一种多相复合增强聚醚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多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料，解决现有技术中水液压元件磨损严重的问题，该多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料由以下质量百分比的原料制成：二氧化锆1‑5％、三氧化二铝1‑3％、碳化硅4‑6％、三氧化二钇1‑2％、碳纤维15‑20％、聚醚醚酮65‑75％；本发明专利技术的聚醚醚酮耐磨材料力学性能优异，其中拉伸强度、冲击强度较未增强的聚醚醚酮材料分别提升了50％、24％左右；摩擦系数为0.034‑0.042，降低了近50％，磨耗降低了34％左右；强度和耐磨性能得到大大的提升，可作为水液压元件长时间使用。

Multiphase composite reinforced polyether ether ketone wear-resistant material and preparation method thereof

The invention discloses a polyphase Composite Reinforced PEEK wear-resistant material, which solves the problem of serious wear and tear of water and hydraulic components in the existing technology. The multiphase Composite Reinforced PEEK wear-resistant material is made of the following mass percentage raw material: two zirconium oxide 1 5%, three oxidation two aluminum 1 3%, silicon carbide 4 6%, three oxidation two. Yttrium 1, 2%, 15 carbon fiber 20% and 65 peek 75%, this invention has excellent mechanical properties. The tensile strength and impact strength of the unreinforced PEEK material are 50%, 24%, the friction coefficient is 0.034 0.042, reduced by nearly 50%, and the wear loss is reduced by around 34% The strength and wear resistance have been greatly improved, and can be used as water hydraulic components for a long time.

【技术实现步骤摘要】
一种多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料
，尤其是一种多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料。
技术介绍
液压传动是以流体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。它们通过各种原件组成不同功能的基本回路，再由若干基本回路有机地组合成具有一定控制功能的传动系统，液压传动，是机械设备中发展速度最快的技术之一。1906年开始，液压技术主要以矿物型液压油为工作介质，由于液压油的生产、运输、使用过程中造成的泄露和无组织排放问题，在一定程度上限制了其发展和应用。随着科学技术的进步、人类环保、能源危机意识的提高，促使人们重新认识和研究以水作为工作介质的纯水液压传动技术。用水作为液压介质时，有以下优点：(1)水对环境没有危害，无需回收处理，可避免产品污染；(2)水价格低廉，价格仅为液压油的1/5000，而且随地可取；(3)阻燃性与安全性好、温升小；(4)使用水的液压系统维修方便、维护成本低，在水下时，可以不用回油管、水箱，系统大为简化。但是，水的粘度通常是油的1/40-1/50，甚至更低，因此，一方面极易引起水液压元件及系统的内、外泄漏，导致容积效率的降低；另一方面水的润滑性很差，在水液压元件的耦合摩擦副中形成液压膜就比较困难从而导致干摩擦及卡死；当速度和载荷较高时，金属-金属、金属-陶瓷等材料组成的体系在缺少润滑或润滑性较差的情况下，体系磨损严重。因此，水液压元件的制造成本要高于同等性能油液压元件的成本。在当前要求节能降耗和进一步降低产品成本的情况下，亟需一种耐磨、高强的新材料，用于制作满足使用要求的液压泵、液压阀等液压元件。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料及其制备方法，在保证复合材料强度的前提下解决现有技术中水液压元件磨损严重的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料，由以下质量百分比的原料制成：二氧化锆1-5％、三氧化二铝1-3％、碳化硅4-6％、三氧化二钇1-2％、碳纤维15-20％、聚醚醚酮65-75％。优选的，所述二氧化锆、三氧化二铝、碳化硅、三氧化二钇、碳纤维、聚醚醚酮的粒径分别为1-2μm、1-2μm、1-2μm、0.1-0.2μm、12-15μm、12-15μm。优选的，所述碳纤维长径比为4﹕1。一种多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料的制备方法，包括以下步骤：(1)提供上述的多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料的原料，分别进行干燥处理，所述干燥条件为：二氧化锆，180-185℃，干燥110-120min；三氧化二铝，186-195℃，干燥142-150min；碳化硅，200-210℃，干燥120-128min；三氧化二钇，158-165℃，干燥180-192min；碳纤维，168-175℃，干燥150-158min；聚醚醚酮，142-150℃，干燥180-192min；干燥好后冷却至室温备用；(2)将步骤(1)干燥后的二氧化锆、三氧化二铝、碳化硅、三氧化二钇加入混合机内混合均匀得混合物备用，所述混合速率为140-150r/min，混合时间为146-158min；(3)将步骤(1)干燥后的碳纤维、聚醚醚酮加入混合机内混合后得混合物备用，所述混合速率为800-1200r/min，混合时间为40-50min；(4)然后把步骤(2)和步骤(3)所得的混合物加入混合机内继续进行混合，所述混合速率为60-70r/min，混合时间为112-120min；(5)再将步骤(4)混合结束后的混合料进行静压成型，并在保压状态下送入高温炉进行熔融定型，即得。优选的，步骤(2)和步骤(4)所述混合机采用三维立体式混合。优选的，步骤(3)所述混合机采用二维混合机。优选的，将步骤(5)所得的聚醚醚酮耐磨材料进行金刚石研磨、切削，制得所需制件。进一步优选的，步骤(5)所述的静压成型即将混合料均匀铺满静压模具，在常温状态下对模具进行加压至35-38MPa。进一步优选的，步骤(5)将模具在保压的状态下，送入高温炉内进行熔融，待模具内物料完全熔融后，取出模具，在常温下保压并进行冷却，最终泄压得到制件，所述的加热熔融温度为400-415℃。本专利技术的有益效果是：本专利技术的聚醚醚酮耐磨材料力学性能优异，其中拉伸强度、冲击强度较未增强的聚醚醚酮材料分别提升了50％、24％左右；摩擦系数为0.034-0.042，降低了近50％，磨耗降低了34％左右；强度和耐磨性能得到大大的提升，可作为水液压元件长时间使用。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步说明。本专利技术的一种多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料，由以下质量百分比的原料制成：二氧化锆1-5％、三氧化二铝1-3％、碳化硅4-6％、三氧化二钇1-2％、碳纤维15-20％、聚醚醚酮65-75％；所述二氧化锆、三氧化二铝、碳化硅、三氧化二钇、碳纤维、聚醚醚酮的粒径分别为1-2μm、1-2μm、1-2μm、0.1-0.2μm、12-15μm、12-15μm；所述碳纤维长径比为4﹕1。二氧化锆作为硬度仅次于金刚石的材料添加进入该复合体系中，主要起到了增加硬度和抗压强度的作用，由于二氧化锆的空间结构所限，多为无定型态产品，添加过多会严重影响复合材料的拉伸强度和耐冲击性，经实验研究发现，添加量为总质量的1-5％时，既提高了复合材料的硬度和抗压强度，又不影响拉伸强度和耐冲击性；三氧化二铝在此复合体系中的主要作用是铝离子对强酸及强碱的不耐受性，可以有效利用离子效应，捆绑聚醚醚酮分子与添加剂，起到了偶联剂的作用；碳化硅为空间六面晶体结构，具有较强的尺寸稳定性，在此复合材料中起到了提高尺寸稳定性，同时降低线膨胀系数的作用，保持聚醚醚酮复合材料在多种工况环境下的长期稳定使用；三氧化二钇的加入可以有效增加聚醚醚酮复合材料的耐磨性，在摩擦界面形成颗粒摩擦，降低摩擦系数和磨耗；碳纤维的主要作用是对复合材料体系起到连接和支撑的作用，在内部起到骨架支撑，同时连接各晶核的作用，碳纤维的添加可以有效提高聚醚醚酮复合材料的拉伸、弯曲和冲击强度，但添加过多后，聚醚醚酮分子不能进行有效的粘结和填充，经专利技术人多次试验得到，碳纤维的加入量为15-20％时，既有效提高聚醚醚酮复合材料的拉伸、弯曲和冲击强度，又不影响聚醚醚酮分子的有效的粘结和填充。在聚醚醚酮复合材料添加剂中，二氧化锆、三氧化二铝、碳化硅作为生产工艺过程较为相近的产品，按照均质均相的原理，粒径相同或相近的材料，在混合过程中的分散效果是最好的，而且可以解决在混合过程中团聚的现象；碳纤维和聚醚醚酮属于与其他添加剂生产工艺完全不同的产品，产品本身固有性质和规格即与其它不同，很难达到与其它添加剂相同的外观形态及粒径范围；三氧化二钇作为气相法生产的产品，相对粒径较小。总的来说，固体颗粒物的混合一定要复合相似相容、相近相融的原则，并且混合过程宜逐步进行，由浅入深、由小及大。现阶段市面上较为常见的碳纤维是连续型和短切型，短切型的长径比可以达到1000:1，过大的长径比在混合过程中会出现架构的现象，不利于均匀混合，采用长径比为4﹕1的碳纤维可以达到很好的均匀效果。一种多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料的制备方法，包括以下步骤：(1)提供上述的多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料的原料，分别进行干燥处理，所述干燥条件为：二氧化锆，18本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：二氧化锆1‑5％、三氧化二铝1‑3％、碳化硅4‑6％、三氧化二钇1‑2％、碳纤维15‑20％、聚醚醚酮65‑75％。

【技术特征摘要】
1.一种多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：二氧化锆1-5％、三氧化二铝1-3％、碳化硅4-6％、三氧化二钇1-2％、碳纤维15-20％、聚醚醚酮65-75％。2.根据权利要求1所述的一种多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料，其特征在于，所述二氧化锆、三氧化二铝、碳化硅、三氧化二钇、碳纤维、聚醚醚酮的粒径分别为1-2μm、1-2μm、1-2μm、0.1-0.2μm、12-15μm、12-15μm。3.根据权利要求2所述的一种多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料，其特征在于，所述碳纤维长径比为4﹕1。4.一种多相复合增强聚醚醚酮耐磨材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提供权利要求1-3任一项所述的原料，分别进行干燥处理，所述干燥条件为：二氧化锆，180-185℃，干燥110-120min；三氧化二铝，186-195℃，干燥142-150min；碳化硅，200-210℃，干燥120-128min；三氧化二钇，158-165℃，干燥180-192min；碳纤维，168-175℃，干燥150-158min；聚醚醚酮，142-150℃，干燥180-192min；干燥好后冷却至室温备用；(2)将步骤(1)干燥后的二氧化锆、三氧化二铝、碳化硅、三氧化二钇加入混合机内混合均匀得混合物备用，所述混合速率为140-150r/min，混合时间为146-158min；(3)将步...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯天武，颜华，佘国华，
申请(专利权)人：宜宾天原集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51