CN108192276A - 一种耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨聚醚醚酮复合材料，由按重量份计的以下组分制备而成：聚醚醚酮70‑85份，碳纤维10‑20份，碳化硅1‑5份，氮化碳1‑5份，凹凸棒石1‑5份，钛酸酯偶联剂0.5‑5份。本发明还公开了一种耐磨聚醚醚酮复合材料的制备方法。本发明的耐磨聚醚醚酮复合材料具有力学性能好和耐磨的特点。

Description

一种耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚醚醚酮材料，具体来说是涉及一种耐磨聚醚醚酮复合材料及其制备方法。
背景技术
聚醚醚酮(polyether～ether～ketone，PEEK)是英国ICI公司于1978年首先开发出的一种全芳香族半结晶热塑性工程塑料，其大分子链上含有刚性的苯环、柔顺的醚键及羰基，结构规整，具有优良的机械性能、耐化学腐蚀、耐蠕变、抗辐射、抗疲劳以及显著的热稳定性，因而成为航空航天、能源化工、交通运输、食品加工、医疗卫生等领域的特种工程塑料。
现有技术中的通过添加碳纤维改性PEEK复合材料，具有热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低等特点，同时碳纤维也可以增强复合材料的抗热冲击和热摩擦等性能。但是，纤维表面光滑、惰性与基体的粘合力差，因而单纯的纤维改善PEEK复合材料界面粘合强度低，当材料受外力作用时，纤维容易从基体中拔出，负荷不能有效的通过界面传递。严重影响了复合材料的综合性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种耐磨聚醚醚酮复合材料,它具有力学性能好和耐磨性能好的特点。
本发明的第二个目的是为了提供一种耐磨聚醚醚酮复合材料的制备方法。
实现本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种耐磨聚醚醚酮复合材料，其特征在于,由按重量份计的以下组分制备而成：聚醚醚酮70-85份，碳纤维10-20份，碳化硅1-5份，氮化碳1-5份，凹凸棒石1-5份，钛酸酯偶联剂0.5-5份。
作为优选，耐磨聚醚醚酮复合材料由按重量份计的以下成分制备而成：聚醚醚酮70-80份，碳纤维10-15份，碳化硅2-4份，氮化碳2-4份，微米级凹凸棒石2-4份，钛酸酯偶联剂1-1.5份。
作为优选，耐磨聚醚醚酮复合材料由按重量份计的以下成分制备而成：聚醚醚酮75份，碳纤维15份，碳化硅2份，氮化碳3份，凹凸棒石4份，钛酸酯偶联剂1份。
作为优选，所述碳纤维的纤维长度为5-40mm，直径为10-15μm。
作为优选，所述碳化硅的粒径为5-10nm。
作为优选，所述氮化碳的粒径为20-40μm。
作为优选，所述凹凸棒石包括重量比为3:1的微米级凹凸棒石和纳米级凹凸棒石，所述微米级镁铝凹凸棒石的粒径为40-50μm，所述纳米级镁铝凹凸棒石的粒径为70-85nm。
上述原料均可从市场购得。
一种耐磨聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
备料步骤：按照配方配比分别称取各组分，备用；
挤出造粒：将配方量的聚醚醚酮、碳化硅、氮化碳、微米级凹凸棒石、钛酸酯偶联剂混合均匀后，得到混合料，将混合料加入双螺杆配混挤出机的主喂料口中，将配方量的碳纤维加入双螺杆配混挤出机的侧喂料口中，对混合后的物料进行挤出造粒，得到耐磨聚醚醚酮复合材料。
作为优选，所述双螺杆配混挤出机的参数设置为：一区温度为340℃，二区温度为350℃，三区温度为375℃，四区温度为385℃，机头温度为350-400℃，主机转速为200-250转/min，喂料速度为10-30kg/h。
本发明的有益效果在于：
本发明通过在PEEK复合材料中加入碳纤维、碳化硅、凹凸棒石、氮化碳，其中，凹凸棒石具有补强的特点，氮化碳的刚性强的特点，兼具电化学防腐、物理防腐和增强力学性能等多重功效，而且凹凸棒石与氮化碳可以形成相互交错结构，有效地防止了氮化碳片层的团聚。因此，本发明具有力学性能好和耐磨的优点。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：
实施例1：
一种耐磨聚醚醚酮复合材料，由按重量份计的以下成分制备而成：聚醚醚酮75份，碳纤维15份，碳化硅2份，氮化碳3份，凹凸棒石4份，钛酸酯偶联剂1份。
所述凹凸棒石包括重量比为3:1的微米级凹凸棒石和纳米级凹凸棒石，所述微米级镁铝凹凸棒石的粒径为40-50μm，所述纳米级镁铝凹凸棒石的粒径为70-85nm。
一种耐磨聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)备料步骤：按照配方配比分别称取各组分，备用；
2)挤出造粒：将配方量的聚醚醚酮、碳化硅、氮化碳、微米级凹凸棒石、钛酸酯偶联剂混合均匀后，得到混合料，将混合料加入双螺杆配混挤出机的主喂料口中，将配方量的碳纤维加入双螺杆配混挤出机的侧喂料口中，对混合后的物料进行挤出造粒，得到耐磨聚醚醚酮复合材料。所述双螺杆配混挤出机的参数设置为：一区温度为340℃，二区温度为350℃，三区温度为375℃，四区温度为385℃，机头温度为380℃，主机转速为200转/min，喂料速度为20kg/h。
实施例2：
一种耐磨聚醚醚酮复合材料，由按重量份计的以下成分制备而成：聚醚醚酮70份，碳纤维10份，碳化硅1份，氮化碳1份，凹凸棒石1份，钛酸酯偶联剂0.5份。所述凹凸棒石包括微米级凹凸棒石，所述微米级镁铝凹凸棒石的粒径为40-50μm。
一种耐磨聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)备料步骤：按照配方配比分别称取各组分，备用；
2)挤出造粒：将配方量的聚醚醚酮、碳化硅、氮化碳、微米级凹凸棒石、钛酸酯偶联剂混合均匀后，得到混合料，将混合料加入双螺杆配混挤出机的主喂料口中，将配方量的碳纤维加入双螺杆配混挤出机的侧喂料口中，对混合后的物料进行挤出造粒，得到耐磨聚醚醚酮复合材料。所述双螺杆配混挤出机的参数设置为：一区温度为340℃，二区温度为350℃，三区温度为375℃，四区温度为385℃，机头温度为380℃，主机转速为200转/min，喂料速度为20kg/h。
实施例3：
一种耐磨聚醚醚酮复合材料，由按重量份计的以下成分制备而成：聚醚醚酮75份，碳纤维20份，碳化硅2份，氮化碳2份，凹凸棒石2份，钛酸酯偶联剂2份。所述凹凸棒石包括纳米级凹凸棒石，所述纳米级镁铝凹凸棒石的粒径为70-85nm。
一种耐磨聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)备料步骤：按照配方配比分别称取各组分，备用；
2)挤出造粒：将配方量的聚醚醚酮、碳化硅、氮化碳、微米级凹凸棒石、钛酸酯偶联剂混合均匀后，得到混合料，将混合料加入双螺杆配混挤出机的主喂料口中，将配方量的碳纤维加入双螺杆配混挤出机的侧喂料口中，对混合后的物料进行挤出造粒，得到耐磨聚醚醚酮复合材料。所述双螺杆配混挤出机的参数设置为：一区温度为340℃，二区温度为350℃，三区温度为375℃，四区温度为385℃，机头温度为380℃，主机转速为200转/min，喂料速度为20kg/h。
实施例4：
一种耐磨聚醚醚酮复合材料，由按重量份计的以下成分制备而成：聚醚醚酮85份，碳纤维20份，碳化硅5份，氮化碳5份，凹凸棒石5份，钛酸酯偶联剂5份。所述凹凸棒石包括纳米级凹凸棒石，所述纳米级镁铝凹凸棒石的粒径为70-85nm。
一种耐磨聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)备料步骤：按照配方配比分别称取各组分，备用；
2)挤出造粒：将配方量的聚醚醚酮、碳化硅、氮化碳、微米级凹凸棒石、钛酸酯偶联剂混合均匀后，得到混合料，将混合料加入双螺杆配混挤出机的主喂料口中，将配方量的碳纤维加入双螺杆配混挤出机的侧喂料口中，对混合后的物料进行挤出造粒，得到耐磨聚醚醚酮复合材料。所述双螺杆配混挤出机的参数设置为：一区温度为340℃，二区温度为350℃，三区温度为375℃，四区温度为385℃，机头温度为380℃，主机转速为200转/min，喂料速度为20kg/h。
对比例1：
一种耐磨聚醚醚酮复合材料，由按重量份计的以下成分制备而成：聚醚醚酮75份，碳纤维15份，凹凸棒石4份，钛酸酯偶联剂1份。
其制备方法与实施例1相同。
对比例2：
一种耐磨聚醚醚酮复合材料，由按重量份计的以下成分制备而成：聚醚醚酮75份，碳纤维15份，碳化硅3份，凹凸棒石4份，钛酸酯偶联剂1份。
其制备方法与实施例1相同。
对本实施例1-4与对比例1-2得到的耐磨聚醚醚酮复合材料进行检测，具体检测结果如表1：
表1
项目 拉伸强度 弯曲强度 弯曲强度 动摩擦系数
实施例1 210 285 355 0.20
实施例2 200 280 335 0.30
实施例3 205 285 345 0.25
实施例4 200 288 340 0.25
对比例1 185 270 275 0.4
对比例2 190 270 280 0.35
由表1可知，本发明的实施例1-4制备得到的耐磨聚醚醚酮复合材料均具有优秀的力学性能和耐磨性能，其中，实施例1的效果最佳。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐磨聚醚醚酮复合材料，其特征在于,由按重量份计的以下组分制备而成：聚醚醚酮70-85份，碳纤维10-20份，碳化硅1-5份，氮化碳1-5份，凹凸棒石1-5份，钛酸酯偶联剂0.5-5份。
2.根据权利要求1所述的耐磨聚醚醚酮复合材料，其特征在于,由按重量份计的以下成分制备而成：聚醚醚酮70-80份，碳纤维10-15份，碳化硅2-4份，氮化碳2-4份，微米级凹凸棒石2-4份，钛酸酯偶联剂1-1.5份。
3.根据权利要求2所述的耐磨聚醚醚酮复合材料，其特征在于,由按重量份计的以下成分制备而成：聚醚醚酮75份，碳纤维15份，碳化硅2份，氮化碳3份，凹凸棒石4份，钛酸酯偶联剂1份。
4.根据权利要求1所述的耐磨聚醚醚酮复合材料，其特征在于,所述碳纤维的纤维长度为5-40mm，直径为10-15μm。
5.根据权利要求1所述的耐磨聚醚醚酮复合材料，其特征在于,所述碳化硅的粒径为5-10nm。
6.根据权利要求1所述的耐磨聚醚醚酮复合材料，其特征在于,所述氮化碳的粒径为20-40μm。
7.根据权利要求1所述的耐磨聚醚醚酮复合材料，其特征在于,所述凹凸棒石包括重量比为3:1的微米级凹凸棒石和纳米级凹凸棒石，所述微米级镁铝凹凸棒石的粒径为40-50μm，所述纳米级镁铝凹凸棒石的粒径为70-85nm。
8.一种根据权利要求1-7任意一项所述的耐磨聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
备料步骤：按照配方配比分别称取各组分，备用；
挤出造粒：将配方量的聚醚醚酮、碳化硅、氮化碳、微米级凹凸棒石、钛酸酯偶联剂混合均匀后，得到混合料，将混合料加入双螺杆配混挤出机的主喂料口中，将配方量的碳纤维加入双螺杆配混挤出机的侧喂料口中，对混合后的物料进行挤出造粒，得到耐磨聚醚醚酮复合材料。
9.根据权利要求8所述的耐磨聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆配混挤出机的参数设置为：一区温度为340℃，二区温度为350℃，三区温度为375℃，四区温度为385℃，机头温度为350-400℃，主机转速为200-250转/min，喂料速度为10-30kg/h。
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