一种聚芳醚酮耐磨材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚芳醚酮耐磨材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。解决了如何提供一种耐热等级高、力学性能好、摩擦性能突出、自润滑性极好的聚芳醚酮耐磨材料及其制备方法的问题。本发明专利技术的耐磨材料，通过预成型体在硫酸浸泡后，去离子水清洗获得；预成型体由交替排列的复合材料层和碳纤维网组成，复合材料层由聚芳醚酮、高密度聚乙烯、磷酸钙多孔陶瓷、聚四氟乙烯、金刚砂、锡青铜粉末、石墨、碳化钛和润滑微球组成；润滑微球由芯球和包覆层组成，芯球为填充液体石蜡和二硫化钼的多孔微球，包覆层包覆在芯球的表面，材料为聚酰亚胺粉末。该耐磨材料具备优异的耐磨性、耐热性和力学性能。

Polyaryl ether ketone wear-resistant material and preparation method thereof

The invention discloses a poly (aryl ether ketone) wear-resistant material and a preparation method thereof, belonging to the technical field of composite materials. The problem of how to provide a kind of poly (aryl ether ketone) wear-resisting material with high heat-resisting grade, good mechanical property, outstanding friction property and excellent self-lubrication was solved. The wear-resisting material of the invention is obtained by soaking the preform in sulphuric acid and cleaning it with deionized water; the preform is composed of alternately arranged composite material layer and carbon fiber network, and the composite material layer is composed of polyaryl ether ketone, high density polyethylene, calcium phosphate porous ceramics, polytetrafluoroethylene, emery, tin bronze powder, graphite and carbon fiber network. Titanium carbide and lubricating microspheres are composed of core ball and coating layer. The core ball is a porous microsphere filled with liquid paraffin and molybdenum disulfide. The coating layer is coated on the surface of the core ball and the material is polyimide powder. The wear-resistant material has excellent wear resistance, heat resistance and mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
一种聚芳醚酮耐磨材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种聚芳醚酮耐磨材料及其制备方法。
技术介绍
聚芳醚酮(英文名称polyetherketoneketone)，简称PAEK，是一类亚苯基环通过氧桥(醚键)和羰基(酮)连接而成的一类结晶型聚合物。按分子链中醚键、酮基与苯环连接次序和比例的不同，可形成许多不同的聚合物。主要有聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮酮(PEEKK)和聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)等品种。聚芳醚酮分子结构中含有刚性的苯环，因此具有优良的高温性能、力学性能、电绝缘性、耐辐射和耐化学品性等特点。因此，在对材料性能要求越来越高的今天，聚芳醚酮及其复合材料的重要性日益凸显，常可用来制造耐高冲击齿轮、轴承、电熨斗零件、微波炉转盘传动件、汽车齿轮密封件、齿轮支撑座、轴衬、粉末涂料、超纯介质输送管道、航空航天结构材料等。但是如今科技飞速发展，对材料的性能要求也在不断提高，因此研究人员对聚芳醚酮进行了各种改性，但改性后，材料的自润滑性不好，且很多领域要求非常高的耐磨性能，是聚芳醚酮无法达到的，所以必须对其进行增强处理。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种耐热等级高、力学性能好、摩擦性能突出、自润滑性极好的聚芳醚酮耐磨材料及其制备方法。本专利技术解决上述技术问题采取的技术方案如下。聚芳醚酮耐磨材料，通过预成型体在浓度为50％-55％的硫酸中浸泡25-35h后，去离子水清洗15-20min获得；所述预成型体由交替排列的复合材料层和碳纤维网组成，且最外层和最内层皆为复合材料层；所述复合材料层的组成及重量份为：所述润滑微球由芯球和包覆层组成，芯球为填充液体石蜡和二硫化钼的多孔微球，多孔微球的粒径为0.3-0.5mm，孔隙率为30％-70％，熔点在400℃以上；包覆层包覆在芯球的表面，材料为聚酰亚胺粉末，粒径为30-40μm。优选的，所述碳纤维网的网孔尺寸为2-3mm，厚度为0.3-0.5mm。优选的，所述碳纤维网为2-3层，复合材料层的厚度为1-1.2mm。优选的，所述聚芳醚酮为聚醚酮酮、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮中的一种。优选的，所述磷酸钙多孔陶瓷为羟基磷灰石或磷酸三钙，粒径为300-500μm。优选的，所述的聚四氟乙烯的粒径为20-30μm；所述锡青铜粉末、金刚砂、石墨、二硫化钼的粒径为20-50μm，所述碳化钛的粒径为50-80nm。优选的，所述液体石蜡与二硫化钼的质量比为(5-10):1。优选的，所述多孔微球为碳球。本专利技术还提供上述聚芳醚酮耐磨材料的制备方法，步骤如下：步骤一、取质量比为(5-10):1的液体石蜡与二硫化钼，混合均匀，得到混合溶液，取多孔微球浸泡在混合溶液中，2-5h后，取出，除去多余混合溶液，置于粒径为30-40μm的聚酰亚胺粉末中，搅拌，过300目筛除去多余的聚酰亚胺粉末，筛网中的剩余物再过15-30目筛，筛出物即为润滑微球；步骤三、按组成及重量份，将聚芳醚酮、高密度聚乙烯、聚四氟乙烯、金刚砂、锡青铜粉、锡青铜粉末、石墨和碳化钛烘干，球磨搅拌均匀，加入润滑微球和磷酸钙多孔陶瓷搅拌混合均匀，得到复合材料；步骤四、按照预成型体的结构，将复合材料与碳纤维交替铺覆在模具中，模压成型，得到预成型体；步骤五、将预成型体在浓度为50％-55％的硫酸中浸泡25-35h后，去离子水清洗15-20min，得到预成型体。优选的，所述模压过程为：加压至5-10MPa，待温度升高到320-360℃，恒温20-30min，在模压过程中，每隔5min放气一次；再以10-15℃/min的速度降温冷却至100-150℃，保温30-50min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术聚芳醚酮耐磨材料耐磨性好、耐热性好、力学性能优异，经实验检测：该耐磨材料的摩擦系数为0.09-0.14，磨损量为0.011-0.021g，热变形温度为300℃以上，拉伸强度为109-115Mpa，断裂伸长率为8％-9％，弯曲强度为159-170Mpa，抗冲击强度为70-79KJ/m2，有望可以在汽车、船舶，军用、航天等
得到广泛应用。本专利技术的聚芳醚酮耐磨材料的制备方法操作性强、环保无污染。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术的聚芳醚酮耐磨材料，通过预成型体在浓度为50％-55％的硫酸中浸泡25-35h后，去离子水清洗15-20min获得；预成型体由交替排列的复合材料层和碳纤维网组成，且最外层和最内层皆为复合材料层，具体层数与厚度根据实际需要确定，通常碳纤维网为2-3层，复合材料层的厚度为1-1.2mm。本专利技术中，碳纤维网耐硫酸、耐高温，在耐磨材料的制备过程中，不受影响，支撑耐磨材料，赋予材料的高耐冲击性、强度和硬度。优选碳纤维网的网孔尺寸为2-3mm，厚度为0.3-0.5mm。本专利技术中，复合材料层的组成为：100重量份聚芳醚酮、10-20重量份高密度聚乙烯、30-35重量份磷酸钙多孔陶瓷、20-30重量份聚四氟乙烯、2-2.5重量份金刚砂、1-2重量份锡青铜粉末、2-5重量份石墨、5-6重量份碳化钛和20-25重量份润滑微球。聚芳醚酮为耐磨材料的基体材料，优选为聚醚酮酮、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮材料中的一种。高密度聚乙烯具有优异的耐酸性，为耐磨材料提供辅助支撑，且其熔点较低，能够将聚芳醚酮和聚芳醚酮之间，以及聚芳醚酮与其他材料之间很好的融合在一起。且能够增强耐磨材料的耐磨性。磷酸钙多孔陶瓷被硫酸腐蚀，为耐磨材料提供微孔，为润滑微球中的润滑物质的溢出提供通道；优选为羟基磷灰石或磷酸三钙，粒径为300μm-500μm。添加碳化钛，在材料高温摩擦时，能够有效地降低摩擦系数，减少摩擦热量的产生，即便在湿态也不受影响；且提高材料的耐磨性，能够保证材料在高温湿态下具有足够的强度、硬度来维持轴承的高速运转。优选碳化钛平均粒径为50-80nm。聚四氟乙烯、锡青铜粉末、石墨和金刚砂综合作用，增强耐磨性能，且提高聚芳醚酮的耐酸性和力学性能；聚四氟乙烯的粒径优选为20-30μm；锡青铜粉末、金刚砂、石墨的粒径优选为20-50μm。润滑微球由芯球和包覆层组成，芯球为填充液体石蜡和二硫化钼的多孔微球，多孔微球的粒径为0.3-0.5mm，孔隙率为30％-70％，熔点在400℃以上；包覆层包覆在芯球的表面，材料为聚酰亚胺粉末，粒径为30-40μm。优选液体石蜡与二硫化钼的质量比为(5-10):1。优选多孔微球的材料为碳球。润滑微球的包覆层耐酸性一般，耐水性差，在预成型体经酸浸泡后，部分润滑微球裸露在磷酸钙多孔陶瓷形成的通道中，且包覆层的部分会受到影响，当去离子水清洗后，聚酰亚胺部分别分解，芯球部分裸露。在耐磨材料使用过程中，芯球的内的液体石蜡与二硫化钼逐渐溢出，且随着使用时间的延长，芯球的裸露部分越来越多，液体石蜡与二硫化钼会持续逐渐溢出。上述聚芳醚酮耐磨材料的制备方法，步骤如下：步骤一、取质量比为(5-10):1的液体石蜡与二硫化钼，混合均匀，得到混合溶液，取多孔微球浸泡在混合溶液中，2-5h后，取出，除去多余混合溶液(通常采用控干的方式，也本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.聚芳醚酮耐磨材料，其特征在于，通过预成型体在浓度为50％‑55％的硫酸中浸泡25‑35h后，去离子水清洗15‑20min获得；所述预成型体由交替排列的复合材料层和碳纤维网组成，且最外层和最内层皆为复合材料层；所述复合材料层的组成及重量份为：

【技术特征摘要】
1.聚芳醚酮耐磨材料，其特征在于，通过预成型体在浓度为50％-55％的硫酸中浸泡25-35h后，去离子水清洗15-20min获得；所述预成型体由交替排列的复合材料层和碳纤维网组成，且最外层和最内层皆为复合材料层；所述复合材料层的组成及重量份为：所述润滑微球由芯球和包覆层组成，芯球为填充液体石蜡和二硫化钼的多孔微球，多孔微球的粒径为0.3-0.5mm，孔隙率为30％-70％，熔点在400℃以上；包覆层包覆在芯球的表面，材料为聚酰亚胺粉末，粒径为30-40μm。2.根据权利要求1所述的聚芳醚酮耐磨材料，其特征在于，所述碳纤维网的网孔尺寸为2-3mm，厚度为0.3-0.5mm。3.根据权利要求1所述的聚芳醚酮耐磨材料，其特征在于，所述碳纤维网为2-3层，复合材料层的厚度为1-1.2mm。4.根据权利要求1所述的聚芳醚酮耐磨材料，其特征在于，所述聚芳醚酮为聚醚酮酮、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮中的一种。5.根据权利要求1所述的聚芳醚酮耐磨材料，其特征在于，所述磷酸钙多孔陶瓷为羟基磷灰石或磷酸三钙，粒径为300-500μm。6.根据权利要求1所述的聚芳醚酮耐磨材料，其特征在于，所述的聚四氟乙烯的粒径为20-30μm；所述锡青铜粉末、金刚砂、石墨、二硫化钼的粒径为20-50μm，所述碳化钛的粒径为50-80nm。7.根据权利要求1所述的聚芳醚酮耐磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：林耀伟，胡江磊，贾远华，赵金龙，
申请(专利权)人：启东海大聚龙新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32