一种碳纤维增强PPS耐磨材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于耐磨材料技术领域，具体涉及一种碳纤维增强PPS耐磨材料及其制备方法。所述碳纤维增强PPS耐磨材料，其由如下重量百分比的各组分制成：40％‑60％聚苯硫醚树脂，10％‑40％短切碳纤维，5％‑15％聚四氟乙烯，1％‑10％聚丙烯和1％‑10％聚乙烯树脂。本发明专利技术提供了一种良好的耐磨性能以及综合力学性能的耐磨材料：通过CF/FE/PE复配来实现其良好的耐磨性能以及韧性；通过添加PP提高PPS的流动性能，改善材料的加工性能；同时还使制得的材料具备优异的耐磨性能。

A Carbon Fiber Reinforced PPS wear-resistant material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增强PPS耐磨材料及其制备方法
本专利技术属于耐磨材料
，具体涉及一种碳纤维增强PPS耐磨材料及其制备方法。
技术介绍
材料发生破坏主要是由3个原因导致的，即腐蚀、断裂和磨损。对于机械、电子以及保护性材料而言，磨损是其失效的主要原因。许多发达国家的摩擦学研究发现，每年因为磨损而造成的材料损失以及事故损失都在上千亿美元以上，而用于改善摩擦状况的专用经费也高达上千亿美元。因此，人们一旦能够改善甚至避免磨损的出现，将会产生巨大的经济效应。近年来，我国在冶金、加工、石油、运输、航天与精密仪器等主要国民经济行业存在着严重的由于摩擦导致的磨损损失，而且一些先进的机械设备或技术也由于未解决磨损问题而无法应用，因此新型耐磨材料的研制刻不容缓。聚苯硫醚(PPS)是美国PhillipsPetroleum石油公司于1968年开发成功的一种性能优越的新型特种工程塑料。近10年来PPS已成为工程塑料中发展最快的品种，被誉为“用于喷气时代的新型塑料”。PPS具有优异的耐热性、耐腐蚀性、阻燃性、刚性和电性能，以及优良的自润滑性和耐磨性(摩擦系数在0.35-0.43之间)，加上其优异的导热性能(为一般高聚物的5倍)使其摩擦温升较低，与金属对磨几年无腐蚀作用。目前PPS耐磨材料广泛用于制造轴承、齿轮、密封圈等，特别是在一些不能采用润滑油的场合，由于它的自润滑性，是当之无愧的首选材料。耐磨PPS材料的研究主要分为以下几个方面：1.PPS/聚合物复合材料A.聚苯硫醚/聚四氟乙烯(PPS/PTFE)优点：PTFE由于分子间相互作用力若，分子链段易发生相对滑移，因而当收到摩擦的剪切力作用时，PTFE会剥离成薄片状结晶，从而在复合材料表面形成一层薄膜，在复合材料与对磨面之间起到润滑作用。因此在PPS基体中加入PTFE能大幅降低材料的摩擦系数。缺点：PPS与PTFE相容性较差，当添加量达到一定程度后会影响材料的综合性能B.聚苯硫醚/聚酰胺(PPS/PA)优点：PPS与PA相容性好，工艺体系较为成熟已经实现工业化生产缺点：PA对降低PPS材料摩擦系数作用不明显2.PPS/无机填料复合材料优点：无机填料可以减小转移膜和高聚物表面的粘结力，从而降低摩擦系数和磨损率缺点：由于无机填料添加量较大，材料的力学性能会受到显著影响特别是韧性会明显降低从而造成制件产生裂纹3.PPS/纳米粒子复合材料优点：少量纳米粒子的加入就能明显降低PPS的摩擦系数及磨损量，且对材料本身的力学性能影响不大缺点：纳米粒子由于粒径小，比表面积大，表面能大，因此极易发生团聚，影响纳米粒子与PPSPPS/纤维基体的相容性复合材料优点：摩擦过程城中，纤维作为硬质支点承载了主要的压力，从而降低了材料的摩擦系数和磨损率缺点：摩擦过程中纤维的断裂和脱落既会造成磨损量损失也会形成硬质磨屑，从而对材料的摩擦性能带来负面影响。碳纤作为一种增强纤维，不仅具有优异的力学强度还具备良好的耐磨性能，且它本身密度相对较小有利于材料轻量化。同时由于碳纤维具备良好的导热性能，因此含有碳纤维的材料在摩擦过程中能够将所产生的的热量传递出去从而保护材料。现有技术中，采用碳纤维增强PPS耐磨材料虽然力学强度和耐磨性能都不错但韧性较差，而且由于碳纤维在摩擦过程中随时间延长会逐渐断裂并脱落从而降低材料的耐磨性能，此外碳纤维增强PPS材料往往流动性较差对于加工成型有一定影响。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的之一是提供一种碳纤维增强PPS耐磨材料，以制备一种具有优异的耐磨性能及综合力学性能的耐磨材料。本专利技术的另一个目的是提供上述耐磨材料的制备方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：一种碳纤维增强PPS耐磨材料，其由如下重量百分比的各组分制成：40％-60％聚苯硫醚树脂，10％-40％短切碳纤维，5％-15％聚四氟乙烯，1％-10％聚丙烯和1％-10％聚乙烯树脂。本专利技术中，聚苯硫醚树脂PPS，为材料的基体部分、连续相，传递材料所收到的外部作用。优选地，所述聚苯硫醚树脂分子量为2万-10万。优选地，所述聚苯硫醚树脂包含线性与非线性，其质量流动速率范围在20-300g/10min。进一步优选为50-300g/10min、80-300g/10min、100-300g/10min、150-300g/10min、160-300g/10min、170-300g/10min、180-300g/10min、190-300g/10min、200-300g/10min。作为最优范围，聚苯硫醚树脂的质量流动速率为200-300g/10min，当超出这一范围时，不仅耐磨材料的力学强度降低，而且其耐磨性也出现一定程度的下降。碳纤维CF，为增强填料，同时又具有良好的耐磨性能，由于自身优异的导热性在材料摩擦过程中能够有效传递摩擦热，避免材料表面局部温度过高从而影响材料性能。优选地，所述短切碳纤维的长度为3-10mm；单丝直径为1μm-10μm。对于所述短切碳纤维，本专利技术采用集束剂聚酰胺，集束剂含量0.5％-3％。对于集束剂聚酰胺的选择，为参照本领域常规操作，其主要作用是增加碳纤维与其它组分的相容性。聚丙烯，为流动改性剂，PP的加入能够有效提高PPS基体的流动性，其原理是PP能够增大PPS分子链的间距，减少分子间力的作用提高分子链运动能力，一定程度上提高了CF在PPS基材中的分散能力；此外PP的加入还能有效抑制PPS结晶，进一步提高聚合物熔体的流动性，但与此同时也会对材料的强度会有一定影响。除了流动能力的改善效果外，PP由于本身分子链运功能力强度，比较容易向材料表面迁移，这样一来材料在摩擦过程中组分中的PP部分就能够形成转移膜从而减弱材料表面受到的摩擦力作用，在材料使用过程中PP会率先被磨损，这样就能有效保护CF延长其断裂脱落时间。所述聚丙烯为等规度聚丙烯、无规聚丙烯、间规聚丙烯或低等规度聚丙烯。优选地，所述聚丙烯为低等规度聚丙烯，其等规度范围为30％-60％，进一步优选为35％-58％、35％-56％、35％-55％、35％-50％、35％-48％、35％-45％。优选地，低等规度聚丙烯的分子量为1万-20万，进一步优选为4万-18万、4万-17万、4万-16万、4万-15万、4万-14万、4万-13万、4万-12万、4万-11万、4万-10万、4万-9万、4万-8万。对于低等规度聚丙烯，本专利技术采用如下方法制得：首先，在氮气环境下依次向反应釜中加入计量聚丙烯的40％、三异丁基铝、茂金属催化剂以及剩余的60％聚丙烯；升温至160-220℃，搅拌状态下反应2-4h，反应结束后得到白色粒状的低等规度聚丙烯颗粒。本专利技术涉及的低等规度聚丙烯制备过程中所使用的茂金属催化剂由主催化剂与辅助催化剂组成：主催化剂为同桥型二甲基硅基双桥联锆金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维增强PPS耐磨材料，其由如下重量百分比的各组分制成：/n40％-60％聚苯硫醚树脂，10％-40％短切碳纤维，5％-15％聚四氟乙烯，1％-10％聚丙烯和1％-10％聚乙烯树脂。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强PPS耐磨材料，其由如下重量百分比的各组分制成：
40％-60％聚苯硫醚树脂，10％-40％短切碳纤维，5％-15％聚四氟乙烯，1％-10％聚丙烯和1％-10％聚乙烯树脂。


2.根据权利要求1所述的碳纤维增强PPS耐磨材料，所述聚丙烯为低等规度聚丙烯，其等规度范围为30％-60％。


3.根据权利要求2所述的碳纤维增强PPS耐磨材料，低等规度聚丙烯的分子量为1万-20万，进一步优选为4万-8万。


4.根据权利要求1所述的碳纤维增强PPS耐磨材料，所述聚乙烯树脂为超高分子量聚乙烯，其分子量为150万-800万；进一步优选为400万-600万。


5.根据权利要求4所述的碳纤维增强PPS耐磨材料，所述超高分子量聚乙烯的含量为1-10％；进一步优选为4-6％。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的碳纤维增强PPS耐磨材料，所述聚苯硫醚树脂分子量为2万-10万。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷志杰，周玄全，
申请(专利权)人：苏州纳磐新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32