CN117384463B - 一种碳纤增强磺化peek复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤增强磺化PEEK复合材料及其制备方法，涉及高分子材料技术领域，所述复合材料由磺化PEEK树脂基体经短碳纤维颗粒复合而成，所述磺化PEEK树脂粉末的磺化度为1.5～2.5%。通过对PEEK树脂进行磺化，在聚合物结构中引入磺酸根阴离子，极大的增加复合材料表面的负电荷密度，进而能快速有效吸附溶液中的水合阳离子形成水合层，该水合层具有水合润滑的作用，可显著降低摩擦系数，提高耐磨性能，以使该材料用于水润滑轴承中时，可具有较低的摩擦系数和磨损率；同时，通过短碳纤维的复合改性，可提高PEEK树脂的机械强度，并进一步降低材料的摩擦系数和磨损率。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种碳纤增强磺化PEEK复合材料及其制备方法。
背景技术
水润滑轴承以水为润滑介质，具有结构简单、使用成本低、绿色无污染等优点，符合双碳战略下船舶绿色化发展的要求。但是水润滑轴承在运行过程中，形成的水膜承载能力差，仅在低载、高速的条件下才能形成流体润滑，而在启停或运行速度有所变化的情况下，轴承往往处于边界润滑和干摩擦状态。因此，寻找一种能在边界润滑和干摩擦条件下安全、低噪音地运行，同时具有较低摩擦系数和良好的耐磨性能的水润滑轴承材料势在必行。
目前常用的水润滑轴承材料主要有丁腈橡胶（NBR）、聚四氟乙烯(PTFE)、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、聚氨酯（PU）以及聚醚醚酮（PEEK）等聚合物材料。其中，聚醚醚酮（PEEK）是一类亚苯基环通过氧桥（醚键）和羰基(酮)连接而成的结晶型聚合物，具有机械强度高、耐高温、耐化学腐蚀等特性，已经在汽车工业、家用电器、航空航天等领域得到广泛应用。特别是PEEK 在水润滑条件下的摩擦学性能引起了学者们的极大关注。但是研究发现，PEEK聚合物在海水环境下的摩擦系数较高，并且伴随着较高的磨损和尖锐噪音产生。这是由于海水的粘度低（水的粘度为油的粘度的1/100-1/20），形成的水膜承载能力差，仅在低载、高速的条件下才能形成流体润滑。为解决这一问题，本领域技术人员在PEEK的改性方面做了大量的研究，如，通过引入减摩抗磨的填料，如碳纤维、玻璃纤维、石墨、二硫化钼等，来提升耐磨强度和降低摩擦系数。然而，对PEEK进行改性虽然能够有效降低PEEK 类材料的磨损，但是减摩效果并不明显，尤其是在重载、低速的情况下很难形成润滑。另外，常用的固体润滑剂如石墨、PTFE、MoS2等，跟PEEK基体的结构差异大，界面结合力弱，导致材料成型后的机械强度难以达到预期。因此，如何提高PEEK基体在重载、低速下的摩擦学性能，是其成为高性能水润滑轴承材料的关键。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种碳纤增强磺化PEEK复合材料及其制备方法，旨在解决现有的PEEK基体在重载、低速下的摩擦性能差的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种碳纤增强磺化PEEK复合材料，其中，所述复合材料由磺化PEEK树脂粉末经短碳纤维颗粒复合而成，所述磺化PEEK树脂粉末的磺化度为1.5～2.5%。
一种碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法，用于制备如上所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料，其中，所述制备方法包括：
磺化PEEK树脂粉末的合成：按配比取双酚A、4,4’-二氟二苯甲酮、2,5-二羟基苯磺酸钾，以DMSO为溶剂，在催化剂和除水剂的作用下，并在氮气氛围中，于150℃下搅拌反应，得到低粘度的胶状物；升温至180℃，待分水器中水的量不再增加，聚合反应完成，去除除水剂，得到高黏度的胶状物，再通过固化析出、粉碎、洗涤、干燥后，得到磺化PEEK树脂粉末；
复合材料的制备：取磺化PEEK树脂粉末和短碳纤维颗粒，通过振荡分散，混合均匀，得混合粉末；将混合粉末置于真空热压烧结炉中进行加压烧结，压力为20～24 Mpa；烧结温度为：先程序升温至370～390℃，并于该温度下保温150～200min；再程序降温至240～260℃，并于该温度下保温50～70min；再程序降温至50℃，得到碳纤增强磺化PEEK复合材料。
所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法中，所述双酚A、4,4’-二氟二苯甲酮、2,5-二羟基苯磺酸钾的物质的量比为（9.3～10.3）︰（9.5～10.5）︰（0.18～0.22）。
所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法中，所述催化剂为碳酸钾，所述碳酸钾与双酚A的物质的量比为（22.5～27.5）︰（9.3～10.3）。
所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法中，所述双酚A、4,4’-二氟二苯甲酮、2,5-二羟基苯磺酸钾、碳酸钾的物质的量比为98︰100︰2︰250。
所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法中，所述固化析出、粉碎、洗涤、干燥步骤具体包括：在去除除水剂后，先用DMF进行稀释，再将稀释物迅速倒入冰乙醇中，析出固体粗产物；将固体粗产物破碎成粉末，用乙醇和水洗涤至无溶剂、反应原料及无机盐后，干燥，得磺化PEEK树脂粉末。
所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法中，所述混合粉末中，所述短碳纤维颗粒的质量百分比为5～20%。
所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法中，所述短碳纤维颗粒的粒径为1000～1500目。
所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法中，所述烧结温度具体为：以20℃/min的升温速度快速升温至300℃，再以4℃/min的升温速度升温至380℃，于该温度保温180min后，以4℃/min的降温速度降温至250℃，继续保温60min；再以10℃/min的降温速度降温至50℃。
有益效果
本发明第一方面提供了一种碳纤增强磺化PEEK复合材料，所述复合材料通过对PEEK树脂进行磺化，在聚合物结构中引入磺酸根阴离子，极大的增加材料表面的负电荷密度，进而能快速有效吸附溶液中的水合阳离子形成水合层，该水合层具有水合润滑的作用，可显著降低摩擦系数，提高耐磨性能，以使该材料用于水润滑轴承中时，可具有较低的摩擦系数和磨损率；同时，通过短碳纤维的复合改性，可提高PEEK树脂的机械强度，并进一步降低材料的摩擦系数和磨损率。
本发明第二方面还提供了一种碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法，该制备方法通过在PEEK树脂制备过程中引入的磺基，其不但可提高复合材料的水合润滑作用，并且相较于现有通过浓硫酸对PEEK树脂直接进行磺化的方式（该方式会破坏PEEK树脂的分子链结构，导致其机械强度不足），其具有分子量和磺化度可控的优点，可获得特定分子量和磺化度的磺化PEEK树脂，进而使复合材料具有较好的机械强度和亲水性，能满足水润滑轴承对摩擦性能的要求。
附图说明
图1为本发明实施例1中磺化PEEK树脂粉末的反应流程图。
图2为实施例1中烧结温度的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种碳纤增强磺化PEEK复合材料及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明第一方面提供一种碳纤增强磺化PEEK复合材料，该复合材料用于水润滑轴承的制备，所述材料由磺化PEEK树脂粉末经短碳纤维颗粒复合而成，通过对PEEK进行磺化，在聚合物结构中引入磺酸根阴离子，极大的增加材料表面的负电荷密度，进而能快速有效吸附溶液中的水合阳离子形成水合层，该水合层具有水合润滑的作用，可显著降低摩擦系数，提高耐磨性能，以使该材料用于水润滑轴承中时，可具有较低的摩擦系数和磨损率；而通过短碳纤维的复合改性，可提高PEEK树脂的机械强度，同时，进一步降低材料的摩擦系数和磨损率。
上述复合材料中，通过在PEEK树脂制备过程中引入的磺基，其可以提高复合材料的水合润滑作用，即，所述磺基可改变复合材料对水分子的静电吸附作用，能在复合材料的表面形成水合层，这种水合层中的水分子与其他的自由水分子可以快速的交换，因此能保持快速的松弛效能，即便受到剪切力时，仍表现出良好的流体效应和较小的摩擦系数，即，这层水合层可避免材料与粗糙的摩擦副表面直接接触，从而极大的降低摩擦系数。由于磺基的数量会直接影响水合层的形成，即，磺化度越高，会使得复合材料的亲水性越好，摩擦系数会越低，耐磨性越好。但是，在制备过程中，磺化度越高，会导致PEEK树脂的数均分子量下降，进一步导致PEEK树脂的机械强度下降，无法满足水润滑轴承对机械强度的要求。对此，在一种较佳的实施例中，所述磺化PEEK树脂粉末的磺化度为1.5～2.5%，具有较好的亲水性和数均分子量，可使PEEK树脂的数均分子量为8000～10000，具有较好的机械强度，同时1.5～2.5%的磺化度，可与水分子形成较好的水合层，使复合材料具有较低的摩擦系数。
本发明第二方面还提供了一种碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法，该制备方法用于制备如上所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料，所述制备方法包括：
磺化PEEK树脂粉末的合成：按配比取双酚A、4,4’-二氟二苯甲酮、2,5-二羟基苯磺酸钾，以DMSO为溶剂，在催化剂和除水剂的作用下，并在氮气氛围中，于150℃下搅拌反应得到低粘度的胶状物；升温至180℃，待分水器中水的量不再增加，聚合反应完成，去除除水剂，得到高黏度的胶状物，再通过固化析出、粉碎、洗涤、干燥后，得到磺化PEEK树脂粉末；
复合材料的制备：取磺化PEEK树脂粉末和短碳纤维颗粒，通过振荡分散，混合均匀，得混合粉末；将混合粉末置于真空热压烧结炉中进行加压烧结，压力为20～24 Mpa；烧结温度为：先程序升温至370～390℃，并于该温度下保温150～200min；程序降温至240～260℃，并于该温度下保温50～70min；再程序降温至50℃，得到碳纤增强磺化PEEK复合材料。
上述复合材料的制备方法中，所述磺化PEEK树脂粉末是以双酚A、 4,4’-二氟二苯甲酮、2,5-二羟基苯磺酸钾为反应单体，在催化剂、除水剂的作用下制备得到，即，其磺化的方式为在合成PEEK树脂时引入磺基，这种方式相较于现有通过浓硫酸对PEEK树脂直接进行磺化的方式（该方式会破坏PEEK树脂的分子链结构，导致其机械强度不足），其具有分子量和磺化度可控的优点，可获得特定分子量和磺化度的磺化PEEK树脂，进而使复合材料具有较好的机械强度和亲水性，能满足水润滑轴承对摩擦性能的要求。
在磺化PEEK树脂粉末的合成过程中，可通过分水器中水量的增长情况判断反应进程，当发现分水器中的水量不再增加时，表明聚合反应已完成，大概需要4～6h，然后，再将除水剂蒸出，直至无除水剂蒸汽回流为止，即可得到高黏度的胶状物。
在一种较佳的实施例中，所述固化析出、粉碎、洗涤、干燥步骤具体包括步骤：在去除除水剂后，先用DMF稀释该高黏度的胶状物，以使其便于转移，再将稀释物迅速倒入冰乙醇中，析出固体粗产物；将固体粗产物破碎成粉末状，用乙醇和水洗涤至无溶剂、反应原料及无机盐后，如，去除产物中残余溶剂、未反应的单体和无机盐，然后干燥，得磺化PEEK树脂粉末。具体实施过程中，当除水剂去除后，趁热加入DMF进行稀释，并快速倒入冰乙醇中，以便于磺化PEEK树脂在冰乙醇中能快速的析出，得到条形的磺化PEEK树脂固体。
优选的，在用乙醇和水进行洗涤时，用温热的乙醇和水进行洗涤具有更好的清洗效果，如，用50℃的乙醇和水进行洗涤，或者，在进行清洗时，将容器置于50℃的水浴中进行加热，或者在50℃的加热状态下，或者在50℃的加热环境中，以使乙醇和水对磺化PEEK树脂粉末的洗涤效果更好更快。
优选的，洗涤结束后，在对磺化PEEK树脂粉末进行干燥时，可将磺化PEEK树脂粉末置于100℃的鼓风干燥箱中干燥，以加速固体粉末的干燥。
为了获得具有特定磺化度和数均分子量的磺化PEEK树脂粉末，在一种较佳的实施例中，所述双酚A、4,4’-二氟二苯甲酮、2,5-二羟基苯磺酸钾的物质的量比为（9.3～10.3）:（9.5～10.5）:（0.18～0.22）。在本实施例中，通过限定双酚A、4,4’-二氟二苯甲酮、2,5-二羟基苯磺酸钾的物质的量比，可获得聚合度（数均分子量为8000～10000）和磺化度（1.5～2.5%）适中的磺化PEEK树脂粉末，以使其具有较好的亲水性和机械强度。
在一种较佳的实施例中，所述催化剂为碳酸钾，具有较好的催化效果。由于碳酸钾的量会影响催化反应的速度，反应速度过快时，难以控制聚合度和磺化度，导致产物的亲水性和机械强度不佳。对此，优选的，所述碳酸钾与双酚A的物质的量比为（22.5～27.5）︰（9.3～10.3），具有适中的反应速度，可获得具有较好聚合度和磺化度的磺化PEEK树脂粉末。
在一种优选的实施例中，所述单体双酚A、4,4’-二氟二苯甲酮、2,5-二羟基苯磺酸钾、碳酸钾的物质的量比为98︰100︰2︰250，可获得磺化度为2.12%、数均分子量为9200的磺化PEEK树脂粉末，具有较优的亲水性和机械强度。
在一种较佳的实施例中，所述除水剂选自邻二甲苯、甲苯、二甲苯中的一种，优选为邻二甲苯。
上述制备方法中，在所述复合材料的制备步骤中，所述短碳纤维颗粒的添加量会影响复合材料的摩擦系数，当短碳纤维颗粒的含量过高时，虽然力学强度会更好，但是会导致摩擦系数提高，而当短碳纤维颗粒的含量过低时，其力学性能会下降，同时摩擦系数也会降低。在一种较佳的实施例中，所述混合粉末中，所述短碳纤维颗粒的质量百分比为5～20%，可使磺化PEEK树脂粉末具有较好的力学强度和较低的摩擦系数，相较于磺化PEEK树脂0.044的摩擦系数，复合有短碳纤维的磺化PEEK树脂粉末的摩擦系数可降低至0.017～0.039。
优选的，当短碳纤维的添加量为10%时，所述复合材料的摩擦系数仅为0.017，非常的低。
在复合材料的制备的制备步骤中，由于短碳纤维颗粒的大小会影响其在磺化PEEK树脂粉末中的分布均匀程度，当粒径较大时，虽然可获得较好的增强效果，但是会导致复合材料的表面粗糙度增加，使得水润滑效果下降；但粒径较小时，会使得其对复合材料的机械性能增强效果不足。对此，在一种较佳的实施例中，所述短碳纤维的粒径为1000～1500目，可具有较好的增强效果，且复合材料的摩擦系数也会下降。
在一种较佳的实施例中，在进行程序升温和降温时，可分多步进行，如，先以较快的升温速度（如10～20℃/min）升温至280～300℃，再以较慢的升温速度（如3～5℃/min）升温至370～390℃；待高温保温结束后进行程序降温时，可先以较慢的降温速度（如3～5℃/min）降温至240～260℃，再以较快的降温速度（如8～10℃/min）将温度降至50℃。在本实施例中，通过调整程序升温速度和程序降温速度，即，在升温的初期以较快的速度进行加热升温，当温度达到300℃后，以较低的升温速度进行升温，而在降温时，先以较慢的速度进行降温，当温度较低时，再以较快速度降温。这样的技术好处在于：可使短碳纤维与磺化PEEK树脂具有较好的结合强度，并进一步降低复合材料的摩擦系数；同时，便于控制反应温度在准确的范围，避免在高温时升温速度过快导致反应温度不可控。
在一种优选的实施例中，所述烧结温度具体为：以20℃/min的升温速度快速升温至300℃，再以4℃/min的升温速度升温至380℃，于该温度下保温180min后，以4℃/min的降温速度降温至250℃，继续保温60min，再以10℃/min的降温速度降温至50℃。
综上所述，通过上述碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法，可制备得到具有较好亲水性和力学强度的复合材料，该复合材料的摩擦系数较低，力学强度较好，可用于制备水润滑轴承。
为进一步的阐述本发明提供的一种碳纤增强磺化PEEK复合材料及其制备方法，提供如下实施例。
实施例1
一种较优的碳纤增强磺化PEEK复合材料，该复合材料由磺化PEEK树脂粉末经短碳纤维颗粒复合而成，其中短碳纤维的质量百分比为10%；所述磺化PEEK树脂粉末的磺化度为2.12%。
所述碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法为：
所述磺化PEEK树脂粉末的合成（如图1）：以DMSO为溶剂，以邻二甲苯为除水剂，并加入物质的量比为9.8︰10.0︰0.2︰25的双酚A、4,4’-二氟二苯甲酮、2,5-二羟基苯磺酸钾、碳酸钾，在氮气氛围下，先升温至150 ℃并在该温度下搅拌反应2h，得低黏度的胶状物，再升温至180 ℃，搅拌4h左右，当观察到分水器中的水量不再增加时，将除水剂蒸出，得到高黏度的胶状物，结束加热，并趁热加入适量DMF进行稀释，然后迅速倒入冰乙醇中，析出呈淡黄色的条状塑料，即固体粗产物，将固体粗产物破碎成粉末状，再用50 ℃的乙醇和水各洗涤10次，得到白色粉末，然后经干燥，进一步破碎，得到磺化PEEK树脂粉末；
复合材料的制备：按配比取磺化PEEK树脂粉末和碳纤，通过振荡分散，得到混合均匀的混合粉末；将该混合粉末置于真空热压烧结炉中进行加压烧结，其中，热压压力为22Mpa，烧结温度为（如图2所示）：先以20℃/min的升温速度升温至300℃，再以4℃/min的升温速度升温至380℃，于380℃下保温180min后，以4℃/min降温速度降温至250℃，于250℃保温60min，再以10℃/mi的降温速度降温至50℃，即可。
实施例2
一种碳纤增强磺化PEEK复合材料，该复合材料中短碳纤维的质量百分比为5%；该复合材料中磺化PEEK树脂粉末的磺化度为1.5%。
所述碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法与实施例1的基本相同，区别在于：
（1）以邻二甲苯为除水剂，双酚A、4,4’-二氟二苯甲酮、2,5-二羟基苯磺酸钾、碳酸钾的物质的量比为10.3︰10.5︰0.18︰27.5；
（2）热压压力为20Mpa；
（3）烧结温度为：先以20℃/min的升温速度升温至280℃，再以4℃/min的升温速度升温至370℃，于370℃下保温180min后，以4℃/min的降温速度降温至240℃，于240℃保温60min，再以10℃/min的降温速度降温至50℃。
实施例3
一种碳纤增强磺化PEEK复合材料，该复合材料中短碳纤维的质量百分比为20%；该复合材料中磺化PEEK树脂粉末的磺化度为2.5%。
所述碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法与实施例1的基本相同，区别在于：
（1）以邻二甲苯为除水剂，双酚A、4,4’-二氟二苯甲酮、2,5-二羟基苯磺酸钾、碳酸钾的物质的量比为9.3︰9.5︰0.22︰22.5；
（2）热压压力为24Mpa；
（3）烧结温度为：先以20℃/min的升温速度升温至290℃，再以4℃/min的升温速度升温至390℃，于390℃下保温180min后，以4℃/min的降温速度降温至260℃，于260℃保温60min，再以10℃/min的降温速度降温至50℃。
对比例1
一种碳纤增强磺化PEEK复合材料，该复合材料由磺化PEEK树脂粉末经短碳纤维颗粒复合而成，所述磺化PEEK树脂粉末由PEEK树脂经磺化剂磺化得到，该磺化PEEK树脂粉末的磺化度为30%。该复合材料在制备时，短碳纤维颗粒与磺化PEEK树脂粉末的复合步骤与实施例1中的复合材料的制备步骤相同。
对比例2
一种复合材料，该复合材料与实施例1的基本相同，区别在于：所述磺化PEEK树脂粉末的磺化度为0.5%。
对比例3
一种复合材料，该复合材料与实施例1的基本相同，区别在于：所述磺化PEEK树脂粉末的磺化度为10%。
对比例4
一种复合材料，该复合材料与实施例1的基本相同，区别在于：复合材料中短碳纤维的质量百分比为1%。
对比例5
一种复合材料，该复合材料与实施例1的基本相同，区别在于：复合材料中短碳纤维的质量百分比为30%。
对比例6
一种复合材料，该复合材料与实施例1的基本相同，区别在于：制备复合材料时，烧结温度为：先以20℃/min的升温速度升温至380℃，于380℃下保温2.5h后，以10℃/min的降温速度降温至50℃。
对实施例1-3制备得到的碳纤增强磺化PEEK复合材料及对比例1-6所述复合材料进行摩擦学性能测试、表面润湿性测试、硬度及压缩强度测试，同时，还以PEEK树脂（该PEEK树脂为市售PEEK树脂，未经过磺化处理）为对比例7、以磺化PEEK树脂粉末（该磺化PEEK树脂粉末的制备方法与实施例1中磺化PEEK树脂粉末的合成步骤相同，但是该磺化PEEK树脂粉末未与短碳纤维复合）为对比例8。其中，所述摩擦学性能测试采用UMT旋转摩擦测试仪进行测试；所述表面润湿性采用静态水接触角测试仪进行测试；所述硬度采用邵氏硬度计依据GB/T 24112008/ISO 7619-1:2010标准进行测试；所述压缩强度采用万能试验机依据GB/T1041-2008/ISO 604:2002标准进行测试。具体的测试结果如表1所示。
表1性能测试结果
通过表1可知，实施例1-3所述碳纤增强磺化PEEK复合材料的摩擦系数和磨损率均较低，实施例1的甚至低至0.017，这是由于材料表面的磺酸基团通过吸附溶液中的水合阳离子，形成水合层，避免了粗糙的摩擦副表面相互接触，从而达到减摩的效果；实施例1-3的接触角均在85°左右，表明材料具有较好的亲水性，主要还是由于磺化后能极大提升材料表面的亲水性，这有利于形成水合层，降低摩擦系数；实施例1-3的硬度大于或等于85，压缩强度在128MPa以上，这是由于磺化PEEK树脂粉末具有较合适的数均分子量，同时，通过短碳纤维改性，可大大提升材料的力学强度。
对比例1的水接触角较低，表明其具有非常好的亲水性，这是因为样品具有非常高的磺化度；但是由于通过磺化剂对PEEK树脂进行磺化的方式会破坏PEEK树脂本身的分子链结构，导致其硬度和压缩强度下降明显，进而造成材料的摩擦磨损性能较差。
对比例2由于磺化度较低，因此其摩擦系数和磨损率均较实施例1均变差，其接触角增大，亲水性变差。而对比例3由于磺化度较高，其同样无法获得较低的摩擦系数和磨损率，这是因为磺化度过高时，会使得数均分子量下降，导致力学性能下降，磨损率和摩擦系数均增大。
对比例4的和对比例5的摩擦系数不及实施例1的，表明短碳纤维的含量过高或过低时均不利于降低材料的摩擦系数；对比例4的接触角较实施例1的小，表明其亲水性更好，但是由于短碳纤维的添加量少，导致在旋转摩擦测试时，其表面易形造成磨损导致其摩擦系数提高，最后导致磨损率增大；对比例5的接触角较实施例1的大，表明在短碳纤维含量较高时，材料的亲水性会下降，其摩擦系数提高，但是，由于短碳纤维可提高材料的硬度和压缩强度，因此在旋转磨损过程中，其磨损率反而较实施例1的更优。
对比例6的力学性能、摩擦系数和磨损率均较实施例1的略差，表明改变升温程序和降温程序，会对材料的摩擦性能及力学性能产生影响。
对比例7为PEEK树脂，由于未进行磺化，因此其摩擦系数、磨损率均较实施例1的差；对比例8由于未通过短碳纤维改性，导致其力学强度和摩擦系数、磨损率均不如实施例1的。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种碳纤增强磺化PEEK复合材料，其特征在于，所述复合材料由磺化PEEK树脂粉末经短碳纤维颗粒复合而成,所述短碳纤维颗粒的质量百分比为5～20％；所述磺化PEEK树脂粉末的磺化度为1.5～2.5％；所述磺化PEEK树脂粉末的合成：按配比取双酚A、4,4’-二氟二苯甲酮、2,5-二羟基苯磺酸钾，以DMSO为溶剂，在催化剂和除水剂的作用下，并在氮气氛围中，于150℃下搅拌反应，得到低粘度的胶状物；升温至180℃，待分水器中水的量不再增加，聚合反应完成，去除除水剂，得到高黏度的胶状物，再通过固化析出、粉碎、洗涤、干燥后，得到磺化PEEK树脂粉末。
2.一种碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料，所述制备方法包括：
复合材料的制备：取磺化PEEK树脂粉末和短碳纤维颗粒，通过振荡分散，混合均匀，得混合粉末；将混合粉末置于真空热压烧结炉中进行加压烧结，压力为20～24Mpa；烧结温度为：先程序升温至370～390℃，并于该温度下保温150～200min；再程序降温至240～260℃，并于该温度下保温50～70min；再程序降温至50℃，得到碳纤增强磺化PEEK复合材料。
3.根据权利要求2所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法，其特征在于，所述双酚A、4,4’-二氟二苯甲酮、2,5-二羟基苯磺酸钾的物质的量比为(9.3～10.3)︰(9.5～10.5)︰(0.18～0.22)。
4.根据权利要求3所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为碳酸钾，所述碳酸钾与双酚A的物质的量比为(22.5～27.5)︰(9.3～10.3)。
5.根据权利要求4所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法，其特征在于，所述双酚A、4,4’-二氟二苯甲酮、2,5-二羟基苯磺酸钾、碳酸钾的物质的量比为98︰100︰2︰250。
6.根据权利要求2所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法，其特征在于，所述固化析出、粉碎、洗涤、干燥步骤具体包括：在去除除水剂后，先用DMF进行稀释，再将稀释物迅速倒入冰乙醇中，析出固体粗产物；将固体粗产物破碎成粉末，用乙醇和水洗涤至无溶剂、反应原料及无机盐后，干燥，得磺化PEEK树脂粉末。
7.根据权利要求2所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法，其特征在于，所述短碳纤维颗粒的粒径为1000～1500目。
8.根据权利要求2所述的碳纤增强磺化PEEK复合材料的制备方法，其特征在于，所述烧结温度具体为：以20℃/min的升温速度升温至300℃，再以4℃/min的升温速度升温至380℃，于该温度保温180min后，以4℃/min的降温速度降温至250℃，继续保温60min；再以10℃/min的降温速度降温至50℃。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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