一种聚醚醚酮基聚合物合金复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种聚醚醚酮基聚合物合金复合材料及其制备方法和应用，涉及热塑性塑料技术领域。本发明专利技术提供的聚醚醚酮基聚合物合金复合材料，包括以下质量百分含量的制备原料：聚醚醚酮60～80％、聚四氟乙烯5～10％、氮化硼10～20％和碳纤维5～10％。本发明专利技术利用聚四氟乙烯、氮化硼和碳纤维对聚醚醚酮进行复合改性，得到的聚醚醚酮基聚合物合金复合材料具有稳定的摩擦系数和较低的磨损率，综合力学性能优异且使用寿命长，能够解决现有技术中高速摩擦产生的高温对制件造成的热磨损严重的问题。

A peek based polymer alloy composite and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种聚醚醚酮基聚合物合金复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及热塑性塑料
，具体涉及一种聚醚醚酮基聚合物合金复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
摩擦学是一门研究摩擦行为对于相对运动的相互作用表面的影响的复杂学科，在机械设备向着大功率、高速度方向迈进的实际工业生产中，多种多样的实际使用条件随之出现，摩擦作用造成的机械零件损耗问题日益突出，不仅严重影响着仪器的精准度，降低了设备的工作效能，也大大缩短了其使用寿命，导致巨大的经济损失。聚醚醚酮(PEEK)是一种高性能的特种工程塑料，由于其具有耐热、高强度、耐腐蚀、阻燃、耐摩擦、耐辐射、绝缘、加工性能良好等优异性能，被广泛应用于工业、电子、航空及汽车等领域。然而，几乎所有的聚芳醚酮类材料的导热率都在0.2～0.3W/(m·K)范围内，纯聚醚醚酮在室温下的导热率只有0.3W/(m·K)，这无疑影响和制约了特种工程塑料在微电子、LED等领域的应用和发展。传统结构的导热型高分子材料通过引入二硫化钼、三氧化二铝、石墨或聚四氟乙烯等固体润滑剂等高导热性能的粒子或无机填料，以提高自身材料的导热性能，但是提高的程度有限。为了大幅度的提高高分子材料的导热性能，进而提升其摩擦性能，必须要在基质中构建导热网络，这就往往需要牺牲材料本身的机械性能，大量填充导热、耐磨型填料。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种聚醚醚酮基聚合物合金复合材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的聚醚醚酮基聚合物合金复合材料填料含量少、机械性能强且耐磨性好。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种聚醚醚酮基聚合物合金复合材料，包括以下质量百分含量的制备原料：聚醚醚酮60～80％、聚四氟乙烯5～10％、氮化硼10～20％和碳纤维5～10％。优选的，所述氮化硼的纯度≥95％。优选的，所述氮化硼包括小颗粒氮化硼、中颗粒氮化硼和大颗粒氮化硼中的至少两种；所述小颗粒氮化硼的粒度为0.05～0.9μm；所述中颗粒氮化硼的粒度为1～10μm；所述大颗粒氮化硼的粒度为15～50μm。优选的，所述氮化硼为六方氮化硼。优选的，聚醚醚酮和聚四氟乙烯的质量比为(65～75)：(6～9)。本专利技术提供了上述技术方案所述聚醚醚酮基聚合物合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：将聚醚醚酮、聚四氟乙烯和氮化硼混合，得到混合物料；将所述混合物料和碳纤维共混后挤出造粒，得到聚醚醚酮基聚合物合金复合材料。优选的，所述混合的方式为高速搅拌混合，所述高速搅拌混合的速度为150～200rpm，时间为5～30min。优选的，所述挤出造粒的温度为360～390℃。优选的，所述挤出造粒在双螺杆挤出机中进行；所述双螺杆挤出机的第一段温度为310～320℃，第二段的温度为320～330℃，第三段的温度为330～340℃，模口的温度为350～360℃。本专利技术还提供了上述技术方案所述聚醚醚酮基聚合物合金复合材料或上述技术方案所述制备方法制备的聚醚醚酮基聚合物合金复合材料作为仪表、轴承、内罩或衬套制件在汽车领域、航空领域或机械领域中的应用。本专利技术提供了一种聚醚醚酮基聚合物合金复合材料，包括以下质量百分含量的制备原料：聚醚醚酮60～80％、聚四氟乙烯5～10％、氮化硼10～20％和碳纤维5～10％。相比常用的减磨填料MoS2、PTFE等，氮化硼本身耐热等级高且导热性能好，将氮化硼作为填充组分加入到聚醚醚酮中，既保证其能够保留PEEK本身高耐热的优点，又可以有效地延长复合材料的使用寿命；而且氮化硼在聚醚醚酮基体中分散性较好，不易团聚，且有较好的界面结合性；PTFE分子以碳原子为骨架，周围被氟原子包围，C-F键具有很高的键能，使C-C很难被打断，从而具有耐高温，耐寒性好及较好的化学稳定性。聚四氟乙烯的加入使得复合材料在对偶件表面形成连续、均匀的转移膜，降低材料的摩擦系数。氮化硼拥有比聚醚醚酮树脂更大的热导率，随着氮化硼含量的增加，在碳纤维之间形成导热通路，使得热流在碳纤维径向得以通过，提高了材料在增强纤维径向热传导效率，降低了材料的传热的各向异性。而且氮化硼导热粒子的增加更有利于导热粒子之间形成导热通路，开辟新热流通道，增加横截面的热流量；氮化硼的添加可以提高材料的导热能力和耐磨损性能。碳纤维的添加可以在有益于复合材料摩擦磨损性能的同时，提高材料的力学性能。本专利技术以不过多牺牲材料的力学性能为出发点，通过添加低质量分数填料，得到耐磨性能更佳的聚醚醚酮复合材料。本专利技术利用聚四氟乙烯、氮化硼和碳纤维对聚醚醚酮进行复合改性得到的聚醚醚酮基聚合物合金复合材料具有稳定的摩擦系数和较低的磨损率，综合力学性能优异且使用寿命长，能够解决现有技术中高速摩擦产生的高温对制件造成的热磨损严重的问题。在较低的负载情况下，材料表面不熔融，摩擦系数伴随负载的增大同时增大，随负载的减小而减小。此时，摩擦材料表层受连续作用产生疲劳进而发生脱落，并在脱落过程中发生晶格破坏，使脱落部分结晶度降低。在高负载区，材料的摩擦表层熔融，熔体的粘滞性大，造成摩擦系数高于低负载情况，加上材料外形变化使摩擦面增大，使材料的摩擦系数增大而出现伴随上升的情况。在低温下，主要表现为磨粒磨损；在较高温度下，主要表现为黏着磨损和磨粒磨损共同作用。本文利用聚四氟乙烯优良的自润滑性能和分散性能，结合氮化硼的导热性能和碳纤维在接触表面形成的转移膜进而改善复合材料的摩擦性能。如本专利技术实施例结果所示，本专利技术提供的聚醚醚酮基聚合物合金复合材料的，摩擦系数为0.21～0.40，磨损率为(1.14～7.19)×10-6mm3/N·m，拉伸强度为108～125MPa，弯曲强度为157～175MPa，冲击强度为125～140MPa。本专利技术提供的制备方法，操作简单，适宜工业化生产。具体实施方式本专利技术提供了一种聚醚醚酮基聚合物合金复合材料，包括以下质量百分含量的制备原料：聚醚醚酮60～80％、聚四氟乙烯5～10％、氮化硼10～20％和碳纤维5～10％。在本专利技术中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。在本专利技术中，所述聚醚醚酮和聚四氟乙烯的质量比进一步优选为(65～75)：(6～9)，更优选为(70～75):(7～8)。在本专利技术中，以质量百分含量计，制备所述聚醚醚酮基聚合物合金复合材料的原料包括聚醚醚酮(PEEK)60～80％，优选为65～75％，更优选为70～75％。本专利技术对于所述聚醚醚酮的来源没有特殊限定，采用常规的市售商品即可。在本专利技术中，以所述聚醚醚酮的质量百分含量计，制备所述聚醚醚酮基聚合物合金复合材料的原料包括聚四氟乙烯(PTFE)5～10％，优选为6～9％，更优选为7～8％。在本专利技术中，所述聚四氟乙烯的含水率优选<0.1％。本专利技术对于所述聚四氟乙烯的来源没有特殊限定，采用常规的市售商品即可。在本专利技术中，所述聚四氟乙烯具有良好的分散性能，与基体材料能较好的混合，而且PTFE的加入，不仅保持了原有聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚醚醚酮基聚合物合金复合材料，包括以下质量百分含量的制备原料：聚醚醚酮60～80％、聚四氟乙烯5～10％、氮化硼10～20％和碳纤维5～10％。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚醚醚酮基聚合物合金复合材料，包括以下质量百分含量的制备原料：聚醚醚酮60～80％、聚四氟乙烯5～10％、氮化硼10～20％和碳纤维5～10％。


2.根据权利要求1所述的聚醚醚酮基聚合物合金复合材料，其特征在于，所述氮化硼包括小颗粒氮化硼、中颗粒氮化硼和大颗粒氮化硼中的至少两种；
所述小颗粒氮化硼的粒度为0.05～0.9μm；
所述中颗粒氮化硼的粒度为1～10μm；
所述大颗粒氮化硼的粒度为15～50μm。


3.根据权利要求1或2所述的聚醚醚酮基聚合物合金复合材料，其特征在于，所述氮化硼为六方氮化硼。


4.根据权利要求3所述的聚醚醚酮基聚合物合金复合材料，其特征在于，所述氮化硼的纯度≥95％。


5.根据权利要求1所述的聚醚醚酮基聚合物合金复合材料，其特征在于，所述聚醚醚酮和聚四氟乙烯的质量比为(65～75)：(6～9)。


6.权利要求1～5任一项所述聚醚醚酮基聚合物合金复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓刚，曹桓畅，张克，姚佳楠，王大明，周宏伟，陈春海，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22