[发明专利]一种耐疲劳磨损复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种耐疲劳磨损复合材料，其特征在于，以工程塑料为基体，以微米级短纤维为主增强体，以纳米级颗粒为次增强体熔融共混制得；所述耐疲劳磨损复合材料的微观结构为：微米级短纤维在基体中呈均匀分布；纳米级颗粒在基体中呈现两种不同的分布，一部分富集在微米级短纤维周围，与微米级短纤维一同均匀分布在基体中，另一部分均匀分布在微米级短纤维之间的基体中，富集在微米级短纤维周围的纳米颗粒密集度大于分布在微米级短纤维间的密集度，在基体中呈局部密集分布；

所述的工程塑料为聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚酰胺46和聚酰胺66中的一种；

所述的微米级短纤维为碳纤维，直径为6-8微米；所述的纳米级颗粒为氧化锆、氮化硅、氮化硼、碳化硅、氧化硅和钛酸钾晶须中的一种，平均粒径为50-500纳米；

所述的耐疲劳磨损复合材料，用于需要长效服役的滑动摩擦产品中；所述的需要长效服役的滑动摩擦产品为水泵的密封垫片、滑动轴承衬套、轴承保持架。

2.一种权利要求1所述的耐疲劳磨损复合材料的制备方法，其特征在于，以微米级碳纤维为主增强体的耐疲劳磨损复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将干燥后的微米级碳纤维、纳米级颗粒分别进行表面处理，把处理后的微米级碳纤维和纳米级颗粒混合均匀，部分纳米级颗粒通过化学键作用附着于微米级碳纤维的表面，形成一种增强体混合物；

具体步骤为：

（1）将微米级碳纤维浸泡在浓度为1~2g·L^-1的多巴胺溶液中，用缓冲液Tril-HCl调节溶液至pH8-8.5，在碳纤维表面聚合功能性的聚多巴胺层，制备出CF/PDA复合材料；继续在溶液中加入硅烷偶联剂KH550，加入量为碳纤维质量的0.1-1.0%，处理CF/PDA复合材料，在室温下持续反应获得CF/PDA-NH₂复合材料；

（2）用硅烷偶联剂KH560处理纳米颗粒，加入量为纳米颗粒质量的0.1-1.0%，得到表面含有环氧基团的纳米粒子；

（3）把制备的CF/PDA-NH₂与表面含有环氧基团的纳米颗粒在碱性环境中反应，通过氨基与环氧基团的开环反应，使得无机纳米粒子结合在纤维表面，制备出一种微米级碳纤维和纳米级颗粒的增强体混合物；

步骤2、将制得的增强体混合物通过熔融共混工艺填加到工程塑料基体中，制备得到以微米级碳纤维为主增强体的耐疲劳磨损复合材料，增强体混合物的加入量为复合材料总质量的10-40%；所述的熔融共混工艺采用双螺杆挤出工艺、单螺杆挤出工艺、转矩流变仪或密炼机工艺。

3.根据权利要求2所述的耐疲劳磨损复合材料的制备方法，其特征在于，所述的工程塑料为聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚酰胺46或聚酰胺66；所述的微米级碳纤维直径为6-8微米，长度为3-6毫米；所述的纳米级颗粒为氧化锆、氮化硅、氮化硼、碳化硅、氧化硅或钛酸钾晶须，直径为50-500纳米。

4.根据权利要求2所述的耐疲劳磨损复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，处理后的微米级碳纤维和纳米级颗粒以质量比5:1~1:1的比例混合。

5.根据权利要求2所述的耐疲劳磨损复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1（3）中，在温度60-70℃下，pH=7-8的碱性环境中反应15-60分钟。