專利名稱：一種聚芳醚酮基耐磨復合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于抗摩擦技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚芳醚酮基耐磨復合材料及其制備方法，該復合材料適用于汽車、軍用、航空等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚醚醚酮是由4，4’ 一二氟二苯酮和對苯二酚為單體，以二苯砜為溶劑，利用親核取代路線制備出的一種新型半晶態(tài)芳香族熱塑性工程塑料。聚醚醚酮作為一種半結(jié)晶性高分子材料，具有耐熱等級高、耐輻射、耐化學藥品、耐疲勞、耐沖擊、抗蠕變、耐磨、耐熱水性好、阻燃性好、電性能優(yōu)良等綜合性能，在航空、航天、核能、信息、通訊、電子電信、石油化工、機械制造、交通運輸?shù)雀呒夹g(shù)領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。其分子鏈中存在著大量的芳環(huán)、雜環(huán)，形成“螺形”、“片狀”和“梯形”結(jié)構(gòu)，化學鍵能高，鏈段的剛性大，具有很高的玻璃化溫度，較高的熱分解溫度和低的可燃性；存在于其分子主鏈上的共軛雙鍵，使分子的規(guī)整性好，具有高的模量，力學性能好；同時，剛性分子較強的分子鏈間作用力及結(jié)晶性等結(jié)構(gòu)特點，使得分子鏈緊密堆砌 ，溶劑分子滲入困難，因而又具有良好的耐溶劑性和耐藥品性。此夕卜，它還具有耐輻射、電性能好等優(yōu)點，成為近代高分子材料發(fā)展的一個新領(lǐng)域。聚四氟乙烯(PTFE)為四氟乙烯單體經(jīng)自由基聚合而生成的高結(jié)晶聚合物，享有“塑料王”之美譽。該樹脂無色、無毒、且具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，極強的耐高低溫性能，較好的非粘附性、自潤滑性和低溫延展性，耐老化性和高度絕緣性等性能，但因機械性能較差、線膨脹系數(shù)較大，尺寸穩(wěn)定性差，熱導率低，耐蠕變性差，易冷流，耐磨損性差、硬度低，成型和二次加工困難等缺陷，使其實用化和功能化應(yīng)用受到限制。碳纖維(CF)是一種高性能的增強劑，也經(jīng)常作為耐磨材料應(yīng)用于各種摩擦環(huán)境中，其提高摩擦的機理通常是認為在摩擦過程中，伴隨著基體的磨損，碳纖維逐漸暴露于磨損表面，并在接下來的摩擦過程中承擔大部分的載荷，從而極大地提高材料的耐磨性能。而主要磨損形式表現(xiàn)為碳纖維的減薄、破損和剝落。因而碳纖維在摩擦過程中具有極為重要的作用。在主基體中添加石墨可以有效的降低材料的摩擦系數(shù)，但由于普通石墨容易發(fā)生團聚，往往達不到預期的效果。專利201010124760.5采用碳纖維、聚四氟乙烯、石墨和聚醚醚酮制作軸承保持架；專利200910264351.2采用聚芳醚、納米膨脹石墨和碳纖維制備了高強導電復合材料；專利01125010.0采用纖維、聚四氟乙烯、石墨、聚醚醚酮、銅粉和鋼板制備了塑料鋼背自潤滑耐磨復合材料；專利200810043742.7研究了玻纖和石墨填充聚醚醚酮復合材料的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種力學性能優(yōu)異、加工性能好、耐磨性能優(yōu)良可用于汽車、軍用、航天等技術(shù)領(lǐng)域的一種聚芳醚酮基耐磨復合材料及其制備方法。
本發(fā)明所述的一種聚芳醚酮基耐磨復合材料，其特征在于:由主基體聚芳醚酮、增強體碳纖維、潤滑劑聚四氟乙烯和納米石墨微片所組成；各組分重量和按100%計算，聚芳醚酮的重量百分數(shù)為59% 99%、納米石墨微片或聚醚砜分散的納米石墨微片的重量百分數(shù)為1% 20%、聚四氟乙烯的重量百分數(shù)為O 20%、碳纖維的重量百分數(shù)為O 20% ;聚醚砜分散的納米石墨微片中，納米石墨微片和聚醚砜的質(zhì)量比為4 20:1。聚四氟乙烯作為增強體添加到聚芳醚酮主基體中來增強復合材料的綜合性能同時，又可以有效的克服聚四氟乙烯本身的缺陷。碳纖維的加入提高了聚芳醚酮基體的抗壓強度和抗蠕變性，且能有效提高材料的耐磨性能。納米石墨微片則能有效的克服石墨容易發(fā)生團聚這一缺陷，為了能優(yōu)化其分散性，我們再進一步采用聚醚砜對納米石墨微片進行分散處理。聚醚砜分散處理后的納米石墨微片保持了石墨的晶體結(jié)構(gòu)，因而其自潤滑性得以保持，同普通納米石墨微片相比其具有能在復合材料中均勻分散的優(yōu)點。同背景技術(shù)中所述的專利內(nèi)容相比，本發(fā)明所采用的納米石墨微片以及聚醚砜分散的納米石墨微片較普通石墨在聚合物中有更好的分散性。優(yōu)選地，本發(fā)明所述的聚芳醚酮為聚醚醚酮、聚醚砜酮、聚醚酮或聚醚酮酮。優(yōu)選地，本發(fā)明所述的納米石墨微片的直徑為IOum 40um，由購買所得。優(yōu)選地，本發(fā)明所述的聚醚砜的粘度為0.31Pa.s 0.35Pa.s,由長春吉大特塑工程研究有限公司提供。優(yōu)選地，本發(fā)明所述的聚四氟乙烯的密度為2.13g/cm3 2.19g/cm3。優(yōu)選地，本發(fā)明所述的碳纖維的長徑比為70 500:1。優(yōu)選地，本發(fā)明優(yōu)選的復合材料的重量百分含量為聚芳醚酮70% 80%、納米石墨微片5% 15%、聚四氟乙烯5% 15%、碳纖維5% 15%。測試結(jié)果表明，聚芳醚酮基體中固體潤滑劑納米石墨微片的加入使得本發(fā)明制得的復合材料的摩擦性能得到明顯提高。相對于納米石墨微片，分散性得到進一步優(yōu)化的聚醚砜分散的納米石墨微片則能使復合材料的摩擦性能進一步提高。碳纖維的加入則提高了聚芳醚酮基體的抗壓強度和抗蠕變性，復合材料的拉伸強度、斷裂伸長率、彎曲強度、耐磨性等相對于未添加碳纖維前都有明顯增強。聚四氟乙烯的加入有效的減少復合的摩擦系數(shù)，四元共混復合材料中，聚四氟乙烯可以和納米石墨微片在配合端面形成一個均勻轉(zhuǎn)移膜(如圖1)，可以有效地減小碳纖維與聚芳醚酮基體界面的應(yīng)力集中，有效抑制了摩擦過程中碳纖維的破損，使復合材料具有優(yōu)良的摩擦性能。因此聚芳醚酮基耐磨復合材料有望可以在汽車、軍用、航天等技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。優(yōu)選地，上面所述的聚芳醚酮基耐磨復合材料的制備方法，其步驟如下:I)將納米石墨微片均勻分散到二甲基乙酰胺(DMAc)溶液中(5g 20g/200mL 300mL)，然后緩慢加入分散均勻的聚醚砜PES的DMAc溶液(80g 95g/800mL IOOOmL),加熱攪拌處理，過濾，洗滌，烘干，得到聚醚砜分散的納米石墨微片(納米石墨微片和聚醚砜的質(zhì)量比為4 20:1)；

2)將納米石墨微片或聚醚砜分散的納米石墨微片、聚四氟乙烯、聚芳醚酮按照比例混合后加入到高速攪拌機中，攪拌均勻后置于烘箱中干燥；
3)將干燥好的混合物和碳纖維按照比例混合后一起加入到雙螺桿擠出機中，控制擠出加工溫度在聚芳醚酮基體熔點溫度以上進行混煉，擠出造粒后將料粒置于烘箱中干燥；具體地，雙螺桿擠出機料筒采用八段式加溫模式，第一段溫度為180 220°C，第二段溫度為260 300°C，第三段溫度為340 380°C，第四段溫度為340 380°C，第五段溫度為340 380°C，第六段溫度為340 380°C，第七段溫度為340 380°C，第八段溫度為340 380 0C ；4)將烘干后的料粒通過注塑機注塑成型，從而得到聚芳醚酮基耐磨復合材料，該制備方法簡單易行。


圖1:實施例3摩擦面的掃描電鏡照片。從圖中可以看出聚四氟乙烯和納米石墨微片能在配合端面形成一個均勻轉(zhuǎn)移膜，可以有效地減小碳纖維與聚芳醚酮基體界面的應(yīng)力集中，有效抑制了摩擦過程中碳纖維的破損，使復合材料具有優(yōu)良的摩擦性能。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā) 明進行具體描述，所述的實施例只是對本發(fā)明的具體描述，本發(fā)明不限于所述的實施內(nèi)容。下面實施利中，主基體聚芳醚酮都以聚醚醚酮為例，聚醚醚酮(PEEK)由長春吉大特塑工程研究有限公司提供，其熔融指數(shù)為25g/10min，由XRZ-400熔融指數(shù)儀測定。實施例1:以生產(chǎn)本發(fā)明IOOOg復合材料為例所用的原料及其制備過程:(I)將950gPEEK、50g納米石墨微片加入到高速攪拌機中，攪拌均勻后置于烘箱中干燥處理；(2)將干燥好的混合物加入到雙螺桿擠出機中，控制擠出加工溫度在聚醚醚酮基體熔點溫度以上進行混煉，擠出造粒后將料粒置于烘箱中干燥；具體地，雙螺桿擠出機料筒采用八段式加溫模式，第一段溫度為220°C，第二段溫度為300°C，第三段溫度為340°C，第四段溫度為350°C，第五段溫度為350°C，第六段溫度為350°C，第七段溫度為345°C，第八段溫度為340°C，經(jīng)高溫熔融、螺桿剪切擠壓、擠出、切料后制得納米石墨微片質(zhì)量百分數(shù)為5%、PEEK質(zhì)量分數(shù)為95%的聚醚醚酮基高性能復合材料；(3)最后將粒料烘干后通過注塑機注塑成所需的啞鈴型、圓銷狀測試樣品。(4)利用萬能試驗機測試樣品，在25 0C下拉伸強度為85.84MPa，斷裂伸長率為17.16%，彎曲強度為150.34MPa。利用摩擦試驗機對測試樣品進行摩擦測試，在4MP、600Rev/min的測試條件下樣品的摩擦系數(shù)為0.402，而其摩擦損耗為9.34X l(T7mmVNm。實施例2:以生產(chǎn)本發(fā)明IOOOg復合材料為例所用的原料及其制備過程:(I)將900gPEEK、100g納米石墨微片加入到高速攪拌機中，攪拌均勻后置于烘箱中干燥處理；(2)將干燥好的混合物加入到雙螺桿擠出機中，控制擠出加工溫度在聚醚醚酮基體熔點溫度以上進行混煉，擠出造粒后將料粒置于烘箱中干燥；具體地，雙螺桿擠出機料筒采用八段式加溫模式，第一段溫度為220°C，第二段溫度為300°C，第三段溫度為340°C，第四段溫度為350°C，第五段溫度為350°C，第六段溫度為350°C，第七段溫度為345°C，第八段溫度為340°C，經(jīng)高溫熔融、螺桿剪切擠壓、擠出、切料后制得納米石墨微片質(zhì)量百分數(shù)為10%、PEEK質(zhì)量分數(shù)為90%的聚醚醚酮基高性能復合材料；(3)最后將粒料烘干后通過注塑機注塑成所需的啞鈴型、圓銷狀測試樣品。(4)利用萬能試驗機測試樣品，在25°C下拉伸強度為90.82MPa，斷裂伸長率為
8.62%，彎曲強度為152.2MPa。利用摩擦試驗機對測試樣品進行摩擦測試，在4MP、600Rev/min的測試條件下樣品的摩擦系數(shù)為0.316，而其摩擦損耗為4.45 X 10_7mm3/Nm。實施例3:以生產(chǎn)本發(fā)明IOOOg復合材料為例所用的原料及其制備過程:(1)將700gPEEK、100g納米石墨微片、IOOg聚四氟乙烯加入到高速攪拌機中，攪拌均勻后置于烘箱中干燥處理；(2)將干燥好的混合物和IOOg碳纖維一起加入到雙螺桿擠出機中，控制擠出加工溫度在聚醚醚酮基體熔點溫度以上進行混煉，擠出造粒后將料粒置于烘箱中干燥；具體地，雙螺桿擠出機料筒采用八段式加溫模式，第一段溫度為220°C，第二段溫度為300°C，第三段溫度為340°C，第四段溫度為350°C，第五段溫度為350°C，第六段溫度為350°C，第七段溫度為345°C，第八段溫度為340°C，經(jīng)高溫熔融、螺桿剪切擠壓、擠出、切料后制得納米石墨微片質(zhì)量百分數(shù)為10%、聚四氟乙烯質(zhì)量分數(shù)為10%、碳纖維質(zhì)量分數(shù)為10%、PEEK質(zhì)量分數(shù)為70%的聚醚醚酮基高性能復合材料；

(3)最后將粒料烘干后通過注塑機注塑成所需的啞鈴型、圓銷狀測試樣品。(4)利用萬能試驗機測試樣品，在25°C下拉伸強度為157.9MPa，斷裂伸長率為10.9%，彎曲強度為186.3MPa。利用摩擦試驗機對測試樣品進行摩擦測試，在4MP、600Rev/min的測試條件下樣品的摩擦系數(shù)僅為0.2233，而其摩擦損耗也僅為1.055 X 10_7mm3/Nm。實施例4:以生產(chǎn)本發(fā)明IOOOg復合材料為例所用的原料及其制備過程:(1)將800gPEEK、100g納米石墨微片加入到高速攪拌機中，攪拌均勻后置于烘箱中干燥處理；(2)將干燥好的混合物和IOOg碳纖維一起加入到雙螺桿擠出機中，控制擠出加工溫度在聚醚醚酮基體熔點溫度以上進行混煉，擠出造粒后將料粒置于烘箱中干燥；具體地，雙螺桿擠出機料筒采用八段式加溫模式，第一段溫度為220°C，第二段溫度為300°C，第三段溫度為340°C，第四段溫度為350°C，第五段溫度為350°C，第六段溫度為350°C，第七段溫度為345 0C，第八段溫度為340 0C，經(jīng)高溫熔融、螺桿剪切擠壓、擠出、切料后制得納米石墨微片質(zhì)量百分數(shù)為10%、碳纖維質(zhì)量分數(shù)為10%、PEEK質(zhì)量分數(shù)為80%的聚醚醚酮基高性能復合材料；(3)最后將粒料烘干后通過注塑機注塑成所需的啞鈴型、圓銷狀測試樣品。(4)利用萬能試驗機測試樣品，在25°C下拉伸強度為172.7MPa，斷裂伸長率為
9.89%，彎曲強度為244.3MPa。利用摩擦試驗機對測試樣品進行摩擦測試，在4MP、600Rev/min的測試條件下樣品的摩擦系數(shù)僅為0.3366，而其摩擦損耗也僅為1.691 X l(T7mmVNm。
實施例5:以生產(chǎn)本發(fā)明IOOOg復合材料為例所用的原料及其制備過程:(I)將700gPEEK、100g納米石墨微片加入到高速攪拌機中，攪拌均勻后置于烘箱中干燥處理；(2)將干燥好的混合物和200g碳纖維一起加入到雙螺桿擠出機中，控制擠出加工溫度在聚醚醚酮基體熔點溫度以上進行混煉，擠出造粒后將料粒置于烘箱中干燥；具體地，雙螺桿擠出機料筒采用八段式加溫模式，第一段溫度為220°C，第二段溫度為300°C，第三段溫度為340°C，第四段溫度為350°C，第五段溫度為350°C，第六段溫度為350°C，第七段溫度為345°C，經(jīng)高溫熔融、螺桿剪切擠壓、擠出、切料后制得納米石墨微片質(zhì)量百分數(shù)為10%、碳纖維質(zhì)量分數(shù)為20%、PEEK質(zhì)量分數(shù)為70%的聚醚醚酮基高性能復合材料；(3)最后將粒料烘干后通過注塑機注塑成所需的啞鈴型、圓銷狀測試樣品。(4)利用萬能試驗機測試樣品，在25°C下拉伸強度為178.98MPa，斷裂伸長率為9.3%，彎曲強度為244.03MPa。利用摩擦試驗機對測試樣品進行摩擦測試，在4MP、600Rev/min的測試條件下樣品的摩擦系數(shù)僅為0.3123，而其摩擦損耗也僅為1.683 X 10_7mm3/Nm。實施例6:以生產(chǎn)本發(fā)明IOOOg復合材料為例所用的原料及其制備過程:(I)將5g聚醚砜PES溶于200mL 二甲基乙酰胺(DMAc)溶液中；將958納米石墨微片分散到50°C的800mL DMAc溶液中，一邊攪拌一邊緩慢加入聚醚砜的DMAc溶液，在50°C溫度條件下繼續(xù)攪拌30分鐘，過濾，用蒸餾水洗滌4遍，然后烘干，得到IOOg經(jīng)過聚醚砜分散的納米石墨微片，其中 ，聚醚砜的質(zhì)量為反應(yīng)體系總質(zhì)量的5%。(2)將900gPEEK、100g聚醚砜分散的納米石墨微片加入到高速攪拌機中，攪拌均勻后置于烘箱中干燥處理；(3)將干燥好的混合物加入到雙螺桿擠出機中，控制擠出加工溫度在聚醚醚酮基體熔點溫度以上進行混煉，擠出造粒后將料粒置于烘箱中干燥；具體地，雙螺桿擠出機料筒采用八段式加溫模式，第一段溫度為220°C，第二段溫度為300°C，第三段溫度為340°C，第四段溫度為350°C，第五段溫度為350°C，第六段溫度為350°C，第七段溫度為345°C，經(jīng)高溫熔融、螺桿剪切擠壓、擠出、切料后制得聚醚砜分散的納米石墨微片質(zhì)量百分數(shù)為10%、PEEK質(zhì)量分數(shù)為90%的聚醚醚酮基耐磨復合材料；(3)最后將粒料烘干后通過注塑機注塑成所需的啞鈴型、圓銷狀測試樣品。(4)利用萬能試驗機測試樣品，在25 0C下拉伸強度為89.97MPa，斷裂伸長率為12.68%,彎曲強度為151.05MPa。利用摩擦試驗機對測試樣品進行摩擦測試，在4MP、600Rev/min的測試條件下樣品的摩擦系數(shù)僅為0.2957，而其摩擦損耗也僅為
3.5654 X 10 7mm3/Nm。實施例7:以生產(chǎn)本發(fā)明IOOOg復合材料為例所用的原料及其制備過程:(I)將20g聚醚砜PES溶于200mL 二甲基乙酰胺(DMAc)溶液中；將80g納米石墨微片分散到50°C的800mL DMAc溶液中，一邊攪拌一邊緩慢加入聚醚砜的DMAc溶液，在50°C溫度條件下繼續(xù)攪拌30分鐘，過濾，用蒸餾水洗滌4遍，然后烘干，得到IOOg經(jīng)過聚醚砜分散的納米石墨微片，其中，聚醚砜的質(zhì)量為反應(yīng)體系總質(zhì)量的20%。
(2)將900gPEEK、100g聚醚砜分散的納米石墨微片加入到高速攪拌機中，攪拌均勻后置于烘箱中干燥處理；(3)將干燥好的混合物加入到雙螺桿擠出機中，控制擠出加工溫度在聚醚醚酮基體熔點溫度以上進行混煉，擠出造粒后將料粒置于烘箱中干燥；具體地，雙螺桿擠出機料筒采用八段式加溫模式，第一段溫度為220°C，第二段溫度為300°C，第三段溫度為340°C，第四段溫度為350°C，第五段溫度為350°C，第六段溫度為350°C，第七段溫度為345°C，經(jīng)高溫熔融、螺桿剪切擠壓、擠出、切料后制得聚醚砜分散的納米石墨微片質(zhì)量百分數(shù)為10%、PEEK質(zhì)量分數(shù)為90%的聚醚醚酮基耐磨復合材料；(4)最后將粒料烘干后通過注塑機注塑成所需的啞鈴型、圓銷狀測試樣品。(5)利用萬能試驗機測試樣品，在25°C下拉伸強度為88.37MPa，斷裂伸長率為14.46%o利用摩擦試驗機對測試樣品進行摩擦測試，在4MP、600Rev/min的測試條件下樣品的摩擦系數(shù)僅為0.3023，而其摩擦損耗也僅為3.6524X 10-7mm3/Nm。實施例8:以生產(chǎn)本發(fā)明IOOOg復合材料為例所用的原料及其制備過程:(I)將5g聚醚砜PES溶于200mL 二甲基乙酰胺(DMAc)溶液中；將95§納米石墨微片分散到50°C的800mL DMAc溶液中，一邊攪拌一邊緩慢加入聚醚砜的DMAc溶液，在50°C溫度條件下繼續(xù)攪拌30分鐘，過濾，用蒸餾水洗滌4遍，然后烘干，得到IOOg經(jīng)過聚醚砜分散的納米石墨微片，其中，聚醚砜的質(zhì)量為反應(yīng)體系總質(zhì)量的5%。(2)將800gPEEK、100g聚醚砜分散的納米石墨微片加入到高速攪拌機中，攪拌均勻后置于烘箱中干燥處理；(3)將干燥好的·混合物和IOOg碳纖維一起加入到雙螺桿擠出機中，控制擠出加工溫度在聚醚醚酮基體熔點溫度以上進行混煉，擠出造粒后將料粒置于烘箱中干燥；具體地，雙螺桿擠出機料筒采用八段式加溫模式，第一段溫度為220°C，第二段溫度為300°C，第三段溫度為340°C，第四段溫度為350°C，第五段溫度為350°C，第六段溫度為350°C，第七段溫度為345°C，經(jīng)高溫熔融、螺桿剪切擠壓、擠出、切料后制得聚醚砜分散的納米石墨微片質(zhì)量百分數(shù)為10%、碳纖維質(zhì)量百分數(shù)為10%、PEEK質(zhì)量分數(shù)為80%的聚醚醚酮基耐磨復合材料；(4)最后將粒料烘干后通過注塑機注塑成所需的啞鈴型、圓銷狀測試樣品。(5)利用萬能試驗機測試樣品，在25°C下拉伸強度為147.39MPa，斷裂伸長率為
12.36%，彎曲強度為161.4MPa。利用摩擦試驗機對測試樣品進行摩擦測試，在4MP、600Rev/min的測試條件下樣品的摩擦系數(shù)僅為0.3122，而其摩擦損耗也僅為1.5434X 10_7mm3/Nm。實施例9:以生產(chǎn)本發(fā)明IOOOg復合材料為例所用的原料及其制備過程:(I)將5g聚醚砜PES溶于200mL 二甲基乙酰胺(DMAc)溶液中；將95§納米石墨微片分散到50°C的800mL DMAc溶液中，一邊攪拌一邊緩慢加入聚醚砜的DMAc溶液，在50°C溫度條件下繼續(xù)攪拌30分鐘，過濾，用蒸餾水洗滌4遍，然后烘干，得到IOOg經(jīng)過聚醚砜分散的納米石墨微片，其中，聚醚砜的質(zhì)量為反應(yīng)體系總質(zhì)量的20%。(2)將700gPEEK、IOOg聚醚砜分散的納米石墨微片、IOOg聚四氟乙烯加入到高速攪拌機中，攪拌均勻后置于烘箱中干燥處理；
(3)將干燥好的混合物和IOOg碳纖維一起加入到雙螺桿擠出機中，控制擠出加工溫度在聚醚醚酮基體熔點溫度以上進行混煉，擠出造粒后將料粒置于烘箱中干燥；具體地，雙螺桿擠出機料筒采用八段式加溫模式，第一段溫度為220°C，第二段溫度為300°C，第三段溫度為340°C，第四段溫度為350°C，第五段溫度為350°C，第六段溫度為350°C，第七段溫度為345°C，經(jīng)高溫熔融、螺桿剪切擠壓、擠出、切料后制得聚醚砜分散的納米石墨微片質(zhì)量百分數(shù)為10%、碳纖維質(zhì)量百分數(shù)為10%、聚四氟乙烯質(zhì)量百分數(shù)為10%、PEEK質(zhì)量分數(shù)為70%的聚醚醚酮基耐磨復合材料；(4)最后將粒料烘干后通過注塑機注塑成所需的啞鈴型、圓銷狀測試樣品。(5)利用萬能試驗機測試樣品，在25 °C下拉伸強度為146.23MPa，斷裂伸長率為10.79%,彎曲強度為229.67MPa。利用摩擦試驗機對測試樣品進行摩擦測試，在4MP、600Rev/min的測試條件下樣品的摩擦系數(shù)僅為0.2188，而其摩擦損耗也僅為
0.9186X10_7mm3/Nm。實施例10:以生產(chǎn)本發(fā)明IOOOg復合材料為例所用的原料及其制備過程:(I)將5g聚醚砜PES溶于200mL 二甲基乙酰胺(DMAc)溶液中；將958納米石墨微片分散到50°C的800mL DMAc溶液中，一邊攪拌一邊緩慢加入聚醚砜的DMAc溶液，在50°C溫度條件下繼續(xù)攪拌30分鐘，過濾，用蒸餾水洗滌4遍，然后烘干，得到IOOg經(jīng)過聚醚砜分散的納米石墨微片，其中，聚醚砜的質(zhì)量為反應(yīng)體系總質(zhì)量的5%。(2)將800gPEEK、100g聚醚砜分散的納米石墨微片加入到高速攪拌機中，攪拌均勻后置于烘箱中干燥處理； (3)將干燥好的混合物和IOOg碳纖維一起加入到雙螺桿擠出機中，控制擠出加工溫度在聚醚醚酮基體熔點溫度以上進行混煉，擠出造粒后將料粒置于烘箱中干燥；具體地，雙螺桿擠出機料筒采用八段式加溫模式，第一段溫度為220°C，第二段溫度為300°C，第三段溫度為340°C，第四段溫度為350°C，第五段溫度為350°C，第六段溫度為350°C，第七段溫度為345°C，經(jīng)高溫熔融、螺桿剪切擠壓、擠出、切料后制得聚醚砜分散的納米石墨微片質(zhì)量百分數(shù)為10%、碳纖維質(zhì)量百分數(shù)為10%、PEEK質(zhì)量分數(shù)為80%的聚醚醚酮基耐磨復合材料；(4)最后將粒料烘干后通過注塑機注塑成所需的啞鈴型、圓銷狀測試樣品。(5)在25 °C下拉伸強度為148.43MPa，斷裂伸長率為12.31%，彎曲強度為162.5MPa。利用摩擦試驗機對測試樣品進行摩擦測試,在4MP、600Rev/min的測試條件下樣品的摩擦系數(shù)僅為0.3076，而其摩擦損耗也僅為1.4322X 10-7mm3/Nm。
權(quán)利要求
1.一種聚芳醚酮基耐磨復合材料，其特征在于:由主基體聚芳醚酮、增強體碳纖維、潤滑劑聚四氟乙烯、納米石墨微片或聚醚砜分散的納米石墨微片組成；各組分重量和按100%計算，聚芳醚酮的重量百分數(shù)為59% 99%、納米石墨微片或聚醚砜分散的納米石墨微片的重量百分數(shù)為1% 20%、聚四氟乙烯的重量百分數(shù)為O 20%、碳纖維的重量百分數(shù)為O 20% ;聚醚砜分散的納米石墨微片中，納米石墨微片和聚醚砜的質(zhì)量比為4 20:1。
2.如權(quán)利要求1所述的一種聚芳醚酮基耐磨復合材料，其特征在于:聚芳醚酮的重量百分數(shù)為70% 80%、納米石墨微片或聚醚砜分散的納米石墨微片的重量百分數(shù)為5% 15%、聚四氟乙烯的重量百分數(shù)為5% 15%、碳纖維的重量百分數(shù)為5% 15%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種聚芳醚酮基耐磨復合材料，其特征在于:納米石墨微片的直徑為IOum 40um,聚四氟乙烯的密度為2.13g/cm3 2.19g/cm3,碳纖維的長徑比為70 500:1，聚醚砜的粘度為0.31Pa.s 0.35Pa.S。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種聚芳醚酮基耐磨復合材料，其特征在于:聚芳醚酮為聚醚醚酮、聚醚砜酮、聚醚酮或聚醚酮酮。
5.權(quán)利要求1或2所述聚芳醚酮基耐磨復合材料的制備方法，其步驟如下: 1)將納米石墨微片均勻分散到二甲基乙酰胺溶液中，然后緩慢加入分散均勻的聚醚砜PES的二甲基乙酰胺溶液，加熱攪拌處理，過濾，洗滌，烘干，得到聚醚砜分散的納米石墨微片; 2)將納米石墨微片或聚醚砜分散的納米石墨微片、聚四氟乙烯、聚芳醚酮按照比例混合后加入到高速攪拌機中，攪拌均勻后置于烘箱中干燥； 3)將干燥好的混合物和碳纖維按照比例混合后一起加入到雙螺桿擠出機中，控制擠出加工溫 度在聚芳醚酮基體熔點溫度以上進行混煉，擠出造粒后將料粒置于烘箱中干燥；將烘干后的料粒通過注塑機注塑成型，從而得到聚芳醚酮基耐磨復合材料。
全文摘要
一種聚芳醚酮基耐磨復合材料及其制備方法，屬于抗摩擦技術(shù)領(lǐng)域。該復合材料可廣泛應(yīng)用于汽車、軍用、航空等技術(shù)領(lǐng)域。由主基體聚芳醚酮、增強體碳纖維、潤滑劑聚四氟乙烯、納米石墨微片或聚醚砜分散的納米石墨微片組成。復合材料中碳纖維的加入提高了聚芳醚酮基體的抗壓強度和抗蠕變性，復合材料的拉伸強度、斷裂伸長率、彎曲強度等相對于純聚芳醚酮都有明顯增強。固體潤滑劑聚四氟乙烯和經(jīng)過聚醚砜分散處理后的納米石墨微片的加入則能有效的減少聚芳醚酮基體的摩擦系數(shù)。
文檔編號C08K3/04GK103242641SQ201310210218
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月30日
發(fā)明者張云鶴, 姜文龍, 王琦桐, 姜振華, 張海博 申請人:吉林大學