一种片状银包铜填充的聚醚醚酮抗磨损复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种片状银包铜填充的聚醚醚酮抗磨损复合材料，是将聚醚醚酮（95~99.5 wt.%）和片状银包铜（0.5~5 wt.%）混合均匀后倒入模具中，在一定人度和压力下热压成型，然后经自然冷却即得。本发明专利技术采用兼具耐高温、高导热和优异抗磨损性能的片状银包铜颗粒改性聚醚醚酮，片状银包铜粉是在铜粉颗粒的表面成功实现了均匀而致密的片状银包覆，其具有良好的导热性，能够释放摩擦过程中产生的热量，降低摩擦生热，提高材料耐磨性。此外，摩擦进程中，会在金属对偶表面形成含有银包铜的转移膜，转移膜避免了金属对偶和聚醚醚酮复合材料的直接接触，能够稳定摩擦系数，减小波动性，并提高耐磨性，延长了材料使用寿命。

A flake silver-clad copper filled polyetheretherketone wear-resistant composite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种片状银包铜填充的聚醚醚酮抗磨损复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种聚醚醚酮复合材料，尤其涉及一种片状银包铜填充改性的聚醚醚酮抗磨损复合材料及其制备方法，属于复合材料领域和耐磨损材料

技术介绍
聚合物摩擦材料不同于聚合物自润滑复合材料，其要求较低的磨损率、适当而且稳定的摩擦系数。其主要包括刹车片和离合器两大类，广泛应用于各种交通运输工具（如汽车、火车、飞机、舰船等）和机器设备的传动、制动、转向、减速、驻车等关键部件。它的主要作用是通过摩擦吸收或传递动能，如在制动系统（刹车片）中主要作用是吸收动能从而使设备减速或停止运动，在摩擦传动装置（超声电机、离合器、传送带等）中主要作用是传递动力。聚醚醚酮是一种性能优异的结晶型热塑性工程塑料，具有耐高温、耐化学品腐蚀、抗蠕变以及优异的电绝缘性能等。聚醚醚酮本身摩擦系数较高、但磨损率偏大，但由于聚醚醚酮是热的不良导体，其作为摩擦材料使用时，摩擦生热严重，材料表面容易发生软化，抗剪切能力下降，磨损加剧，使用寿命大大缩短，因此，聚醚醚酮作为聚合物摩擦材料的应用较少。通过选择兼具高导热和高抗磨的功能填料，将摩擦过程中产生的热量有效传递出去，降低表面温升，并且材料本身具有很好的抗磨损性能，从而延长聚合物摩擦材料的使用寿命。如何通过选用合适的功能填料，在保证其具有较高摩擦系数的同时，提高摩擦系数的稳定性和降低磨损率是该领域研究的热点和重点。目前主要采用纤维、润滑剂、纳米填料及其他助剂混合填充改性以降低其摩擦系数，提高抗磨损性能。以期应用于航空、航天、轨道交通等领域的润滑与密封系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种片状银包铜填充的聚醚醚酮抗磨损复合材料，其提高聚醚醚酮的耐摩擦性能。一、片状银包铜填充的聚醚醚酮复合材料的制备本专利技术片状银包铜填充的聚醚醚酮复合材料，由以下原料组份和工艺制备而成：原料组分（以质量百分数计）：聚醚醚酮95~99.5%，片状银包铜0.5~5%。其中聚醚醚酮的粒径为75~150μm；片状银包铜平均粒径为1~3μm，含银量为10~20%，纯度＞99.9%。制备工艺：包括以下步骤：（1）混料：将聚醚醚酮和片状银包铜装入W型双锥混料机，转速50~100rpm下搅拌300~500min，使二者混合均匀；（2）热压成型：将混和好的粉料倒入模具中，在360~390℃，10~15MPa下保温保压120~150min；（3）冷却：采取自然冷却；在温度下降至340℃之前，压力保持10~15MPa；温度从340℃下降至280℃过程中，压力保持20~25MPa；温度降至140~150℃，脱模。二、片状银包铜填充的聚醚醚酮复合材料的抗磨损性能图1为添加不同量片状银包铜制备的聚醚醚酮摩擦材料的体积磨损率曲线图。通过图1可见，添加片状银包铜，可显著降低聚醚醚酮的体积磨损率。随着片状银包铜添加量的增加，聚醚醚酮复合材料的体积磨损率明显下降；当片状银包铜填充量达在1~3wt.%的范围范围，聚醚醚酮复合材料的体积磨损率下降平缓；当片状银包铜填充量达3wt.%，聚醚醚酮复合材料的体积磨损率达到最低（相比纯的聚醚醚酮，磨损率降低了62.5%。）；当片状银包铜的填充量继续增加时，聚醚醚酮复合材料的体积磨损率又增大。因此，片状银包铜的填充量应控制在0.5~5wt.%为宜。摩擦学性能指标显示，片状银包铜的填充量在0.5~5wt.%时，聚醚醚酮复合材料的体积磨损率≤1.04×10-5mm3/(N.m)(GB/T3960，100N，200rpm，120min)。另外，研究发现，填充少量单一片状银包铜颗粒，对聚醚醚酮材料的摩擦系数影响较小，但抗磨损性能得到显著提高。本专利技术相对现有技术具有以下优点：1、本专利技术采用兼具耐高温、高导热和优异抗磨损性能的片状银包铜颗粒改性聚醚醚酮，片状银包铜粉是在铜粉颗粒的表面成功实现了均匀而致密的片状银包覆，其具有良好的导热性，能够释放摩擦过程中产生的热量，降低摩擦生热，提高材料耐磨性。此外，摩擦进程中，会在金属对偶表面形成含有银包铜的转移膜，转移膜避免了金属对偶和聚醚醚酮复合材料的直接接触，能够稳定摩擦系数，减小波动性，并提高耐磨性，延长了材料使用寿命；2、由于聚醚醚酮冷却过程中尺寸收缩率大，各方向收缩不均匀容易产生内应力，因此本专利技术在冷却过程中分阶段保持压力不同压力，以减小内应力的产生，从而保证聚醚醚酮的尺寸稳定，性能稳定，避免冷却过程中材料表面发生翘曲、塌陷、变形。附图说明图1为添加不同量片状银包铜制备的聚醚醚酮抗磨损复合材料的体积磨损率曲线图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术聚醚醚酮抗摩擦复合材料的制备及耐磨损性能作进一步说明。实施例1（1）原料配比：聚醚醚酮99.5wt.%，片状银包铜0.5wt.%；（2）制备工艺：A、混料：将聚醚醚酮和片状银包铜装入W型双锥混料机，搅拌300min，使二者混合均匀；B、热压成型：将混和好的粉料倒入模具中，在360℃，15MPa下保温保压150min；C、冷却：自然冷却，在360℃下降340℃的过程中保持压力15MPa；在340℃下降至280℃的过程中保持压力25MPa，温度降至140℃脱模；（3）摩擦学性能指标：体积磨损率0.98×10-5mm3/(N.m)（GB/T3960，100N，200rpm，120min）。较纯的聚醚醚酮体积磨损率（体积磨损率1.36×10-5mm3/N.m）下降了27.9%。实施例2（1）原料配比：聚醚醚酮99wt.%，片状银包铜1wt.%；（2）制备工艺：A、混料：将聚醚醚酮和片状银包铜装入W型双锥混料机，搅拌400min，使二者混合均匀；B、热压成型：将混和好的粉料倒入模具中，在370℃，13MPa下保温保压140min；C、冷却：自然冷却，在370℃下降340℃的过程中保持压力13MPa，在340℃下降至280℃的过程中保持压力22MPa，温度降至150℃脱模；（3）摩擦学性能指标：体积磨损率0.65×10-5mm3/(N.m)（GB/T3960，100N，200rpm，20min）。较纯的聚醚醚酮体积磨损率下降了52.2%，对摩擦系数基本无影响。实施例3（1）原料配比：聚醚醚酮97wt.%，片状银包铜3wt.%；（2）制备工艺：A、混料：将聚醚醚酮和片状银包铜装入W型双锥混料机，搅拌500min，使二者混合均匀；B、热压成型：将混和好的粉料倒入模具中，在375℃，12MPa下保温保压130min；C、冷却：自然冷却，在375℃下降340℃的过程中保持压力12MPa，在340℃下降至280℃的过程中保持压力25MPa，温度降至145℃脱模；（3）摩擦学性能指标：摩擦系数0.23，体积磨损率0.51×10-5mm3/(N.m)（GB/T3960，100N，20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种片状银包铜填充的聚醚醚酮抗摩擦复合材料，是由以下原料组份和工艺制备而成：/n原料组分：聚醚醚酮95~99.5 wt.%，片状银包铜0.5~5 wt.%；/n制备工艺：包括以下步骤：/n（1）混料：将聚醚醚酮和片状银包铜装入W型双锥混料机，搅拌使二者混合均匀；/n（2）热压成型：将混和好的粉料倒入模具中，在360~390℃，10~15MPa下保温保压120~150min；/n（3）冷却：采取自然冷却；在温度下降至340℃之前，压力保持10~15MPa；温度从340℃下降至280℃过程中，压力保持20~25MPa；温度降至140~150℃，脱模。/n

【技术特征摘要】
1.一种片状银包铜填充的聚醚醚酮抗摩擦复合材料，是由以下原料组份和工艺制备而成：
原料组分：聚醚醚酮95~99.5wt.%，片状银包铜0.5~5wt.%；
制备工艺：包括以下步骤：
（1）混料：将聚醚醚酮和片状银包铜装入W型双锥混料机，搅拌使二者混合均匀；
（2）热压成型：将混和好的粉料倒入模具中，在360~390℃，10~15MPa下保温保压120~150min；
（3）冷却：采取自然冷却；在温度下降至340℃之前，压力保持10~15MPa；温度从340℃下降至280℃过程中，压力保持20...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新瑞，李宋，王齐华，王廷梅，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62