[发明专利]一种减震耐磨复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种减震耐磨复合材料及其制备方法。

背景技术

高性能复合材料具有众多独特的优势，如高比强度、热稳定性、抗疲劳性、长寿命和可回收性，是应现代科学技术及需求而发展起来的具有强大生命力的新材料。聚醚醚酮是一种全芳香族半结晶型热塑性聚合物，具有优良的力学性能、耐化学腐蚀性和热稳定性，最引人关注的是它的摩擦磨损性能，大有替代传统金属材料的趋势，在轴承、保持架、齿轮等方面获得成功应用。然而，纯聚醚醚酮(PEEK)摩擦系数偏高，滑动行为困难，并在高速、高载的工况下摩擦生热很快，材料导热困难，摩擦面上温度甚至超过允许的使用温度，这就限制了它的广泛应用，因此须进一步改善、优化其性能，而行之有效的方法是材料复合化。

聚四氟乙烯(PTFE)具有良好的自润滑性能，将它填充到PEEK中，混合得到的PTFE/PEEK复合材料具有更好的摩擦和磨损性能。多孔聚合物材料是新发展起来的材料体系，由于其内部具有规则排列、大小可调的多孔结构，孔道能够吸入并储存润滑油，在工作中因温度和压力作用能够连续稳定地释放润滑油，从而起到很好的减摩和耐磨作用。活性炭纤维(ACF)作为一种新型炭材料，被广泛应用于液相脱色、气体分离等工业以及水处理、除臭等日常生活方面。而ACF的诸多应用都是基于其ACF具有比表面积大，介孔含量丰富，优越的力学性能和热性能等优点。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的第一个技术问题是提供了一种减震耐磨ACF/PTFE/PEEK复合材料。本发明所要解决的第二个技术问题是提供了上述复合材料的制备方法。从仿生学和摩擦学设计角度出发，采用高强PEEK为基体，以PTFE为固体润滑剂，介孔ACF为纳米造孔剂，设计制备出多级孔发汗式自润滑ACF/PEEK/PTFE 复合材料；研究了造孔剂含量、载荷对其摩擦学性能的影响，并对复合材料的内部结构、磨损面和对偶面进行了测试，为高性能仿生耐磨自润滑复合材料的设计和应用提供了有益的参考。为了解决上述存在的问题，采用熔融挤出共混的方法将经干燥处理的PTFE、PEEK、ACF混合，制备出ACF/PTFE/PEEK复合材料。得到的ACF/PTFE/PEEK复合材料流动性优良、综合物理机械性能好，在耐磨和减震方面的效果尤为突出。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种减震耐磨ACF/PTFE/PEEK复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1）PTFE、PEEK经过干燥处理，于120℃真空干燥箱热烘2~5h；

2）得到的经干燥处理的PTFE、PEEK与ACF加入到高速混合器中；

3）由双螺杆挤出机在360~390℃条件下挤出共混，螺杆转速40~100rpm/min，经挤出、牵条、冷却、造粒，得到ACF/PTFE/PEEK颗粒；

4）将经挤出并切粒所得ACF/PTFE/PEEK颗粒样品在120℃干燥12h，然后注塑成型，制成标准试验样条，注塑温度为375℃，注射压力15Mpa。

其中，上述步骤2）中PEEK：PTFE：ACF重量份数比是：60~90：10~40：2~15。

其中，上述PTFE粒径在10~50μm。

其中，上述步骤3）中的双螺杆挤出机的直径为65，长径比为36:1~44:1。

其中，上述步骤3）中的双螺杆挤出机加料口到口模各段温度为180~190℃、190~200℃、210~220℃、220~225℃。

上述的制备方法制备得到的一种减震耐磨ACF/PTFE/PEEK复合材料。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：在ACF/PTFE/PEEK复合材料中ACF将保持它原有的结构，比表面积大，吸附性强，ACF具有很大的比表面积和丰富的纳米孔道特点。而ACF/PTFE/PEEK复合材料孔径分布较宽，表明ACF不仅发挥了孔结构优势，有如人体中的汗腺分布而分布在复合材料中，而且分布在基体中的ACF形成网络骨架结构，起到了良好的骨架支撑作用。本发明制备的ACF/PTFE/PEEK 复合材料较纯PEEK干摩擦相比，耐磨性提高了645倍，比经典的PEEK/CF复合材料的耐磨性提高了16倍。这是因为多级孔发汗式PEEK自润滑复合材料中的介孔ACF起到网络骨架支撑作用，并连通着材料内部的微孔、封闭孔，能更好地储存、输送油脂，与此同时基体中的PTFE在摩擦过程中形成薄的转移膜，起到良好的润滑作用，材料的耐磨性能得到大幅度提高，解决了长时间的润滑耐磨问题。

具体实施方式