一种适用于机床导轨滑座的复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于机床导轨滑座的复合材料及其制备方法，复合材料由以下质量百分比的组分组成：PTFE粉末：80～87％，PEEK粉末：8～10％，纳米ZrO2粉末：5～10％。本发明专利技术制备的一种纳米ZrO2/PEEK/PTFE复合材料，在PTFE(聚四氟乙烯)中添加纳米ZrO2(氧化锆)粒子和PEEK(聚醚醚酮)，保持PTFE减摩性能的同时，增强其耐磨性能，以提升机床导轨滑座的摩擦性能，具有较低的摩擦系数、较优异的耐磨性等特点。较优异的耐磨性等特点。较优异的耐磨性等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于机床导轨滑座的复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料改性
，具体涉及到一种适用于机床导轨滑座的纳米ZrO2/PEEK/PTFE复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]高分子聚合物材料被广泛运用于空间润滑、轴承、机床导轨、人造关节表面等工业密封及固体润滑
作为新兴材料聚四氟乙烯(PTFE)本身具备较强耐化学稳定性，不溶解于任何酸、碱、有机溶剂，PTFE因具有杰出的抗耐高温低温的性能、黏着性较低、能力突出等优点。随着工业发展的逐渐提高，对制造精度的要求更加严苛，逐渐使用低摩擦性能的PTFE材料的机床导轨，而安装机床导轨滑座，可以延长导轨滑座实用寿命，保证机床导轨运动精度，近些年来多使用PTFE材料来制备滑座，但由于纯PTFE存在的易蠕变和抗耐磨性差等问题，往往需要在PTFE中加入其他填料来降低PTFE的磨损率，提高耐磨性，以满足不同工况下摩擦特性的需求。在PTFE中添加PEEK后的复合材料抗耐磨性得到了提升，但是减摩特性方面显著下降。
[0003]现有复合材料，也有在PTFE和PEEK混合材料中添加纳米材料，但纳米材料虽然能改善一定的减摩和耐磨效果，但通常存在较多的团聚现象，同时在工作中由于机床导轨滑座要求减摩耐磨的特殊性，现有的复合材料均不能达到很好的减摩和耐磨效果。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术提出一种适用于机床导轨滑座的复合材料及其制备方法，其目的在于面向提高机床导轨的耐磨性以及减摩特性，在PTFE(聚四氟乙烯)材料中添加PEEK(聚醚醚酮)和纳米ZrO2(氧化锆)进行协同改性，进一步提升复合材料的耐磨性和减摩特性，提供了一种适用于机床导轨滑座的纳米ZrO2/PEEK/PTFE复合材料制备方法。
[0005]技术方案：
[0006]本专利技术一方面提出一种适用于机床导轨滑座的复合材料，由以下质量百分比的组分组成，PTFE粉末：80～87％，PEEK粉末：8～10％，纳米ZrO2粉末：5～10％。进一步的，所述PTFE粉末，其粒径控制在20μm以内；所述PEEK粉末，其粒径控制在30μm以内；所述纳米ZrO2，其粒径为40～60nm，并需要用200目数的过滤网过筛。
[0007]本专利技术另一方面提出一种适用于机床导轨滑座的复合材料的制备方法，
[0008](1)对质量百分比80～87％的PTFE粉末、8～10％的PEEK粉末、5～10％的纳米ZrO2粉末进行多次的高速混合操作制备坯料，旋转速度为800～1200r/min，每次30s，间隔0.5～1.5min，温度控制范围在120℃到100℃之间，将混合的坯料做密封保存，回温冷却至20～25℃后备用；
[0009](2)对步骤(1)中冷却后的坯料实施冷压成型操作，成型压力为22～28MPa、加压速度为16～22mm/min、保压时间为8～14min，对压制完成后的坯料静置14h以上，释放成型件的内部应力；
[0010](3)对步骤(2)成型件在烧结炉中进行烧结处理，对成型件进行四次烧结，第一次烧结：25℃至320℃，升温速度40～55℃/h，在320℃恒温20～30min；第二次烧结：
[0011]320℃至368～380℃，升温速度25～35℃/h；在368～380℃恒温3.5h；第三次烧结：降温至315℃，降温速度28～33℃/h；在315℃恒温20～30min；第四次烧结：由315℃降温至250℃，降温速度65～77℃/h；在250℃恒温1h，然后自然冷却。
[0012]进一步的，步骤(1)中高速混合操作的次数为6次。
[0013]进一步的，步骤(3)中自然冷却的具体步骤为，在250℃恒温1h后，进行断电放置直至20～25℃。
[0014]优点及效果：
[0015]本专利技术制备的纳米ZrO2/PEEK/PTFE复合材料有较优异的耐高压高温性能、有良好的减摩性能以及较强的耐摩擦磨损性能，适用于机床导轨滑座，可以延长导轨滑座使用寿命，保证机床导轨运动精度。
[0016]本专利技术的制备方法包括干燥前预处理、高速混合搅拌、多次过筛处理，高压定型、多次高温烧结恒温处理、冷却等制备过程。通过分子动力学模拟摩擦过程，所带来的热量变化会影响复合材料的摩擦磨损性能，分析各复合材料的界面温度变化趋势，在添加PEEK后的PTFE材料在耐磨损性能得到提升，针对减摩特性降低的问题，通过在复合材料中添加纳米ZrO2协同改性，由于添加纳米ZrO2粒子在摩擦过程中会吸附PTFE和PEEK分子链，使复合材料摩擦副的相互摩擦作用减弱，减少摩擦过程中产生的温升，较低的界面温度有利于降低高分子复合材料的粘弹性，减少粘着磨损的产生，并且通过震荡过筛处理以及高速搅拌等操作有效改善了纳米ZrO2的硬团聚现象。最后并通该方法制备了相应的试件，进行力学和摩擦磨损实验，验证了该复合材料的力学性能和减摩耐磨特性。
附图说明
[0017]图1为无定形分子模型，(a)为分子链PEEK：聚醚醚酮，(b)为分子链PTFE:聚四氟乙烯，(c)为球形纳米ZrO2模型，(d)为PEEK/PTFE周期性模型，(e)为6％ZrO2/PEEK/PTFE周期性模型；
[0018]图2为不同质量百分比ZrO2/PEEK/PTFE和PEEK/PTFE的分子动力学模拟温度图；
[0019]图3为不同质量比纳米ZrO2/PEEK/PTFE复合材料摩擦过程的分子动力学模拟；(a)为6％ZrO2/PEEK/PTFE，(b)为8％ZrO2/PEEK/PTFE，(c)为10％ZrO2/PEEK/PTFE；
[0020]图4为10％PEEK/PTFE复合材料摩擦磨损后的SEM形貌；
[0021]图5为6％纳米ZrO2/10％PEEK/PTFE复合材料摩擦磨损后的SEM形貌；
[0022]图6为6％纳米ZrO2/10％PEEK/PTFE复合材料的拉伸压缩形状尺寸图，(a)为拉伸试件示意图，(b)为压缩试件示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合实施例和说明书附图对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0024]在PTFE材料中添加纳米填充材料可以在改善PTFE耐磨性的同时，兼顾减摩特性，以满足更加高的密封需求，获得相对较低的摩擦系数、较优异的耐磨性、耐高温等特点。相
比于碳纤维材料，使用纳米ZrO2材料能避免碳纤维材料本身在加工制造过程中容易开裂的问题以及加工中需要使用特殊加工工艺和设备的难题，同时纳米ZrO2材料相较于碳纤维材料具有更低的成本。对比与其他纳米材料，纳米氧化锆材料本身具有优异的物理性能和稳定的化学性能，在低填充量下比其他纳米材料的颗粒起到更优异的摩擦学改性作用。但和其他纳米材料一样，本身在制备中会伴随硬团聚的现象，影响了其在复合材料材中的分散均匀性能，减弱其对摩擦学性能的增强效果。为解决这一现象，可以通过物理方法和实验操作来减少硬团聚现象，使填料最大限度发挥减摩和耐磨作用。
[0025]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于机床导轨滑座的复合材料，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成，PTFE粉末：80～87％，PEEK粉末：8～10％，纳米ZrO2粉末：5～10％。2.根据权利要求1所述的一种适用于机床导轨滑座的复合材料，其特征在于：所述PTFE粉末，其粒径控制在20μm以内；所述PEEK粉末，其粒径控制在30μm以内；所述纳米ZrO2，其粒径为40～60nm，并需要用200目数的过滤网过筛。3.一种如根据权利要求1所述的一种适用于机床导轨滑座的复合材料的制备方法，其特征在于：(1)对质量百分比80～87％的PTFE粉末、8～10％的PEEK粉末、5～10％的纳米ZrO2粉末进行多次的高速混合操作制备坯料，旋转速度为800～1200r/min，每次30s，间隔0.5～1.5min，温度控制范围在120℃到100℃之间，将混合的坯料做密封保存，回温冷却至20～25℃后备用；(2)对步骤(1)中冷却后的坯料实施冷压成型操作，成型压力为22～28MPa...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤赫男，党亚朋，王妍，李云龙，王明辉，刘林，于雪峰，董敬尧，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：