專利名稱：一種聚醚醚酮復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚醚醚酮復(fù)合材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚醚醚酮復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚醚醚酮(PEEK)樹脂是20世紀(jì)80年代初由英國ICI公司最先開發(fā)成功并商品化的，經(jīng)過一段開發(fā)誘導(dǎo)期，1993年由Victrex公司獨家經(jīng)營，之后的產(chǎn)量以每年15%速度遞增。聚醚醚酮是一種線性芳香高分子化合物，其大分子主鏈上含有大量的芳環(huán)和極性酮基，賦予聚合物以耐熱性和力學(xué)強度；另外，大分子中含有大量的醚鍵，又賦予聚合物以韌性，醚鍵越多，韌性越好。聚醚醚酮具有以下特征耐高溫，優(yōu)良的耐疲勞性，可與合金材料媲美；耐化學(xué)藥品性，耐腐蝕性與鎳鋼相近，自潤滑性；耐疲勞性；耐輻照性；耐水解性；阻燃性，不加任何阻燃劑就可達到最高阻燃標(biāo)準(zhǔn)；易加工性，由于它具有高溫流動性好和熱分 解溫度很高等特點，可采用擠出、注射、模壓和吹塑等成型方式成型。由于聚醚醚酮具有優(yōu)良的綜合性能，在許多特殊領(lǐng)域可以替代金屬、陶瓷等傳統(tǒng)材料。該塑料的耐高溫、自潤滑、耐磨損和抗疲勞等特性，使之成為當(dāng)今最熱門的高性能工程塑料之一，它主要應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、電子電氣和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。然而，單一的聚醚醚酮樹脂難以滿足不同領(lǐng)域的使用要求，近年來，PEEK的改性尤其是提高樹脂的綜合性能成為國內(nèi)外研究的熱點之一。G. zhang以短碳纖維、石墨、聚四氟乙烯為填料,在400°C下熱壓成型制得 PEEK 復(fù)合材料[G. Zhang, A. K. Schlar b. Correlation of the trbological behaviors with the mechanical properties of poly—ether—ether—ketoneswith different molecular weights and their fiber filled composites[J]， Wear,2009,266 :337-334] 0鐘明強等研究了短碳纖維增強注塑聚醚醚酮[鐘明強，益小蘇等.短碳纖維增強注塑聚醚醚酮復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能研究。[J].復(fù)合材料學(xué)報，2002，19(1) :12-16. ]。J. Paulo Davin等分別以30%碳纖維和玻璃纖維為增強材料，通過擠出成型制得 PEEK 復(fù)合材料[J. Paulo Davin, Rosaria Cardoso. Effect of the reinforcementon friction and wear behavior of the PEEK against steel surface at a long drysliding[J]. Wear，2009，266 (7/8) :795-799]。雖然這些報道出的復(fù)合材料的綜合性能和純樹脂比都有較大的提高，但是綜合性能依然不是很好。我們結(jié)合了碳纖維和納米金剛石的物理性能，想通過共混的方法，得到一種綜合性能比現(xiàn)有技術(shù)更好的復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種聚醚醚酮復(fù)合材料，該材料具有高強、高硬度、優(yōu)異的耐磨性等特點。本發(fā)明的另一個目的是提供一種上述聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供了一種聚醚醚酮復(fù)合材料，該復(fù)合材料包括以下組分及重量份數(shù)
聚醚醚酮64. 5 89. 3份，納米金剛石粉0. 5 5份，短切碳纖維10 30份，抗氧劑0.2 0.5份。所述的聚醚醚酮為擠出級，擠出前放入烘箱，150°C干燥3小時。所述的納米金剛石粉經(jīng)過預(yù)處理，處理步驟如下高壓釜中，加入Ikg的納米金剛石粉和5L的濃硝酸，180°C，攪拌5小時，過濾，用去離子水洗滌至中性；把去除微量雜質(zhì)后的納米金剛石粉和5L的濃度為10%的氫氧化鈉溶液加入高壓釜中，150°C，攪拌5小時，過濾，用去離子水洗滌至中性，干燥；將鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-101用沸程為60-90°C的石油醚溶 解，用丙酮分散，加入金剛石粉末，超聲I小時，放入烘箱中除去溶劑，100°C干燥2小時，密封保存。 所述的納米金剛石粉純度> 95%，平均粒徑10_50nm。所述的短切碳纖維長度為5-20mm,單絲直徑為7-10 u m。所述的抗氧劑選自抗氧劑1010或抗氧劑168中的一種或兩種的混合物。本發(fā)明還提供了一種上述聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法，該方法包括以下步驟把64. 5 89. 3份的聚醚醚酮、0. 5 5份的預(yù)處理納米金剛石粉、0. 2 0. 5份抗氧劑加入到高速混和機中，80-100°C高速混和10-30分鐘；將混合料通過加料口喂料，開啟雙螺桿擠出機，通過側(cè)喂料口加入10 30份短切碳纖維，擠出造粒。所述的雙螺桿擠出機，其擠出溫度區(qū)間為300-400°C，轉(zhuǎn)速為250-350轉(zhuǎn)/分鐘。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果本發(fā)明制備的聚醚醚酮復(fù)合材料在納米金剛石粉和短切碳纖共同填充的情況下，硬度、強度就能有明顯的提升，耐磨性能有大幅度的提高，具有耐熱性、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異，吸水率低等特點，綜合性能極其優(yōu)異，大大的拓寬了聚醚醚酮復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。以下實施例中所用的納米金剛石粉的預(yù)處理，處理步驟如下高壓釜中，加入Ikg的納米金剛石粉和5L的濃硝酸，180°C，攪拌5小時，過濾，用去離子水洗滌至中性；把去除微量雜質(zhì)后的納米金剛石粉和5L的氫氧化鈉溶液(濃度10% )加入高壓釜中，150°C，攪拌5小時，過濾，用去離子水洗滌至中性，干燥；將鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-101用沸程為60-90°C的石油醚溶解，用丙酮分散，加入金剛石粉末，超聲I小時。放入烘箱中除去溶劑，100°C干燥2小時。密封保存。拉伸性能的測試GB1040/T-1992，塑料拉伸性能試驗方法，1992.拉伸速度5mm/min0 耐磨性能的測試采用摩擦磨損試驗機，對偶件為40mm*10mm的45號鋼環(huán)，整體要求淬火后HRC為40-45，外圓表面粗糙度為0. 4m，試樣尺寸為16mm*15mm*7mm。試驗條件是在室溫干摩擦條件下，轉(zhuǎn)速為0.42m/s，對磨時間2h，負(fù)荷為196N。用電子天平稱量磨損后的質(zhì)量。以下實施例中所用的聚醚醚酮為擠出級，擠出前放入烘箱，150°C干燥3小時。
以下實施例中所用的納米金剛石粉純度彡95%，平均粒徑10_50nm。以下實施例中所用的短切碳纖維長度為5_20mm，單絲直徑為7_10 ii m。實施例I把69份的聚醚醚酮，0. 6份預(yù)處理的納米金剛石粉，0. 2份抗氧劑1010，0. 2份抗氧劑168加入到高混機中，80°C高速混和10分鐘；將混合料通過加料口喂料，開啟雙螺桿擠出機，通過側(cè)喂料口加入30份短切碳纖維，擠出造粒。擠出溫度一區(qū)溫度300°C，二區(qū)溫度3400C，三區(qū)溫度360°C，四區(qū)溫度370°C，五區(qū)溫度375°C，六區(qū)溫度375°C，轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分鐘。性能測試結(jié)果拉伸強度181MPA，磨擦系數(shù)0. 29，磨損量3. 6mg (純PEEK磨擦系數(shù)為
0.42,磨損量 14. 9mg)實施例2把73份的聚醚醚酮，I. 5份預(yù)處理的納米金剛石粉，0. 25份抗氧劑1010，0. 25份抗氧劑168加入到高混機中，800C高速混和20分鐘；將混合料通過加料口喂料，開啟雙螺桿擠出機，通過側(cè)喂料口加入25份短切碳纖維，擠出造粒。擠出溫度一區(qū)溫度310°C，二區(qū)溫度340°C，三區(qū)溫度360°C，四區(qū)溫度370°C，五區(qū)溫度375°C，六區(qū)溫度375°C，轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分鐘。性能測試結(jié)果拉伸強度173MPA，磨損系數(shù)0. 24，磨損量2. Img (純PEEK磨擦系數(shù)為0. 42，磨損量為14. 9mg)實施例3把66份的聚醚醚酮，3. 6份預(yù)處理的納米金剛石粉，0. 2份抗氧劑1010，0. 2份抗氧劑168加入到高混機中，90°C高速混和20分鐘；將混合料通過加料口喂料，開啟雙螺桿擠出機，短切碳纖維通過側(cè)喂料口加入，控制添加量為30份，擠出造粒。擠出溫度一區(qū)溫度3000C，二區(qū)溫度350°C，三區(qū)溫度365°C，四區(qū)溫度375°C，五區(qū)溫度380°C，六區(qū)溫度380°C，轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分鐘。性能測試結(jié)果拉伸強度177MPA，磨損系數(shù)0. 25，磨損量I. 9mg (純PEEK磨擦系數(shù)為0. 42，磨損量為14. 9mg)實施例4把84. 5份的聚醚醚酮，5份預(yù)處理的納米金剛石粉，0. 25份抗氧劑1010，0. 25份抗氧劑168加入到高混機中，100°C高速混和30分鐘；將混合料通過加料口喂料，開啟雙螺桿擠出機，短切碳纖維通過側(cè)喂料加入，添加量為10份，擠出造粒。擠出溫度一區(qū)溫度3000C，二區(qū)溫度340°C，三區(qū)溫度350°C，四區(qū)溫度370°C，五區(qū)溫度375°C，六區(qū)溫度375°C，轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分鐘。性能測試結(jié)果拉伸強度123MPA，磨損系數(shù)0. 11，磨損量0. 8mg (純 PEEK磨擦系數(shù)為0. 42，磨損量為14. 9mg)上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料包括以下組分及重量份數(shù)， 聚醚醚酮64. 5 89. 3份， 納米金剛石粉0. 5 5份， 短切碳纖維10 30份， 抗氧劑0. 2 0. 5份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征在于所述的聚醚醚酮為擠出級，擠出前放入烘箱，150°C干燥3小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征在于所述的納米金剛石粉經(jīng)過預(yù)處理，處理步驟如下高壓釜中，加入Ikg的納米金剛石粉和5L的濃硝酸，180°C，攪拌5小時，過濾，用去離子水洗滌至中性；把去除微量雜質(zhì)后的納米金剛石粉和5L的濃度為10 %的氫氧化鈉溶液加入高壓釜中，150°C，攪拌5小時，過濾，用去離子水洗滌至中性，干燥；將鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-101用沸程為60-90°C的石油醚溶解，用丙酮分散，加入金剛石粉末，超聲I小時，放入烘箱中除去溶劑，100°C干燥2小時，密封保存。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征在于所述的納米金剛石粉純度≥95%，平均粒徑10-50nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征在于所述的短切碳纖維長度為5-20mm,單絲直徑為7-10 u m。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征在于所述的抗氧劑選自抗氧劑1010或抗氧劑168中的一種或兩種的混合物。
7.權(quán)利要求I至6任一所述的聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟， 把64. 5 89. 3份的聚醚醚酮、0. 5 5份的預(yù)處理納米金剛石粉、0. 2 0. 5份抗氧劑加入到高速混和機中，80-100°C高速混和10-30分鐘；將混合料通過加料口喂料，開啟雙螺桿擠出機，通過側(cè)喂料口加入10 30份短切碳纖維，擠出造粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征在于所述的雙螺桿擠出機，其擠出溫度區(qū)間為300-400°C，轉(zhuǎn)速為250-350轉(zhuǎn)/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明屬于聚醚醚酮復(fù)合材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種聚醚醚酮復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明的聚醚醚酮復(fù)合材料包括以下組分及重量份數(shù)64.5～89.3份聚醚醚酮、0.5～5份納米金剛石粉、10～30份短切碳纖維和0.2～0.5份抗氧劑。本發(fā)明公開的聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟把64.5～89.3份的聚醚醚酮、0.5～5份的預(yù)處理納米金剛石粉、0.2～0.5份抗氧劑加入到高速混和機中，80-100℃高速混和10-30分鐘；將混合料通過加料口喂料，開啟雙螺桿擠出機，通過側(cè)喂料口加入10～30份短切碳纖維，擠出造粒。本發(fā)明制備的聚醚醚酮復(fù)合材料具有耐熱性、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異，吸水率低等特點，綜合性能極其優(yōu)異，大大的拓寬了聚醚醚酮復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。
文檔編號C08K13/06GK102757635SQ20111010673
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者李萬里 申請人:合肥杰事杰新材料股份有限公司