CN105733179A - 一种聚醚醚酮复合材料制备方法 - Google Patents

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王兴年
隋志坚
刘志军
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Abstract

本发明涉及一种PEEK复合材料制备方法。该发明材料是一种气体压缩机阀片用短切碳纤维/PTFE/PEEK复合材料。制备该复合材料的技术工艺的创新性体现在：通过短切碳纤维和聚四氟乙烯复配填充增强PEEK材料，以及利用聚四氟乙烯提高PEEK复合材料耐磨性，进而将短切碳纤维/PTFE/PEEK复合材料通过双螺杆挤出机共混挤出，牵引、冷却、切粒后得到改性PEEK复合材料。在气体压缩机阀片领域，PEEK复合材料与传统金属材料相比，具有良好的高刚性和高韧性，同时兼顾较高的尺寸稳定性和耐磨性、抗疲劳性，另外还有可以提高压缩机效率并降低噪音的优点。

Description

一种聚醚醚酮复合材料制备方法
技术领域
本发明涉及高分子领域，具体涉及一种PEEK复合材料制备方法，主要应用于工程机械气体压缩机阀片。
背景技术
阀片是气体压缩机最关键的易损部件之一。阀片的质量和使用性能，决定了整个压缩机组的可靠性、压缩功效和维修周期等三大性能。尤其是可靠性问题，是石油化工大型生产线上压缩机阀片的首要功能。压缩机阀片的寿命低，带来停机损失，增加维修负担，也是长期困扰压缩机行业的共性问题。特别在压缩腐蚀性气体的场合，如石油、天然气中含有硫化氢气体或氯化氢气体压缩生产线上等，金属材料的阀片会提前出线腐蚀磨损失效或腐蚀疲劳断裂，导致生产停顿。由此可见，研制新型耐磨、耐腐蚀、抗疲劳的高韧性材料阀片，提高可靠性，延长使用寿命，正是压缩机升级换代的关键所在，而PEEK材料具有耐高温、高弹性、高模量、尺寸稳定性好、耐腐蚀、高温下强度损失小、耐高温磨损抗疲劳性能优异等诸多优点，使其成为制备气体压缩机阀片的理想材料。
发明内容
本发明制备了一种PEEK复合材料，该材料制备的制件用于工程机械中气体压缩机的阀片，利用短切碳纤维增加PEEK材料的刚性，利用聚四氟乙烯提高复合材料的尺寸稳定性和耐磨性。该复合材料不仅具有较好的力学性能，耐腐蚀性，而且具有良好的耐磨性、抗疲劳性、耐高温。
技术方案
上述PEEK复合材料的制备方法包括：
步骤一、对PEEK、PTFE在110～1200C下进行24小时烘干，
步骤二、将干燥好的PEEK、PTFE、抗静电剂、润滑剂、助剂放入高速混合机中，在常温下搅拌5～10分钟；
步骤三、将步骤二混合后的物料加入到双螺杆挤出机的料筒中，短切碳纤维从测喂料处喂料，经过熔融共混挤出、水冷、风刀冷却、造粒、均化、包装；
其中，双螺杆挤出机的温度设置为：后段温度为360～3650C，中段和前段温度为365～3700C，螺杆转速为220～280r/min。
本发明解决了传统PEEK增强改性后耐磨性能下降的问题，同时复配短切碳纤维、PTFE增强体系可有效提高复合材料的刚性、耐磨性、耐高温性，抗疲劳性，抗静电剂可提高产品体积电阻率，并使得材料具有良好的尺寸稳定性，满足于气体压缩机阀片的应用。
具体实例
为便于进一步说明本发明，下面结合具体实例对本发明进行说明：
主要原料PEEK塑脂粉末，特性密度为1.320g/cm3；短切碳纤维为长径比L/D＞20的短切碳纤维；填充使用采购的耐高温、耐摩擦的PTFE粉末；助剂包括耐高温的抗氧剂；抗静电剂为ATMER-129。双螺杆挤出机料筒温度一区温度：350～3600C，二区温度350～3600C，三区温度355～3650C，四区温度355～3650C，五区温度360～3700C，六区温度360～3700C，压力为10～16MPa，螺杆长径比35～40，主机转速220～280r/min。将各组分按配比混合均匀置于双螺杆挤出机中，短切碳纤维从测喂料处喂料，经熔融混合挤出造粒。
本发明各实施例中所得的改性短切碳纤维/PTFE填充PEEK复合材料，按一下注塑条件注塑成测试样条。注塑条件：注塑温度360～3700C，注塑压力60～70MPa，注塑速度50～60mm/s。
各实施例具体检测标准如下：
缺口冲击强度ISO179
低温缺口冲击强度ISO179（-500C，5H）
拉伸强度ISO527（5mm/min）
弯曲强度ISO178（3mm/min）
弯曲模量ISO178（3mm/min）
摩擦系数GB/T3960
体积电阻率GB/T1410-2006
实施例1～5对应的各组分用量、实施例性能检测结果及气体压缩机阀片性能要求（见表1和表2、表3）
表1实施例1～5的配方表
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
原料 用量（份） 用量（份） 用量（份） 用量（份） 用量（份）
PEEK 80 78 75 73 71
短切碳纤维 10 10 15 15 15
PTFE 8 10 8 10 12
助剂 2 2 2 2 2
抗静电剂 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
表2各实施例样品对应的性能
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
拉伸强度MPa 120 125 130 135 137
弯曲强度MPa 180 184 194 200 212
弯曲模量MPa 7000 7126 7135 7300 8000
无缺口冲击强度KJ/ m2 30 32 36 38 40
缺口冲击强度KJ/ m2 16 18 20 24 26
热变形温度0C 290 290 295 298 310
邵式硬度 105 106 108 108 112
密度g/ m3 1.44 1.47 1.47 1.48 1.48
摩擦系数μ 0.32 0.32 0.32 0.31 0.31
磨痕宽度b/mm 6.67 6.60 6.65 4.25 3.25
磨损体积V/ mm3 8.37 8.71 8.72 6.82 5.24
体积电阻 6.3-8.5×1016 6.3-8.5×1016 6.3-8.5×1016 6.3-8.5×1016 6.3-8.5×1016
线性膨胀系数（10-1820C ）/0C -1 2.9×10-5 2.9×10-5 2.9×10-5 2.9×10-5 2.9×10-5
表3气体压缩机阀片性能要求
检测项目 指标要求
拉伸强度MPa ≥100
弯曲强度MPa ≥180
弯曲模量MPa ≥7500
无缺口冲击强度KJ/ m2 ≥35
缺口冲击强度KJ/ m2 ≥20
热变形温度0C ≥200
邵式硬度 ≥100
密度g/ m3 1.35～1.48
摩擦系数μ ≤0.32
本发明采用几种不同比例的短切碳纤维和聚四氟乙烯复配体系，制备出不同综合性能的填充PEEK复合材料，从表2、表3可知，填充PEEK复合材料随着短切碳纤维和聚四氟乙烯比例的增加，耐磨性能明显增强，证明其此种材料适合在作为气体压缩机阀片使用，并且满足气体压缩机阀片性能标准要求，所以制备的PEEK复合材料适合作为气体压缩机阀片原料使用。

Claims (6)

1.该PEEK复合材料的配方组成如下所示：
PEEK70%～80%
短切碳纤维10%～15%
PTFE8%～12%
抗静电剂0.5%
助剂0%～1%。
2.根据权利要求1所述的PEEK复合材料，其特征在于：所述的PEEK为棕色色粉末状的纯原料树脂，密度1.30g/cm3。
3.根据权利要求1所述的PEEK复合材料，其特征在于：所述的碳纤维为短切碳纤维，直径8μm。
4.根据权利要求1所述的PEEK复合材料，其特征在于：所述的PTFE为白色粉末状的出原料树脂，密度2.1g/cm3。
5.根据权利要求1所述的PEEK复合材料，其特征在于：所述的抗静电剂为磷酸盐型抗静电剂ATMER-129。
6.根据权利要求1所述的PEEK复合材料，其特征在于：所述的助剂为主要由玻纤分散剂、防玻纤外露剂、耐高温抗氧剂按一定比例配混而成。
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