一种偶联剂改性杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种偶联剂改性杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料及其制备方法；按重量份数计，所述复合材料的原料包括：杂萘联苯聚芳醚树脂100份，增强纤维5

【技术实现步骤摘要】
一种偶联剂改性杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于聚合物基固体自润滑复合材料的
，具体涉及一种偶联剂改性杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]高速、重载、无油、极端环境等苛刻条件下服役的高端装备传动或转动系统对耐高温、高耐磨、高强度树脂基自润滑复合材料需求迫切。树脂基自润滑复合材料通常以树脂为基体，以短切碳纤维、短切玻璃纤维、短切玄武岩纤维等为增强体，以石墨烯、碳纳米管、氮化硼、石墨、聚四氟乙烯、纳米碳化硅等为润滑填料。然而，由于增强体以及润滑填料与基体之间的相容性较差，在摩擦过程中增强体以及润滑填料容易从基体相中脱离，导致树脂基自润滑复合材料磨损量增大。因此，迫切需要一种优化增强体以及润滑填料与基体之间界面结合强度的方案，以提高复合材料的耐磨性。
[0003]近年来，许多研究希望通过电泳沉积、等离子体处理、电化学氧化等多种方法来改善增强体以及润滑填料与基体之间的界面性能。然而，上述方法在实际应用中往往受到成本高、效率低、工艺复杂等因素的限制。
[0004]CN115322570A公开了一种混杂连续纤维增强杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料，按重量百分比计，所述复合材料包括如下原料：杂萘联苯聚芳醚树脂20％
‑
50％，连续纤维10％
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40％，连续聚四氟乙烯纤维10％
‑
40％，该专利技术通过以杂萘联苯聚芳醚树脂为基体，采用连续纤维和连续聚四氟乙烯纤维为增强体，其中连续聚四氟乙烯纤维兼具润滑作用，协同提高复合材料的整体摩擦磨损性能；然而上述树脂基复合材料采用混杂连续纤维作为增强体，其成型方式局限于模压成型，且产品形式单一。
[0005]CN108192277A公开了一种耐高温聚醚醚酮复合材料，由按重量份计的以下组分制备而成：聚醚醚酮70
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80份，碳纤维10
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20份，纳米二氧化硅1
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5份，中空玻璃微珠1
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5份，水滑石1
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5份，钛酸酯偶联剂0.5
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3份；然而由于上述树脂基复合材料中增强体以及润滑填料的种类的不同造成其表面性质各有差异，而使用单一的钛酸酯偶联剂对复合材料进行界面改性，其效果不佳，有待进一步提高。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种偶联剂改性杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料及其制备方法，以杂萘联苯聚芳醚树脂作为基体，以增强纤维和固体润滑剂作为耐磨填料，通过至少两种偶联剂进行复配进而改善树脂基体与耐磨填料之间的界面强度，所得到的杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料具有优异的耐磨性能和力学性能，具有耐高温、高耐磨、长寿命、抗疲劳、自润滑等特点。
[0007]本专利技术第一方面提供了一种偶联剂改性杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料，采用如下的技术方案：
[0008]一种偶联剂改性杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料，按重量份数计，所述复合材料的原料包括：杂萘联苯聚芳醚树脂100份，增强纤维5
‑
30份(比如6份、8份、10份、15份、20份、25份、28份)，固体润滑剂1
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25份(比如2份、5份、8份、10份、12份、15份、18份)，偶联剂1
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15份(比如2份、3份、4份、5份、7份、9份、12份)；
[0009]其中，所述杂萘联苯聚芳醚树脂选自杂萘联苯共聚芳醚砜(PPBES)、杂萘联苯聚醚酮(PPEK)、杂萘联苯聚醚砜(PPES)、杂萘联苯聚醚腈(PPEN)、杂萘联苯聚醚酮酮(PPEKK)、杂萘联苯聚醚砜酮(PPESK)、杂萘联苯聚醚腈砜(PPENS)、杂萘联苯聚醚腈酮酮(PPENKK)、杂萘联苯聚醚砜酮酮(PPESKK)、杂萘联苯聚醚腈砜酮(PPENSK)、杂萘联苯聚醚腈砜酮酮(PPENSKK)、双二氮杂萘酮聚芳醚砜(PDPES)、双二氮杂萘酮聚醚腈(PDPEN)、双二氮杂萘酮聚醚酮酮(PDPEKK)、双二氮杂萘酮聚醚砜酮(PDPESK)、双二氮杂萘酮聚醚腈砜(PDPENS)、双二氮杂萘酮聚醚腈酮酮(PDPENKK)、双二氮杂萘酮聚醚砜酮酮(PDPESKK)、双二氮杂萘酮聚醚腈砜酮(PDPENSK)、双二氮杂萘酮聚醚腈砜酮酮(PDPENSKK)中的一种或几种；
[0010]所述偶联剂选自钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铬络合物偶联剂、铝酸酯偶联剂、铝钛复合偶联剂中的至少两种。
[0011]本专利技术以杂萘联苯聚芳醚树脂作为基体，其具有扭曲非共平面结构，既耐高温又可溶解，使得复合材料的热性能和力学性能具有一定的优势，以增强纤维以及固体润滑剂作为耐磨填料，通过钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铬络合物偶联剂、铝酸酯偶联剂和铝钛复合偶联剂中的至少两种进行复配从而改善树脂基体以及耐磨填料之间的界面性能；一方面，偶联剂具有特殊的分子结构，其一端可与无机填料发生化学键合作用，另一端可与聚合物发生物理缠结或者化学反应，从而将树脂基体与耐磨填料紧密连接在一起，其中，钛酸酯偶联剂由于存在大量长链的碳原子，提高了与树脂基体的相容性，引起无机物界面上的表面能变化，具有柔韧性及应力转移的功能，产生自润滑作用，导致粘度大幅度下降，改善加工工艺，提高力学性能；硅烷偶联剂由于分子中具有两类化学基团，因此，既能与无机物中的羟基反应，又能与有机物的长分子链相互作用起到偶联的作用；铬络合物偶联剂是由不饱和有机酸与三价铬离子形成的金属铬络合物，其合成及应用技术均较成熟，因此成本低；铝酸酯偶联剂具有色浅、无毒、使用方便、热稳定性能优异等特点；铝钛复合偶联剂是以铝代替了部分钛作为偶联剂的中心原子，减少了偶联剂价格较高的钛的含量，使成本得以降低；而且偶联剂改性不仅处理工艺简单，可有效地提高复合材料的性能；尽管利用偶联剂对树脂基复合材料的界面处理方法比较成熟，但针对树脂基自润滑复合材料多组分多尺度异质异构的复杂界面情况，单一偶联剂的使用难以满足界面改性的需求，本专利技术利用多种偶联剂复配进而对多种耐磨填料进行改性处理以提高复合材料的耐磨性能。
[0012]进一步地，本专利技术限定偶联剂改性杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料的原料包括：杂萘联苯聚芳醚树脂100份，增强纤维5
‑
30份，固体润滑剂1
‑
25份，偶联剂1
‑
15份；其中，偶联剂的用量是由增强纤维以及固体润滑剂作为被处理物(耐磨填料)单位比表面积所占的反应活性点数目以及硅烷偶联剂覆盖表面的厚度来决定，偶联剂的用量过少，处理效果不佳，则对复合材料的改性效果不明显；偶联剂的用量过多，则引起聚集效果，使得改性效果适得其反。
[0013]在上述偶联剂改性杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料中，作为一种优选实施方式，所述偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂(TMC
‑
201)、二硬脂酰氧异丙
氧基铝酸酯偶联剂(HYA1)、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂(KH550)中的至少两种。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种偶联剂改性杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料，其特征在于，按重量份数计，所述复合材料的原料包括：杂萘联苯聚芳醚树脂100份，增强纤维5
‑
30份，固体润滑剂1
‑
25份，偶联剂1
‑
15份；其中，所述杂萘联苯聚芳醚树脂选自杂萘联苯共聚芳醚砜、杂萘联苯聚醚酮、杂萘联苯聚醚砜、杂萘联苯聚醚腈、杂萘联苯聚醚酮酮、杂萘联苯聚醚砜酮、杂萘联苯聚醚腈砜、杂萘联苯聚醚腈酮酮、杂萘联苯聚醚砜酮酮、杂萘联苯聚醚腈砜酮、杂萘联苯聚醚腈砜酮酮、双二氮杂萘酮聚芳醚砜、双二氮杂萘酮聚醚腈、双二氮杂萘酮聚醚酮酮、双二氮杂萘酮聚醚砜酮、双二氮杂萘酮聚醚腈砜、双二氮杂萘酮聚醚腈酮酮、双二氮杂萘酮聚醚砜酮酮、双二氮杂萘酮聚醚腈砜酮、双二氮杂萘酮聚醚腈砜酮酮中的一种或几种；所述偶联剂选自钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铬络合物偶联剂、铝酸酯偶联剂、铝钛复合偶联剂中的至少两种。2.根据权利要求1所述的偶联剂改性杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料，其特征在于，所述偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂、二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯偶联剂、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂中的至少两种。3.根据权利要求2所述的偶联剂改性杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料，其特征在于，按质量比，所述偶联剂为所述异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂与所述二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯偶联剂、所述γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂的质量比为(0.5
‑
5)：(0.5
‑
5)：(0.5
‑
5)。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的偶联剂改性杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料，其特征在于，所述增强纤维选自短切碳纤维、短切玄武岩纤维、短切玻璃纤维、短切聚对苯撑苯并噁唑纤维、短切聚酰亚胺纤维、短切芳纶纤维中的一种或几种；和/或，所述固体润滑剂选自聚四氟乙烯、石墨、二硫化钼、层状磷酸锆、纳米碳化硅、石墨烯、碳纳米管、刚玉、二氧化硅、六方氮化硼中的一种或几种。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的偶联剂改性杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料，其特征在于，a)所述杂萘联苯共聚芳醚砜的结构式为：其中，R1、R2、R3、R4各自独立的选自氢、卤素取代基、苯基、苯氧基、烷基或烷氧基中的其中一种，所述烷基或所述烷氧基都含有至少一个碳原子，m≥2，n≥2；b)所述杂萘联苯聚醚酮、所述杂萘联苯聚醚砜、所述杂萘联苯聚醚腈、所述杂萘联苯聚醚酮酮、所述杂萘联苯聚醚砜酮、所述杂萘联苯聚醚腈砜、所述杂萘联苯聚醚腈酮酮、所述杂萘联苯聚醚砜酮酮、所述杂萘联苯聚醚腈砜酮、所述杂萘联苯聚醚腈砜酮酮的结构通式为：
其中，Ar为R1、R2、R3、R4各自独立的选自氢、卤素取代基、苯基、苯氧基、烷基或烷氧基中的其中一种，所述烷基或所述烷氧基都含有至少一个碳原子；所述杂萘联苯聚醚酮的结构通式中，a＝0，b≥3，c＝0，d＝0；所述杂萘联苯聚醚砜的结构通式中，a≥3，b＝0，c＝0，d＝0；所述杂萘联苯聚醚腈的结构通式中，a＝0，b＝0，c≥3，d＝0；所述杂萘联苯聚醚酮酮的结构通式中，a＝0，b＝0，c＝0，d≥3；所述杂萘联苯聚醚砜酮的结构通式中，a≥3，b≥3，c＝0，d＝0；所述杂萘联苯聚醚腈砜的结构通式中，a≥3，b＝0，c≥3，d＝0；所述杂萘联苯聚醚腈酮酮的结构通式中，a＝0，b＝0，c≥3，d≥3；所述杂萘联苯聚醚砜酮酮的结构通式中，a≥3，b＝0，c＝0，d≥3；所述杂萘联苯聚醚腈砜酮的结构通式中，a≥3，b≥3，c≥3，d＝0；所述杂萘...

【专利技术属性】
技术研发人员：李楠，蹇锡高，蹇峥，鲍庆光，刘程，张守海，
申请(专利权)人：大连保利新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：