CN112831084B - 一种多孔聚醚醚酮材料的制备方法 - Google Patents

一种多孔聚醚醚酮材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多孔聚醚醚酮材料的制备方法，包括以下步骤：将聚醚醚酮粉末及造孔剂粉末混合，得到聚醚醚酮混合物；将聚醚醚酮混合物放入模具中，然后对模具施加压力并保压后得到片状聚醚醚酮混合物；将片状聚醚醚酮混合物进行煅烧；将烧结后的片状聚醚醚酮在加热的过程中去除造孔剂，经洗涤、干燥后得到多孔聚醚醚酮材料。本发明通过控制聚醚醚酮粉末及造孔剂粉末的粒径及煅烧的温度和时间，制备出孔隙率可调、孔径大小可调的孔隙均匀分布的多孔聚醚醚酮材料；可用于空气静压轴承材料使用，其压缩强度高，承载性能好，渗透性能也满足基本要求，拓宽了多孔塑料的应用领域。

Description

一种多孔聚醚醚酮材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子工程塑料的制备方法，尤其涉及一种多孔聚醚醚酮材料的制备方法。
背景技术
聚醚醚酮(PEEK)是性能优异的高分子工程塑料，具有优异的力学性能、自润滑性能和耐高温性能。因此，聚醚醚酮被广泛应用于各行各业，如汽车零件的“以塑代铁”，医用人工骨架等。
空气静压轴承是一种采用气体(多为空气)作为润滑介质的新型轴承。具有高精度、高的阻尼系数、低磨损的特性。多孔质静压气体轴承利用多孔质材料自身的孔隙特性，产生更好的节流效果，较传统的小孔节流轴承有更好的承载能力、刚度和可靠性。
多孔材料的材质主要是以铜、铝合金为代表的金属，以及石墨，陶瓷等非金属。然而多孔金属的耐腐蚀性差，在车削加工时产生的粉末容易造成孔隙堵塞；多孔陶瓷脆性大，内部孔隙容易产生微粒，且磨削后表面精度差；多孔石墨的制备工艺复杂。与上述几种多孔材料相比，多孔塑料具有轻的质量、高的比强度、高的冲击韧性、导热系数低及热稳定性高等优点，而聚醚醚酮作为特种工程塑料，更是具有耐腐蚀、摩擦系数小、机械强度高等良好的综合性能。
多孔塑料的常用制备方法有发泡法和模压滤取法，其中发泡法分为物理发泡和化学发泡，主要包括三个步骤：(1)形成聚合物/气体体系；(2)气泡引发成核；(3)气泡生长以及控制。化学发泡法是通过化学发泡剂高温分解或者化学反应释放出气体充满熔融的塑料体内；物理发泡法通常是在高温高压下将超临界流体注入熔融的塑料中发泡。该方法所需设备价格昂贵，工艺复杂，操作困难，不利于工业化生产。而模压滤取法通过物理方法将造孔剂与聚合物混合加工成型，然后以一定的方法去除造孔剂来制备多孔塑料。该方法设备简单，工艺流程易操作，便于工业化生产。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种孔隙率可调、孔径大小可调的孔隙均匀分布的多孔聚醚醚酮材料的制备方法。
技术方案：本发明所述的多孔聚醚醚酮材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚醚醚酮粉末及造孔剂粉末混合，得到聚醚醚酮混合物；
(2)将聚醚醚酮混合物放入模具中，然后对模具施加压力并保压后得到片状聚醚醚酮混合物；
(3)将片状聚醚醚酮混合物进行煅烧；
(4)将烧结后的片状聚醚醚酮在加热的过程中去除造孔剂，经洗涤、干燥后得到多孔聚醚醚酮材料。
优选地，步骤(3)中，所述煅烧的温度为320～380℃，保温时间为0.5～5h。
优选地，步骤(3)中所述煅烧的方式为分段式煅烧：先匀速加热至塑料的玻璃化转变点保温，再加热到塑料熔点温度保温；降温时，先降低温度到塑料的玻璃化转变点保温，再降到室温。本方法采用分段式加热保温的方法，比传统的加热方法得到的材料模量和强度更高。先升温到玻璃化转变温度和熔点之间保温一段时间，然后升温到熔点以上适当温度保温一段时间，降温时，先在玻璃化转变温度和熔点之间保温一段时间之后再降到室温。第一段加热使塑料块体受热均匀，分子链得到充分运动，第二段将试样加热熔融后冷却结晶，第三段为结晶段，在此温度区间，高分子的总结晶率高，结晶度增加使得到的多孔塑料模量和强度增大。
优选地，步骤(3)中，所述分段式加热的具体步骤为：先在143℃～343℃保温1h～4h，然后升温至熔点以上的温度保温1h～4h，随后降温至143℃～343℃保温1h～4h，然后随炉降温；
优选地，步骤(1)中所述造孔剂粉末的质量为聚醚醚酮粉末的10～200％。
优选地，步骤(1)中所述造孔剂粉末的粒度为60～300目。
优选地，步骤(1)中所述聚醚醚酮粉末为50～1000目。
优选地，步骤(2)中对模具施加的压力为10～150mpa，保压时间为1～5min。
优选地，步骤(1)中所述粉末混合方式为将聚醚醚酮粉末、造孔剂粉末经机械球磨混合。
优选地，步骤(4)中所述烧结后的片状聚醚醚酮在恒温水浴中加热，所述加热的温度为50～85℃，时间为12～72h。
优选地，步骤(4)中所述清洗的方式为超声波震荡清洗，清洗的时间为1～24h。
有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：1、通过控制聚醚醚酮粉末及造孔剂粉末的粒径及煅烧的温度和时间，制备出孔隙率可调、孔径大小可调的孔隙均匀分布的多孔聚醚醚酮材料；2、采用分段式加热保温的方法，比传统的加热方法得到的材料模量和强度更高；3、可用于空气静压轴承材料使用，其压缩强度高，承载性能好，渗透性能也满足基本要求，拓宽了多孔塑料的应用领域。4、与发泡法制备泡沫塑料相比，制备过程中使用的设备成本较低，操作简单，便于推广。
附图说明
图1为本发明实施例1所得多孔聚醚醚酮材料的扫描电镜图；
图2为本发明实施例2所得多孔聚醚醚酮材料的扫描电镜图；
图3为本发明实施例3所得多孔聚醚醚酮材料的扫描电镜图；
图4为本发明实施例1、2、3所得多孔聚醚醚酮材料的压缩形变曲线；
图5为本发明实施例4、5所得多孔聚醚醚酮材料的压缩形变曲线。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
将质量比为3:4的150目聚醚醚酮粉末和150目造孔剂氯化钠粉末装入含有玛瑙球的罐子中置于高速混粉机中，转速250r/min，混合24h，得到聚醚醚酮混合物；将上述混合粉末装入模具中，模具置于压片机下，施加压力50mpa，保压时间2min，得到片状混合物；将上述片状混合物放入高温炉中烧结，保温温度为350℃，保温时间1h；将烧结后的片状混合物放入恒温水浴锅中进行水浴，温度为65℃，时间为24h；将试样在超声波震荡器中清洗3h后，在120℃下干燥2h成型，得到多孔聚醚醚酮，如图1所示，其孔隙率为26.4％，孔径为75～100μm；如图4所示，压缩形变为0.15时，压缩强度为15mpa，渗透系数为1.15×10-12m2。
实施例2
将质量比为3:4的150目聚醚醚酮粉末和150目造孔剂氯化钠粉末装入含有玛瑙球的罐子中置于高速混粉机中，转速250r/min，混合24h，得到聚醚醚酮混合物；将上述混合粉末装入模具中，模具置于压片机下，施加压力50mpa，保压时间2min，得到片状混合物；将上述片状混合物放入高温炉中烧结，保温温度为355℃，保温时间2h；将烧结后的片状混合物放入恒温水浴锅中进行水浴，温度为65℃，时间为24h；将试样在超声波震荡器中清洗3h后，在120℃下干燥2h成型，得到多孔聚醚醚酮，如图2所示，其孔隙率为23.6％，孔径为75～100μm；如图4所示，压缩形变为0.2时，压缩强度为30mpa。
实施例3
将质量比为3:4的150目聚醚醚酮粉末和150目造孔剂氯化钠粉末装入含有玛瑙球的罐子中置于高速混粉机中，转速250r/min，混合24h，得到聚醚醚酮混合物；将上述混合粉末装入模具中，模具置于压片机下，施加压力50mpa，保压时间2min，得到片状混合物；将上述片状混合物放入高温炉中烧结，保温温度为360℃，保温时间3h；将烧结后的片状混合物放入恒温水浴锅中进行水浴，温度为65℃，时间为24h；将试样在超声波震荡器中清洗3h后，在120℃下干燥2h成型，得到多孔聚醚醚酮，如图3所示，其孔隙率为21.9％，孔径为75～100μm；如图4所示，压缩形变为0.2时，压缩强度为32mpa。
实施例4
将质量比为3:4的150目聚醚醚酮粉末和150目造孔剂氯化钠粉末装入含有玛瑙球的罐子中置于高速混粉机中，转速250r/min，混合24h，得到聚醚醚酮混合物；将上述混合粉末装入模具中，模具置于压片机下，施加压力50mpa，保压时间2min，得到片状混合物；将上述片状混合物放入高温炉中烧结，保温温度为355℃，保温时间1h，热处理方式为随炉升温和随炉降温；将烧结后的片状混合物放入恒温水浴锅中进行水浴，温度为65℃，时间为24h；将试样在超声波震荡器中清洗3h后，在120℃下干燥2h成型，得到多孔聚醚醚酮。图5中的曲线2为该试样的压缩曲线，由图5可以看出，在应变0.15时，曲线出现拐点，此时应力为10MPa，随后当施加压力逐渐增加时，试样出现碎裂，最大应力为40MPa。
实施例5
将质量比为3:4的150目聚醚醚酮粉末和150目造孔剂氯化钠粉末装入含有玛瑙球的罐子中置于高速混粉机中，转速250r/min，混合24h，得到聚醚醚酮混合物；将上述混合粉末装入模具中，模具置于压片机下，施加压力50mpa，保压时间2min，得到片状混合物；将上述片状混合物放入高温炉中烧结，分段加热方式为：先升温至275℃保温1h，然后升温至355℃，保温时间1h，随后降温至275℃保温1h后随炉降温。
将烧结后的片状混合物放入恒温水浴锅中进行水浴，温度为65℃，时间为24h；将试样在超声波震荡器中清洗3h后，在120℃下干燥2h成型，得到多孔聚醚醚酮。图5中的曲线1为该试样的压缩曲线，由图可以看出，在应变0.25时，曲线出现拐点，此时应力约为40MPa，且随着施加压力增大至98KN时，试样仍保持完整，此时应力为153MPa。相比于随炉升温和随炉降温的加热方式，此热处理方法得到的试样压缩强度更高。
实施例6
将质量比为10:1的50目聚醚醚酮粉末和60目造孔剂氯化钠粉末装入含有玛瑙球的罐子中置于高速混粉机中，转速250r/min，混合24h，得到聚醚醚酮混合物；将上述混合粉末装入模具中，模具置于压片机下，施加压力10mpa，保压时间1min，得到片状混合物；将上述片状混合物放入高温炉中烧结，分段加热方式为：先升温至143℃保温4h，然后升温至355℃，保温时间0.5h，随后降温至143℃保温4h后随炉降温。将烧结后的片状混合物放入恒温水浴锅中进行水浴，温度为50℃，时间为12h；将试样在超声波震荡器中清洗1h后，在120℃下干燥2h成型，得到多孔聚醚醚酮。其孔隙率为1.5％，孔径为300μm；压缩形变为0.2时，压缩强度为80mpa，渗透系数为2.56×10-15m2。
实施例7
将质量比为1:2的1000目聚醚醚酮粉末和300目造孔剂氯化钠粉末装入含有玛瑙球的罐子中置于高速混粉机中，转速250r/min，混合24h，得到聚醚醚酮混合物；将上述混合粉末装入模具中，模具置于压片机下，施加压力150mpa，保压时间5min，得到片状混合物；将上述片状混合物放入高温炉中烧结，分段加热方式为：先升温至343℃保温1h，然后升温至355℃，保温时间5h，随后降温至343℃保温1h后随炉降温。将烧结后的片状混合物放入恒温水浴锅中进行水浴，温度为85℃，时间为72h；将试样在超声波震荡器中清洗24h后，在120℃下干燥2h成型，得到多孔聚醚醚酮。其孔隙率为60％，孔径为50μm；压缩形变为0.2时，压缩强度为5mpa。

Claims (4)

1.一种多孔聚醚醚酮材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将聚醚醚酮粉末及造孔剂粉末混合，得到聚醚醚酮混合物；所述造孔剂粉末的质量为聚醚醚酮粉末的10～200％；所述造孔剂粉末的粒度为60～300目；所述聚醚醚酮粉末为50~1000目；
（2）将聚醚醚酮混合物放入模具中，然后对模具施加压力并保压后得到片状聚醚醚酮混合物；
（3）将片状聚醚醚酮混合物进行分段式煅烧；所述分段式煅烧的具体步骤为：先在143℃～343℃保温1h～4h，然后升温至熔点以上的温度保温1h～4h，随后降温至143℃～343℃保温1h～4h，然后随炉降温；
（4）将烧结后的片状聚醚醚酮在加热的过程中去除造孔剂，经洗涤、干燥后得到多孔聚醚醚酮材料。
2.根据权利要求1所述的多孔聚醚醚酮材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中对模具施加的压力为10～150mpa，保压时间为1～5min。
3.根据权利要求1所述的多孔聚醚醚酮材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述粉末混合方式为将聚醚醚酮粉末、造孔剂粉末经机械球磨混合。
4.根据权利要求1所述的多孔聚醚醚酮材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述烧结后的片状聚醚醚酮在恒温水浴中加热，所述加热的温度为50～85℃，时间为12～72h。
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