CN112812497A - 一种耐磨性peek复合材料 - Google Patents
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Abstract
一种耐磨性PEEK复合材料，由以下重量份的组分组成：PEEK45‑65份、聚四氟乙烯10‑15份、石墨烯表面接枝碳化硅15‑25份、抗氧剂0.05‑0.8份；石墨烯表面接枝碳化硅的制备方法包括如下步骤：(1)将纳米碳化硅加入到溶剂中，加入硅烷偶联剂，升温至80‑90℃保温搅拌6‑8h，过滤干燥得到硅烷改性碳化硅；(2)将硅氧烷改性碳化硅和适量石墨烯加入到溶剂中，超声后通过尼龙膜真空过滤，干燥后得到所述石墨烯表面接枝碳化硅；将石墨烯与碳化硅接枝聚合，硅烷改性碳化硅可以起到类似交联剂作用，接枝到不同的石墨烯层间，同时石墨烯具备不同的水平和竖直取向，从而可以在石墨烯和碳化硅之间制造较多的强键反应点，共同抵御外力作用，有效提高了复合材料的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种耐磨性PEEK复合材料。
背景技术
PEEK是一种高温热塑性塑料，主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元所构成的结晶高分子聚合物，具有较高的玻璃化转变温度(143℃)和熔点(334℃)，不但耐热性比其他耐高温塑料优良，并且具有高强度、高模量、高断裂韧性和良好的尺寸不变性；PEEK具有突出的摩擦学特性，耐滑动磨损和微动磨损性能优异，尤其是能在250℃下保持高的耐磨性和低的摩擦系数；但是PEEK本身存在强度较差的缺点，纯的PEEK强度低不能满足不同领域的应用范围，因此需要进一步提高PEEK的耐摩擦磨损性。
发明内容
本发明目的是为了解决以上现有技术的不足，提出了一种耐磨性PEEK复合材料，由以下重量份的组分组成：PEEK45-65份、聚四氟乙烯10-15份、石墨烯表面接枝碳化硅15-25份、抗氧剂0.05-0.8份；
所述石墨烯表面接枝碳化硅的制备方法包括如下步骤：
(1)将纳米碳化硅加入到溶剂中，然后加入适量硅烷偶联剂，氮气氛条件下，升温至80-90℃保温搅拌6-8h，过滤干燥得到硅烷改性碳化硅；其中，纳米碳化硅和硅烷偶联剂的质量比为1:(0.05-0.15)；
(2)将硅氧烷改性碳化硅和适量石墨烯加入到溶剂中，超声20-40min获得混合均匀的混悬液，通过尼龙膜真空过滤，干燥后得到所述石墨烯表面接枝碳化硅；其中，硅氧烷改性碳化硅和石墨烯的质量比为1:(0.25-0.6)。
优选地，由以下重量份的组分组成：PEEK58份、聚四氟乙烯13份、石墨烯表面接枝碳化硅22份、抗氧剂0.55份。
优选地，所述溶剂为甲基呲咯烷酮和二甲苯以质量比1:1混合的溶剂。
优选地，上述耐磨性PEEK复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份计称取各原料，然后将PEEK和石墨烯表面接枝碳化硅加入行星式球磨机，研磨机转速为400-600rpm/min，研磨时间为2-3h，然后加入聚四氟乙烯，继续研磨0.5-1.5h，研磨完毕后将研磨物超声处理0.5-1h；
(2)将步骤(1)研磨后的物料加入热压模具模腔中，熔融后压力成型，冷却后脱模即得。
优选地，步骤(2)中压力设为5-12MPa。
有益效果：
(1)将石墨烯与碳化硅接枝聚合，硅烷改性碳化硅起到类似交联剂作用，接枝到不同的石墨烯层间，同时石墨烯具备不同的水平和竖直取向，从而在石墨烯和碳化硅之间制造较多的强键反应点，共同抵御外力作用，有效提高了复合材料的力学性能；
(2)添加聚四氟乙烯，从分子结构层面使PEEK复合材料更光滑，提高了整体润滑效果，进而大幅度增强材料的耐摩擦性。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种耐磨性PEEK复合材料，由以下重量份的组分组成：PEEK58份、聚四氟乙烯13份、石墨烯表面接枝碳化硅22份、抗氧剂0.55份；
上述耐磨性PEEK复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纳米碳化硅加入到溶剂中，然后加入适量硅烷偶联剂，氮气氛条件下，升温至80-90℃保温搅拌7h，过滤干燥得到硅烷改性碳化硅；其中，纳米碳化硅和硅烷偶联剂的质量比为1:0.12；
(2)将硅氧烷改性碳化硅和适量石墨烯加入到溶剂中，超声22min获得混合均匀的混悬液，通过尼龙膜真空过滤，干燥后得到所述石墨烯表面接枝碳化硅；其中，硅氧烷改性碳化硅和石墨烯的质量比为1:0.45；
(3)按重量份计称取各原料，然后将PEEK和石墨烯表面接枝碳化硅加入行星式球磨机，研磨机转速为400-600rpm/min，研磨时间为2.5h，然后加入聚四氟乙烯，继续研磨1.2h，研磨完毕后将研磨物超声处理0.8h；
(4)将步骤(3)研磨后的物料加入热压模具模腔中，熔融后压力成型，压力设为10MPa，冷却后脱模即得。
实施例2
一种耐磨性PEEK复合材料，由以下重量份的组分组成：PEEK 55份、聚四氟乙烯12份、石墨烯表面接枝碳化硅18份、抗氧剂0.35份；
上述耐磨性PEEK复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纳米碳化硅加入到溶剂中，然后加入适量硅烷偶联剂，氮气氛条件下，升温至80-90℃保温搅拌6.5h，过滤干燥得到硅烷改性碳化硅；其中，纳米碳化硅和硅烷偶联剂的质量比为1:0.09；
(2)将硅氧烷改性碳化硅和适量石墨烯加入到溶剂中，超声35min获得混合均匀的混悬液，通过尼龙膜真空过滤，干燥后得到所述石墨烯表面接枝碳化硅；其中，硅氧烷改性碳化硅和石墨烯的质量比为1:0.5；
(3)按重量份计称取各原料，然后将PEEK和石墨烯表面接枝碳化硅加入行星式球磨机，研磨机转速为400-600rpm/min，研磨时间为2h，然后加入聚四氟乙烯，继续研磨0.8h，研磨完毕后将研磨物超声处理0.5h；
(4)将步骤(3)研磨后的物料加入热压模具模腔中，熔融后压力成型，压力设为12MPa，冷却后脱模即得。
实施例3
一种耐磨性PEEK复合材料，由以下重量份的组分组成：PEEK65份、聚四氟乙烯15份、石墨烯表面接枝碳化硅20份、抗氧剂0.6份；
上述耐磨性PEEK复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纳米碳化硅加入到溶剂中，然后加入适量硅烷偶联剂，氮气氛条件下，升温至80-90℃保温搅拌8h，过滤干燥得到硅烷改性碳化硅；其中，纳米碳化硅和硅烷偶联剂的质量比为1:0.15；
(2)将硅氧烷改性碳化硅和适量石墨烯加入到溶剂中，超声30min获得混合均匀的混悬液，通过尼龙膜真空过滤，干燥后得到所述石墨烯表面接枝碳化硅；其中，硅氧烷改性碳化硅和石墨烯的质量比为1:0.3；
(3)按重量份计称取各原料，然后将PEEK和石墨烯表面接枝碳化硅加入行星式球磨机，研磨机转速为400-600rpm/min，研磨时间为2-3h，然后加入聚四氟乙烯，继续研磨1.2h，研磨完毕后将研磨物超声处理1h；
(4)将步骤(3)研磨后的物料加入热压模具模腔中，熔融后压力成型，压力设为8MPa，冷却后脱模即得。
实施例4
一种耐磨性PEEK复合材料，由以下重量份的组分组成：PEEK65份、聚四氟乙烯15份、石墨烯表面接枝碳化硅20份、抗氧剂0.28份；
上述耐磨性PEEK复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纳米碳化硅加入到溶剂中，然后加入适量硅烷偶联剂，氮气氛条件下，升温至80-90℃保温搅拌6.5h，过滤干燥得到硅烷改性碳化硅；其中，纳米碳化硅和硅烷偶联剂的质量比为1:0.10；
(2)将硅氧烷改性碳化硅和适量石墨烯加入到溶剂中，超声35min获得混合均匀的混悬液，通过尼龙膜真空过滤，干燥后得到所述石墨烯表面接枝碳化硅；其中，硅氧烷改性碳化硅和石墨烯的质量比为1:0.4；
(3)按重量份计称取各原料，然后将PEEK和石墨烯表面接枝碳化硅加入行星式球磨机，研磨机转速为400-600rpm/min，研磨时间为2.5h，然后加入聚四氟乙烯，继续研磨1.5h，研磨完毕后将研磨物超声处理0.8h；
(4)将步骤(3)研磨后的物料加入热压模具模腔中，熔融后压力成型，压力设为12MPa，冷却后脱模即得。
对比例
一种耐磨性PEEK复合材料的制备方法，包括如下步骤：将PEEK加入行星式球磨机，研磨机转速为400-600rpm/min，研磨时间为3.7h；总研磨时间同实施例1；将研磨后的物料加入热压模具模腔中，熔融后压力成型，压力设为10MPa，冷却后脱模即得。
性能测试
上述各实施例和对比例制得材料性能测试结果示于表1；
表1
| 项目 | 拉伸强度(MPa) | 摩擦系数 | 比磨损率(mm<sup>3</sup>/Nm) |
| 实施例1 | 146 | 0.1325 | 0.15×10<sup>-6</sup> |
| 实施例2 | 152 | 0.1268 | 0.21×10<sup>-6</sup> |
| 实施例3 | 149 | 0.1522 | 0.16×10<sup>-6</sup> |
| 实施例4 | 150 | 0.1356 | 0.18×10<sup>-6</sup> |
| 对比例 | 13.5 | 0.2582 | 3.58×10<sup>-6</sup> |
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种耐磨性PEEK复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：PEEK45-65份、聚四氟乙烯10-15份、石墨烯表面接枝碳化硅15-25份、抗氧剂0.05-0.8份；
所述石墨烯表面接枝碳化硅的制备方法包括如下步骤：
(1)将纳米碳化硅加入到溶剂中，然后加入适量硅烷偶联剂，氮气氛条件下，升温至80-90℃保温搅拌6-8h，过滤干燥得到硅烷改性碳化硅；其中，纳米碳化硅和硅烷偶联剂的质量比为1:(0.05-0.15)；
(2)将硅氧烷改性碳化硅和适量石墨烯加入到溶剂中，超声20-40min获得混合均匀的混悬液，通过尼龙膜真空过滤，干燥后得到所述石墨烯表面接枝碳化硅；其中，硅氧烷改性碳化硅和石墨烯的质量比为1:(0.25-0.6)。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨性PEEK复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：PEEK58份、聚四氟乙烯13份、石墨烯表面接枝碳化硅22份、抗氧剂0.55份。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨性PEEK复合材料，其特征在于，所述溶剂为甲基呲咯烷酮和二甲苯以质量比1:1混合的溶剂。
4.如权利要求1-3所述的耐磨性PEEK复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按重量份计称取各原料，然后将PEEK和石墨烯表面接枝碳化硅加入行星式球磨机，研磨机转速为400-600rpm/min，研磨时间为2-3h，然后加入聚四氟乙烯，继续研磨0.5-1.5h，研磨完毕后将研磨物超声处理0.5-1h；
(2)将步骤(1)研磨后的物料加入热压模具模腔中，熔融后压力成型，冷却后脱模即得。
5.根据权利要求4所述的耐磨性PEEK复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中压力设为5-12MPa。
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