一种石墨烯改性聚醚醚酮复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯改性聚醚醚酮复合材料及其制备方法，该材料包括聚醚醚酮67‑89.7%、石墨烯0.1‑1%、碳纳米管0.1‑1%、聚四氟乙烯5‑15%、纳米二氧化硅0.1‑1%及对位聚苯酚5‑15%；制法为将各原料超声分散于有机溶剂中，搅拌均匀制得粉料，随后将该粉料热压烧结即可。本发明专利技术的显著优点为该聚醚醚酮复合材料具有良好的机械性能、耐温性、稳定的摩擦系数和较低的磨损率，能够有效提高超声电机的使用寿命和可靠性，能够适用在高低温、大载荷等特殊环境下的使用要求；同时制备时只需采用典型的热压烧结法即可制备成型，工艺简单可靠，成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯改性聚醚醚酮复合材料及其制备方法
本专利技术属于聚合物复合材料领域，特别是一种石墨烯改性聚醚醚酮复合材料及其应用。
技术介绍
聚醚醚酮（PEEK）是一种耐高温和耐磨损的热塑性特种工程塑料，其加工性能优异。PEEK具有良好的机械性能和耐化学腐蚀性、耐磨损、耐水解等性能，耐高温性能超过聚四氟乙烯、酚醛树脂等特种塑料，比重轻，自润滑性能好。但由于纯的PEEK性能单一，应用范围有限，很难满足复杂环境和苛刻条件下的使用要求。因此可以通过纤维增强、石墨烯改性、固体润滑剂改性以及无机氧化物填充赋予其特殊的性能。超声电机是20世纪80年代迅速发展并具有特殊应用的一种新型微电机，由于超声电机通过摩擦界面输送动力，因而定转子运动界面的摩擦特性对超声电机整体性能至关重要，超声电机摩擦驱动模式为定子与转子间的干摩擦，材料的磨损不可避免，而由于磨损造成超声电机使用寿命缩短以及预压力发生变化，将导致超声电机输出力矩和转速不稳定。目前旋转型超声电机使用的摩擦材料为聚四氟乙烯复合材料,这种材料的使用寿命短，耐磨损性能还有待进一步提高。因此，发展PEEK复合材料作为超声电机转子摩擦材料具有潜在的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有摩擦性能稳定且耐磨性良好的PEEK复合材料，以克服现有的超声电机摩擦系数不稳定、使用寿命短等问题。为达到上述目的，本专利技术采用的方案是：一种石墨烯改性的PEEK复合材料由聚醚醚酮67-89.7%、石墨烯0.1-1%、碳纳米管0.1-1%、聚四氟乙烯5-15%、纳米二氧化硅0.1-1%及对位聚苯酚5-15%组成。优选的，所用聚醚醚酮颗粒的尺寸为10-50μm。优选的，所用石墨烯的尺寸分布范围为0.1-10μm，厚度为1nm。优选的，所用聚四氟乙烯粒径为20-35μm。优选的，纳米二氧化硅颗粒的粒径为20-50nm。优选的，对位聚苯酚颗粒的粒径为50-100μm。本专利技术还提供了上述石墨烯改性PEEK复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将聚醚醚酮、石墨烯、碳纳米管、聚四氟乙烯、纳米二氧化硅、对位聚苯酚在乙醇溶液中超声搅拌混合均匀后于烘干，粉碎过筛后得到复合粉体即模料；（2）将步骤（1）中得到的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度340-400℃，压力5-10MPa，保温时间1-2h，自然冷却脱模；（3）将步骤（2）制成的PEEK复合材料切片、粘贴、表面抛光处理后供超声电机使用。本专利技术通过采用聚醚醚酮、石墨烯、碳纳米管、聚四氟乙烯、纳米二氧化硅及对位聚苯酚进行复合改性，制备的复合材料具有稳定的摩擦系数和较低的磨损率，综合性能强。其中，聚醚醚酮具有十分稳定的苯环和柔顺的醚键结构，是机械强度、耐温性、耐磨性等综合性能较优的高分子之一。加入石墨烯能够大大改善其力学性能、热力学性能和摩擦学性能，是理想的聚合物复合材料改性剂。同时，结合碳纳米管进一步增强了该复合材料的机械性能；聚四氟乙烯作为良好的固体润滑剂和表面自由能调节剂，能够大大降低复合材料的黏着磨损；纳米二氧化硅颗粒能够提高材料的表面硬度和强度，能够有效提高复合材料的抗承载能力；对位聚苯酚具有优越的耐温性及耐磨性，通过以上有机无机协同改性，能够有效调节该复合材料的机械性能、热力学性能、表面自由能和硬度、摩擦磨损等性能，是超声电机理想的摩擦材料。本专利技术制备聚醚醚酮基摩擦材料的方法，包括如下步骤：先按体积比将各原料分散于乙醇中，超声加机械搅拌、分散制得均匀粉料，随后将该粉料热压烧结，即可制得该复合材料。有益效果该聚醚醚酮基复合材料具有稳定的摩擦系数和较低的磨损率，且机械强度高，抗承载能力较强，能够有效提高超声电机的使用寿命和可靠性；具有较高的玻璃化转变温度，适于在高低温、大载荷等特殊环境下的使用要求；同时制备时只需采用典型的热压烧结法即可制备成型，工艺简单可靠，成本低。附图说明图1为本专利技术制备的PEEK复合材料摩擦系数对比图；图2为本专利技术制备的PEEK复合材料磨损率对比图。具体实施方式：下面结合附图及实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。本专利技术提供的石墨烯改性的PEEK复合材料由聚醚醚酮67-89.7%、石墨烯0.1-1%、碳纳米管0.1-1%、聚四氟乙烯5-15%、纳米二氧化硅0.1-1%及对位聚苯酚5-15%组成。优选的，所用聚醚醚酮PEEK颗粒的尺寸为10-50μm，购自Victrex威格斯（天津）科技发展有限公司。优选的，所用石墨烯的尺寸分布范围为0.1-10μm，厚度为1nm，购自南京吉仓纳米科技有限公司；。优选的，所用聚四氟乙烯粒径为20-35μm，购自日本大金工业株式会社。优选的，纳米二氧化硅颗粒的粒径为20-50nm，购自Sigma-Aldrich西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司。优选的，对位聚苯酚颗粒的粒径为50-100μm，购自江苏国荣氟塑制品有限公司。本专利技术还提供了上述石墨烯改性PEEK复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将聚醚醚酮、石墨烯、碳纳米管、聚四氟乙烯、纳米二氧化硅、对位聚苯酚在乙醇溶液中超声搅拌混合均匀后于120℃烘干，粉碎过筛（200目）后得到复合粉体即模料。；（2）将步骤（1）中得到的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度340-400℃，压力5-10MPa，保温时间1-2h，自然冷却脱模；（3）将步骤（2）制成的PEEK复合材料切片、粘贴、表面抛光处理后供超声电机使用。本专利技术所制得的复合材料摩擦学性能按照ASTMG132标准测试，具体条件如下：复合材料与磷青铜销（横截面积4×4mm2）以销盘形式对磨，压强为1MPa，滑动速度为0.5m/s，滑动距离为100m，摩擦系数和磨损率为三次测试的平均值。实施例1本实施例中超声电机用PEEK复合材料各组分的体积百分比如下：PEEK89.7%、石墨烯0.1%、碳纳米管0.1%、聚四氟乙烯5%、纳米二氧化硅0.1%、对位聚苯酚5%。其步骤包括：（1）将聚醚醚酮、石墨烯、碳纳米管、聚四氟乙烯、纳米二氧化硅、对位聚苯酚在乙醇溶液中超声搅拌混合均匀后于120℃烘干，粉碎过筛（200目）后得到复合粉体。（2）将步骤（1）中得到的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度340℃，压力5MPa，保温时间1h，自然冷却脱模；（3）将步骤（2）制成的PEEK复合材料切片、粘贴、表面抛光处理后供超声电机使用。对该实施例制得的PEEK基复合材料进行性能检测可知，其平均摩擦系数为0.213，磨损率为1.47×10-6mm3/N·m。实施例2本实施例中超声电机用PEEK复合材料各组分的体积百分比如下：PEEK84.1%、石墨烯0.3%、碳纳米管0.3%、聚四氟乙烯5%、纳米二氧化硅0.3%、对位聚苯酚10%。其步骤包括：（1）将聚醚醚酮、石墨烯、碳纳米管、聚四氟乙烯、纳米二氧化硅、对位聚苯酚在乙醇溶液中超声搅拌混合均匀后于120℃烘干，粉碎过筛（200目）后得到复合粉体。（2）将步骤（1）中得到的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度355℃，压力5MPa，保温时间1h，自然冷却脱模；（3）将步骤（2）制成的PEEK复合材料切片、粘贴、表面抛光处理后供超声电机使用。对该实施例制得的PEEK基复合材料进行性能检测可知，其摩擦系数为0.195，磨损率为1.35×10-6mm3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯改性聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述复合材料的组分包括聚醚醚酮67‑89.7%、石墨烯0.1‑1%、碳纳米管0.1‑1%、聚四氟乙烯5‑15%、纳米二氧化硅0.1‑1%及对位聚苯酚5‑15%。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯改性聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述复合材料的组分包括聚醚醚酮67-89.7%、石墨烯0.1-1%、碳纳米管0.1-1%、聚四氟乙烯5-15%、纳米二氧化硅0.1-1%及对位聚苯酚5-15%。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所用聚醚醚酮颗粒的尺寸为10-50μm。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所用石墨烯的尺寸分布范围为0.1-10μm，厚度为1nm。4.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所用聚四氟乙烯粒径为20-35μm。5.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性聚醚醚酮复合材料，其特征在于，纳米二氧化硅颗粒的粒径为20-50nm。6.根据权利要求1所述的一种石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵盖，余元豪，宋敬伏，裘进浩，丁庆军，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32