CN102602080B - 一种钢基聚醚醚酮复合板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钢基聚醚醚酮复合板及其制备方法，属于工程塑料与金属复合板及其制备领域。本发明采用纤维增强的聚醚醚酮粉料和钢基板作为这种复合板的原料，利用模具采取模压的成形工艺制作。本制作方法简单，设备要求低，生产条件易满足、易控制、制得板材稳定性好，加工工艺性好，附着力强。可广泛应用于石油、航空、化工、汽车、电子、工业等行业需要高温、高压、耐腐蚀、耐磨的恶劣环境滑板。

Description

一种钢基聚醚醚酮复合板及其制备方法
技术领域
      本发明属于工程塑料与金属复合板及其制备领域，特别涉及一种以聚醚醚酮与钢板为主要原料的复合板及其制备方法。
背景技术
聚醚醚酮具有以下一些优良的性能：
（1）耐高温：聚醚醚酮树脂具有较高的玻璃化转变温度（143℃）和熔点（334℃），这是它可在有耐热性要求的用途中可靠应用的理由之一。其负载热变型温度高达316℃（30%GF或CF增强牌号），连续使用温度为260℃；（2）机械特性： 聚醚醚酮树脂是韧性和刚性兼备并取得平衡的塑料。特别是它对交变应力的优良耐疲劳性是所有塑料中最出众的，可与合金材料媲美；（3）自润滑性(耐腐蚀性)：聚醚醚酮 树脂在所有塑料中具有出众的滑动特性，适合于严格要求低摩擦 系数和耐摩耗用途使用。特别是碳纤、石墨、聚四氟乙烯各占10%比例混合改性的滑动牌号或30%CF增强牌号等均为具有优异滑动特性的牌号；（4）耐化学药品性 ：聚醚醚酮 树脂具有优异的耐化学药品性，在通常的化学药品中，能溶解或 者破坏它的只有浓硫酸，它的耐腐蚀性与镍钢相近；（5）阻燃性 聚醚醚酮树脂是非常稳定的聚合物，1.45mm厚的样品，不加任何阻燃剂就可达到最高阻燃标准；（6）耐剥离性：聚醚醚酮树脂的耐剥离性很好，因此可制成包覆很薄的电线或电磁线，并可在苛刻条件下使用；（7）耐疲劳性：聚醚醚酮树脂在所有树脂中具有最好的耐疲劳性；（8）耐辐照性：耐γ辐照的能力很强，超过了通用树脂中耐辐照性最好的聚苯乙烯。可以作成γ辐照剂量达1100Mrad时仍能保持良好的绝缘能力的高性能电线；（9）耐水解性：聚醚醚酮树脂及其复合材料不受水和高压水蒸气的化学影响，用这种材料作成的制品在高温高压水中连续使用仍可保持优异特性；（10）易加工性：聚醚醚酮树脂虽然是超耐热性树脂，但由于它具有高温流动性好和热分解温度很高等特点，因此可采用如下加工方式：注射成型、挤出成型、模压成型、吹塑成型、熔融纺丝、旋转成型、粉末喷涂；（11）绝缘性稳定性： 聚醚醚酮具有良好的电绝缘性能，并保持到很高的温度范围。其介电损耗在高频情况下也很小；（12）耐磨性：具有相当于聚酰亚胺的良好耐磨性，聚醚醚酮纯树脂与H10钢材质对磨的磨耗量为2.7×10g－4，聚醚醚酮纯树脂与S17钢材质对磨的磨耗量为9.7×10－4g。
45号钢,20号钢等为优质碳素结构用钢,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等,但须热处理。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质表面淬火提高零件表面硬度。
聚醚醚酮由于其独特的性能，目前已经应用很多，但现在在一些特殊行业由于其刚性差而限制了使用。钢还具有耐腐蚀性能差、传热快、不耐磨、比重大等缺陷，因此需将二者结合起来，充分发挥其主要优点，为工业生产提供一种优良材质的复合板。
发明内容
本发明针对目前的技术不足，提供了一种钢基聚醚醚酮复合板及其制备方法，综合了金属和聚醚醚酮的综合性能，提高了应用领域，解决了一些特殊行业配件的关键问题。本发明的钢基聚醚醚酮复合板制作方法简单，无特殊的设备要求，生产条件易满足、易控制的生产工艺，制作的产品粘合性能好、尺寸稳定性好、易加工。
本发明的技术方案如下：
钢基聚醚醚酮复合板，由钢基板和聚醚醚酮组成，该聚醚醚酮为纤维增强的聚醚醚酮粉料，其各成分及其重量配比为：聚醚醚酮65-70份，PAN碳素纤维10-12份，聚四氟乙烯8-10份，石墨粉12-13份，偶联剂0.5-3份。其中钢基可为45号钢、20号钢、Q235钢或铸铁，偶联剂为硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的型号为市售品种如KH-550、KH-560、KH-570或KH-792等。
钢基聚醚醚酮复合板的制备方法，其中原料各成分以重量配比计：
（1）将聚醚醚酮粉料65-70份在使用前烘干，在150-170℃下烘置2-4小时；
（2）将处理后的聚醚醚酮，PAN碳素纤维10-12份，聚四氟乙烯8-10份，石墨粉12-13份，偶联剂0.5-3份，置于高混机中混合均匀，混合20分钟，即为纤维增强的聚醚醚酮粉料；
（3）模具在使用前需要在150℃下预处理；
（4）冷压：将加工处理好的钢基板放置于模具下层，将预处理好的纤维增强的聚醚醚酮粉料放入模具后，放置到液压机上加压到400-600 Kg/cm2，保压1－5分钟；
（5）烧结：将装好料的模具放入已经升温到390－400℃的烤箱中，保温；
（6）热压：快速取出模具放置在压机上，冷却3-5分钟后，加压到700-1000 Kg/cm2，保压25-35分钟；
（7）脱模：在步骤6完成后，待温度降到180-200℃脱模；
（8）热处理：在步骤7完成后，将板材放置在250℃的烘箱中进行热处理，根据制品的厚度来定热处理时间，每10mm厚处理2小时。
其中钢基可为45号钢、20号钢、Q235钢或铸铁，偶联剂可为硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的型号为市售品种如KH-550、KH-560、KH-570或KH-792等。
本发明采用聚醚醚酮纤维增强改性材料和45号钢板、20号钢板等作为这种复合板材的原料，利用模具采取模压的成形工艺制作。本发明制作方法简单，设备要求低，生产条件易满足、易控制、制得板材稳定性好，加工工艺性好，附着力强。可广泛应用于石油、航空、化工、汽车、电子、工业等行业需要高温、高压、耐腐蚀、耐磨的恶劣环境滑板。
附图说明
图1钢基聚醚醚酮复合板1结构图（1聚醚醚酮板2复合板间连接处3钢基板）；
图2钢基聚醚醚酮复合板2结构图（1聚醚醚酮板2复合板间连接处3钢基板）。
具体实施例
实施例1
（1）将聚醚醚酮粉料65份在使用前烘干，在150℃下烘置3小时；将处理后的聚醚醚酮，PAN碳素纤维11份，聚四氟乙烯10份，石墨粉12份，硅烷基偶联剂KH560偶联剂1份，置于高混机中混合均匀，混合时间25分钟，即为纤维增强的聚醚醚酮粉料；
（2）取580×200×12mm上面焊接5mm直径的金属麻花钢的45号钢板放置在模具上，模具在使用前需要在150℃下预处理20分钟，称取纤维增强的聚醚醚酮粉料2千克，置于钢板上，组装好模具，在加压到500 Kg/cm2，保压4分钟，将模具置于390℃的烤箱中加热9小时，快速取出模具放置在压机上，冷却4分钟后，加压到800 Kg/cm2，保压25分钟，待温度降到180-200℃脱模，将板材放置在250℃的烘箱中进行热处理，每10mm厚处理2小时就得到580×200×24mm钢基聚醚醚酮复合板1的产品。
实施例2
（1）将聚醚醚酮粉料68份在使用前烘干，在170℃下烘置2小时；将处理后的聚醚醚酮，PAN碳素纤维10份，聚四氟乙烯8份，石墨粉13份，硅烷基KH570偶联剂1.6份，置于高混机中混合均匀，混合时间25分钟，即为纤维增强的聚醚醚酮粉料；
（2）取580×200×12mm上面机加工10mm宽、3mm深、60°的燕尾槽Q235钢板放置在模具上，称模具在使用前需要在150℃下预处理10分钟，取纤维增强的聚醚醚酮粉料2.5千克，置于钢板上，组装好模具，在加压到600 Kg/cm2，保压2分钟，将模具置于400℃的烤箱中加热7小时，快速取出模具放置在压机上，冷却4分钟后，加压到1000 Kg/cm2，保压35分钟，待温度降到180-200℃脱模，将板材放置在250℃的烘箱中进行热处理，每10mm厚处理2小时就得到580×200×29mm钢基聚醚醚酮复合板2的产品。
实施例3
（1）将聚醚醚酮粉料70份在使用前烘干，在160℃下烘置4小时；将处理后的聚醚醚酮，PAN碳素纤维12份，聚四氟乙烯9份，石墨粉13份，硅烷基KH550偶联剂0.5份，置于高混机中混合均匀，混合时间30分钟，即为纤维增强的聚醚醚酮粉料；
（2）取450×120×15mm上面机加工10mm宽、3mm深、60°的燕尾槽20号钢板放置在模具上，模具在使用前需要在150℃下预处理30分钟，称取纤维增强的聚醚醚酮粉料1.5千克，置于钢板上，组装好模具，在加压到400 Kg/cm2，保压5分钟，将模具置于400℃的烤箱中加热8小时，快速取出模具放置在压机上，冷却5分钟后，加压到700Kg/cm2，保压25分钟，待温度降到180-200℃脱模，将板材放置在250℃的烘箱中进行热处理，每10mm厚处理2小时就得到450×120×27mm的产品。
实施例4
（1）将聚醚醚酮粉料65份在使用前烘干，在160℃下烘置4小时；将处理后的聚醚醚酮，PAN碳素纤维10份，聚四氟乙烯8份，石墨粉12份，硅烷基KH792偶联剂1.8份，置于高混机中混合均匀，混合时间40分钟，即为纤维增强的聚醚醚酮粉料；
（2）取300×150×10mm上面焊接5mm直径的金属麻花钢的铸铁板放置在模具上，模具在使用前需要在150℃下预处理7分钟，称取纤维增强的聚醚醚酮粉料1.3千克，置于钢板上，组装好模具，在加压到500 Kg/cm2，保压2分钟，将模具置于400℃的烤箱中加热8小时，快速取出模具放置在压机上，冷却3分钟后，加压到800Kg/cm2，保压25分钟，待温度降到180-200℃脱模，将板材放置在250℃的烘箱中进行热处理，每10mm厚处理2小时就得到300×150×18mm的产品。

Claims (1)

1.一种钢基聚醚醚酮复合板，其特征在于复合板由钢基板和聚醚醚酮组成，该聚醚醚酮为纤维增强的聚醚醚酮粉料，其各成分及其重量配比为：聚醚醚酮65-70份，PAN碳素纤维10-12份，聚四氟乙烯8-10份，石墨粉12-13份，偶联剂0.5-3份；其制备方法如下：
原料各成分以重量配比计，
(1)将聚醚醚酮粉料65-70份在使用前烘干，在150-170℃下烘置2-4小时，为处理后的聚醚醚酮粉料；
(2)将处理后的聚醚醚酮粉料，PAN碳素纤维10-12份，聚四氟乙烯8-10份，石墨粉12-13份，偶联剂0.5-3份，置于高混机中混合均匀，混合时间20-40分钟，即为纤维增强的聚醚醚酮粉料；
(3)模具在使用前需要在150℃下预处理；
(4)冷压：将加工处理好的钢基板放置于模具下层，将预处理好的纤维增强的聚醚醚酮粉料放入模具后，放置到液压机上加压到400-600Kg/cm2，保压1－5分钟；
(5)烧结：将装好料的模具放入已经升温到390－400℃的烤箱中，保温；
(6)热压：快速取出模具放置在压机上，冷却3-5分钟后，加压到700-1000Kg/cm2，保压25-35分钟；
(7)脱模：在步骤(6)完成后，待温度降到180-200℃脱模；
(8)热处理：在步骤(7)完成后，将板材放置在250℃的烘箱中进行热处理，根据制品的厚度来定热处理时间，每10mm厚处理2小时。
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