一种油污自清洁复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种油污自清洁复合材料及其制备方法，基于亲油纳米颗粒填充相的复合材料包括以下组分：亲油纳米颗粒、聚合物基体。与现有金属基和聚合物基摩擦材料技术相比，本发明专利技术采用亲油纳米颗粒与聚醚醚酮，按照一定的方法将其分散混匀，经过冷压烧结成型或热压成型或挤出和注塑成型形成一种能够自发吸油的新型油污自清洁复合材料。分散在基体中的亲油纳米颗粒有效地清除复合材料表面的润滑油等介质，一方面防止了油介质对摩擦表面的污染，另一方面保证复合材料良好的机械性能和摩擦磨损性能，该复合材料具有良好的油污自清洁性能，可广泛应用于航空、机械、化工、交通等领域，特别是涉水涉油特殊工况环境中，因此该材料的应用前景非常广阔。 1

Oil pollution self cleaning composite material and preparation method thereof

The invention relates to an oil pollution self cleaning composite material and a preparation method. The composite material based on the filling phase of the hydrophobic nano particles includes the following components: the hydrophobic nano particles and the polymer matrix. Compared with the existing metal and polymer based friction materials, the invention uses the hydrophobic nano particles and peek to mix it in a certain way, through the cold press sintering or hot pressing forming or extrusion and injection molding to form a new oil pollution self cleaning composite material which can spontaneously suck oil. The hydrophobic nanoparticles dispersed in the matrix effectively remove the lubricating oil and other media on the surface of the composite. On the one hand, it prevents the contamination of the oil medium on the friction surface. On the other hand, it ensures the good mechanical properties and friction and wear properties of the composite. The composite has good self cleaning properties of oil pollution and can be widely applied to the composite material. Aviation, machinery, chemical industry, transportation and other fields, especially in the environment of water related oil and special working conditions, the application prospect of this material is very broad. One

【技术实现步骤摘要】
一种油污自清洁复合材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料
，尤其涉及一种油污自清洁复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚醚醚酮是一种具有耐磨、耐温、耐水解和耐腐蚀的热塑性聚合物材料，被广泛应用于航空航天、机械制造、交通运输等领域。通过钛酸钾晶须、碳纤维、纳米颗粒等增强，其力学性能、热学性能得到极大提高。近年来，聚合物基摩擦材料有了越来越广泛的应用。然而，此类材料存在着在涉水涉油工况中易发生粘附而造成事故的风险。因此，要求其在各种复杂工况下能够稳定使用，特别是在涉油工况下的使用。经表面处理的亲油纳米颗粒可以是实心或者多孔结构，内部孔隙结构丰富的多孔性物质，具有许多独特的性质，因此被广泛用在催化、吸附、分离等领域。硅铝酸盐纳米颗粒可形成多孔骨架，其具有优异的耐高温性和机械性能。将亲油纳米颗粒与聚醚醚酮复合，既可以增强材料的机械性能和力学性能，又可以使其表现出油污自清洁性能。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种油污自清洁复合材料及其制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种油污自清洁复合材料，包括如下组分：亲油纳米颗粒填充相5～50wt％聚合物基体50～95wt％所述亲油纳米颗粒填充相为表面经处理过的实心或具有微孔、介孔的颗粒，所述聚合物基体是聚醚醚酮。进一步，所述的亲油纳米颗粒填充相为粒径0.1～100μm，硅铝比20～3000，孔径0.55～6nm的颗粒。进一步，所述的聚合物基体粒径为200～800目。一种基于亲油纳米颗粒的复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将表面经过一定处理的亲油纳米颗粒和聚醚醚酮粉末在一定温度下干燥3小时，取一定配比的亲油纳米颗粒和聚醚醚酮粉末置于球磨罐中，加入一定量乙醇溶液和磨球，在一定转速下进行湿法球磨混合。(2)将混合后的复合粉末在一定温度下干燥6小时，过筛100目，即得所需的复合粉末，将复合粉加入模具中进行冷压，在10～70MPa压力下压制并保压5～60分钟，得到块体材料。(3)将得到的块体材料在真空管式炉中烧结，或在等离子真空烧结炉中烧结，得到复合材料。优选地，所述步骤(1)中亲油纳米颗粒与聚合物基体按质量比1︰5加入至球磨机中；球磨机转速为200～300转/分钟；球磨时间2～4小时。优选地，所述步骤(2)中的压制压强为10～30MPa。优选地，所述步骤(3)中的烧结所述的烧结在真空管式炉中进行，烧结温度为320～360℃，或在等离子真空烧结炉中进行，加压5～10MPa，烧结温度220～280℃。烧结过程中对烧结管体进行抽真空处理，烧结过程中确保微孔在烧结后具有强吸附作用。优选地，所述步骤(3)中的块体材料被碳纸包裹，确保模具的导电性。优选地，在加压烧结过程中进行“呼-吸处理过程”，以便排出孔隙中的空气。本专利技术还提供另外一种油污自清洁复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)采用球磨法混合亲油纳米颗粒和聚合物基体。得到粉末混合物；(2)将步骤(1)所得粉末混合物置于热压烧结炉的模具中，进行热压烧结，热压温度330～390℃，热压压强10～70MPa，保压时间10～60min，得到复合材料。本专利技术再提供一种油污自清洁复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)采用球磨法混合亲油纳米颗粒和聚合物基体。得到粉末混合物；(2)将步骤(1)所得粉末混合物在双螺杆挤出机中挤出，而后再注塑成型，挤出温度360～390℃，挤出压力10～40MPa，得到复合材料。上述技术方案制备的油污自清洁复合材料应用于航空航天、机械工业部件的各类轴承、齿轮、动静摩擦片等。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术方法工艺简单，使用不同孔径和结构的亲油纳米颗粒可实现对不同液体介质的清洁效果，针对特定的使用条件，可制备相应的复合材料，复合材料的自发吸油作用可实现有针对性的自清洁效果。(2)本专利技术所制备的复合材料，能够快速有效清除界面上的液体介质，避免了摩擦材料与对偶材料之间的粘附，进而降低摩擦系数和磨损率，延长摩擦材料的使用寿命。(3)本专利技术所制备的复合材料，亲油纳米颗粒在聚合物基体中分散性能较好，起到良好的增强作用，聚合物基体结合性能较强，能够有效地增强聚合物基体的机械性能和热学性能。(4)本专利技术所制备的复合材料具有较好的力学性能和耐磨损性能，适用于低温、腐蚀、有液体介质污染等特殊工况，可广泛应用于航空航天、机械制造、交通运输等领域，特别适合用于各个部件的齿轮、轴承、各类动静摩擦片等，使得性能和寿命大大提高。具体实施方式下面给出的实施例是对本专利技术做具体阐述，需要指出的是以下实施例只适用于对本专利技术进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，与该领域相关的普通人员，对本专利技术进行的一些非本质的调整和改进，包括使用实心或者具有各种孔径的亲油纳米颗粒和其他类型的聚合物基体来制备油污自清洁复合材料仍属于本专利技术的保护范围。实施例1(1)称取0.8g表面处理的亲油纳米颗粒和7.2g聚醚醚酮粉末在120℃下干燥3h，随后加入球磨罐中，并加入20ml无水乙醇和40g磨球，湿法球磨混合3h,转速200转/分钟，为防止过热，每球磨20min,停止10min。球磨结束后所得混合物在80℃下干燥6h，得到复合粉体。(2)将复合粉体加入模具，在10MPa下进行冷压，并保压5min，随后块体材料在真空管式炉中烧结，真空气氛下烧结温度340℃,烧结时间2h,最后得到复合材料。(3)亲油纳米颗粒增强的复合材料的自清洁性能采用基础油PAO-6测试，在表面滴10μL的PAO-6，进行复合材料的自发吸油过程，室温下放置24h后，复合材料表面油迹减少，纯聚醚醚酮表面的油依然存在；(4)亲油纳米颗粒增强的复合材料的摩擦性能使用微摩擦试验机(UMT)进行评价，采用氮化硅球对平面的方式进行摩擦。采用直径为4mm的氮化硅球作为对摩副，摩擦往复运动的行程为3.2mm，平均滑移速度是8mm/s，摩擦时间为0.2h，外加载荷为3N。UMT摩擦实验结果表明添加亲油纳米颗粒后复合材料的摩擦系数稳定性比纯聚醚醚酮材料略有提高。实施例2(1)称取3.2g亲油纳米颗粒和4.8g聚醚醚酮粉末在120℃下干燥3h,随后加入球磨罐中，并加入20ml无水乙醇和40g磨球，湿法球磨混合3h,转速200转/分钟，为防止过热，每球磨20min,停止10min。球磨结束后所得混合物在80℃下干燥6h，得到复合粉体。(2)将复合粉体加入模具，在10MPa下进行冷压，并保压5min，随后块体材料在真空管式炉中烧结，真空气氛下烧结温度340℃,烧结时间2h,最后得到复合材料。(3)亲油纳米颗粒增强的复合材料的自清洁性能采用基础油PAO-6测试，在表面滴10μL的PAO-6，进行复合材料的自发吸油过程，室温下放置5min后，复合摩擦材料表面的基础油被清除，纯聚醚醚酮表面的油依然存在；(4)亲油纳米颗粒增强的复合材料的摩擦性能使用微摩擦试验机(UMT)进行评价，采用氮化硅球对平面的方式进行摩擦。采用直径为4mm的氮化硅球作为对摩副，摩擦往复运动的行程为3.2mm，平均滑移速度是8mm/s，摩擦时间为0.2h，外加载荷为3N。UMT摩擦实验结果表明添加亲油纳米颗粒后复合材料的摩擦系数的平均值和稳定性均比纯聚醚醚酮材料有提高。实施例3(1)称取3.2g亲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油污自清洁复合材料，其特征在于，包括以下组分：

【技术特征摘要】
1.一种油污自清洁复合材料，其特征在于，包括以下组分：亲油纳米颗粒填充相5～50wt％聚合物基体50～95wt％所述亲油纳米颗粒填充相为表面经处理过的实心或具有微孔、介孔的颗粒，所述聚合物基体是聚醚醚酮。2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述的亲油纳米颗粒填充相为粒径0.1～100μm，硅铝比20～3000，孔径0.55～6nm的颗粒。3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述的聚合物基体粒径为200～800目。4.一种油污自清洁复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用球磨法混合亲油纳米颗粒和聚合物基体。得到粉末混合物；(2)将步骤(1)所得粉末混合物压制成型，保压时间5～60min；(3)将压制成型后的材料烧结，烧结时间2～6h，得到复合材料。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述亲油纳米颗粒与聚合物基体按质量比1︰5加入至球磨机中；球磨机转速为200～300转/分钟；球磨时间2～4小时。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：解国新，吉政甲，雒建斌，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11