干燥后得到氧化石墨烯。

一种聚醚醚酮耐磨复合材料的制备方法，其步骤如下：

A.偶联剂改性的氧化石墨烯：取0.1～0.8g氧化石墨烯加入到10～100mL无水乙醇溶液(质量分数≥99.7％)中，超声搅拌20～40min，将0.5～3.5mL硅烷偶联剂(KH550或者DB551)滴加到上述溶液中，在65～85℃条件下反应5～15h，过滤、洗涤后烘干，得到偶联剂改性的氧化石墨烯；

B.将步骤A得到的偶联剂改性的氧化石墨烯超声分散于无水乙醇溶液中，浓度为0.05～0.50g/10mL，分散时间为0.5～2h；

C.将步骤B得到的超声分散后的偶联剂改性的氧化石墨烯与聚醚醚酮粉末分散于无水乙醇中，超声分散10～30min，再在常温下经20～30min的机械混合，抽滤后于60～80℃条件下干燥6～8h；

D.将步骤C干燥好的混合物加入到双螺杆挤出机中，在360～380℃的条件下混炼、挤出、造粒、干燥，然后将干燥好的粒料在注塑机中熔融，注入模具成型，得到聚醚醚酮耐磨复合材料。