專利名稱：聚醚醚酮復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料及其制備，尤其是特種工程材料的組成和制備。
背景技術(shù)：
芳香聚合物聚醚醚酮(PEEK)樹脂是近年來綜合性能優(yōu)良的一種耐高溫、耐化學(xué)試劑和剛韌性優(yōu)異的熱塑性工程塑料，如英國Victrex公司和國內(nèi)的吉林大學(xué)等單位生產(chǎn)，隨著熱塑性樹脂基復(fù)合材料成型技術(shù)的發(fā)展，采用PEEK樹脂與其他材料共混的復(fù)合材料替代金屬的耐磨材料，如襯套、齒輪、軸承、閥座等，在國內(nèi)外已有多種產(chǎn)品問世，應(yīng)用也趨于廣泛。
但單一組分的聚醚醚酮在性能上不夠好，性能還有待于提高。以聚醚醚酮為基進行復(fù)合的材料有了一些技術(shù)文件的公開，如與聚四氟乙烯基材料復(fù)合；一般用于提高強度并降低磨擦系數(shù)，而聚醚醚酮為基在其它方面也極有潛力可以挖掘。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種新型聚醚醚酮復(fù)合材料及其制備方法，尤其是提高材料的導(dǎo)熱系數(shù)和提高對熱變形溫度的耐受性，用于提高材料的綜合性能。本發(fā)明的目的還在于提出復(fù)合材料配方和制備方法，同時有助于提高材料強度并降低磨擦系數(shù)。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征是由聚醚醚酮與二硫化鉬、三氧化二鋁、銅粉、石墨、二氧化硅或不銹鋼粉二元復(fù)合，其重量比為80-99.9∶0.1-20。二元更好的配方是重量比為92-99.9∶0.1-8。
本發(fā)明的改進包括在上述重量為100％的基礎(chǔ)上再添加聚四氟乙烯或PPL對位聚苯，聚四氟乙烯加量的比例為0.1-80％重量比，對位聚苯加量的比例為0.1-20％重量比，構(gòu)成三元聚醚醚酮復(fù)合材料。二者更好的配方是重量比為5-20％。
本發(fā)明的改進包括在上述二元或三元復(fù)合重量基礎(chǔ)上添加碳纖維或玻璃纖維，比例為0.1-50％重量比。更好的配方是5-15％。
本發(fā)明的改進還包括所述二元或三元復(fù)合材料中，添加的二硫化鉬、三氧化二鋁、銅粉、石墨、二氧化硅或不銹鋼粉可以采用其中的二者或三者混和，二者混和的比例是10-90∶90-10重量比，二者混和的比例是10-60∶10-60∶10-60重量比。這六種物質(zhì)可以任意組合成二者或三者混和，也可以四種混合。
本發(fā)明的制備方法是將PEEK(聚醚醚酮)與MoS2(二硫化鉬)、Al2O3(三氧化二鋁)、Cu(銅粉)、SiO2(二氧化硅)、PPL(對位聚苯)、不銹鋼粉、PTFE(聚四氟乙烯)、CF(碳纖維)、GF(玻璃纖維)等材料復(fù)合，通過注射法或模壓燒結(jié)法成型的PEEK復(fù)合型材料，或直接成型為制品，亦可加工成各種零部件。如軸承、齒輪、襯套，尤其是球閥用的閥座和密封件等。
本發(fā)明的PEEK復(fù)合材料模壓燒結(jié)過程包括升溫、燒結(jié)和冷卻三個階段，其中升溫區(qū)間采用可用曲線來表示采用兩至三個區(qū)間(同時有一至二個溫度保持平臺)，降溫區(qū)間采用兩至三個區(qū)間(一至二個溫度保持平臺)，在每個溫度保持平臺上保溫0.5-3小時。升溫或降溫速度為15-100℃/小時，升溫時的溫度保持平臺在80-130℃、190-330℃、高溫的保溫平臺在365-410℃，降溫區(qū)間的溫度保持平臺在190-330℃或再加上80-130℃保持平臺。
本發(fā)明特點是PEEK復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)明顯提高，在抗拉強度、球壓硬度、摩擦系數(shù)以及線膨脹系數(shù)等方面都有明顯的進步。尤其是有些性能明顯改善，并且有些添加劑能降低成本。一些特殊產(chǎn)品用此材料完全可以滿足非?？量痰墓I(yè)、汽車業(yè)、航空航天及軍事領(lǐng)域的各種應(yīng)用需求。
圖1是本發(fā)明模具設(shè)計2是本發(fā)明復(fù)合材料燒結(jié)過程包括升溫、燒結(jié)和冷卻三個階段曲線。
具體實施例方式
1.材料的配方設(shè)計(一)、配方的設(shè)計見表1和表2表1、主要配方表格 表2、其它配方的例表
表1、表2說明①、所有的樹脂粒徑控制在30～100微米；②、玻璃纖維和碳纖維長徑比為1/4～1/10；③、銅粉和不銹鋼粉的粒徑是0.1-10微米，納米級更好；④、表中所有“外加”的添加量表示在其它組分為100％時，以此為基礎(chǔ)添加的百分比(重量比)。
2、加工工藝的設(shè)計制備方案1、注射成型KT-PEEK復(fù)合材料聚合物，可以用標準的往復(fù)螺桿注射成型機注射成型。但是由于熔化溫度很高，需要設(shè)計如下加工參數(shù)①、熔膠筒溫度為了成功地將KT-PEEK聚合物成型，與注射成型機的溶膠筒相連的柱體加熱器，必須達到400-410℃，注入口應(yīng)該保持在70℃-100℃之間。
②、噴嘴和切斷系統(tǒng)KT-PEEK聚合物熔點很高，如果溫度降到343℃以下，熔化物將很快固化，需將足夠大的加熱器安裝在噴嘴處，以防止降溫和“注塑冷料”，這一點很重要。
KT-PEEK聚合物一般有足夠高的粘度采用開放型噴嘴系統(tǒng)，不要使用封閉型噴嘴，因為他們常包含熔化物“死點”，并限制注入的壓力。
③、操作條件注射成型KT-PEEK聚合物材料準備的開始溫度，注射螺桿的后部溫度350℃±5左右，中部溫度355±5℃左右，前部溫度360±5℃左右，噴嘴溫度365±5℃左右。模具溫度200±10℃，在此溫度下，這些材料具有良好的熔化穩(wěn)定性。
技術(shù)方案2、模壓成型①、概述模壓成型也叫壓塑成型，方便易行，只需要配備通用液壓機，專用燒結(jié)爐和所需的模具就可以生產(chǎn)。
標準的模壓成型是將粉狀或粒狀樹脂加入維持在一定溫度的金屬模具中使其塑化，并在壓力的作用下充滿整個模腔，然后經(jīng)加壓冷卻而凝固，脫模即得KT-PEEK復(fù)合制品，產(chǎn)品有板、棒、套筒密封環(huán)以及帶金屬嵌件的零件等。
KT-PEEK復(fù)合材料加工方法是獨具一格的，具體分為三個步驟模壓預(yù)成型→燒結(jié)→冷卻。
②、模具結(jié)構(gòu)合理的模具是保證成型品性能優(yōu)良和尺寸準確的重要條件。
設(shè)計工藝參數(shù)兩個重要的工藝參數(shù)-制品收縮率與壓縮比i、制品收縮率X=DP-DDP]]>X----制品平均收縮率％DP----模壓成型腔尺寸mmD-----制品尺寸mmii、壓縮比和加料腔高度壓縮比值的大小與樹脂和配方的密度有關(guān)。通常為4～6。
V=Md]]>V----樹脂體積M----單體質(zhì)量d----密度H=VS+L]]>H----加料腔高度mmV----樹脂體積S----加料腔截面積L----導(dǎo)向長度③、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示，壓模1、外模2、上墊片3、復(fù)合材料4、下墊片5。
模壓成型用模具基本上是由一個模套和上、下沖模組成的。KT-PEEK復(fù)合材料分單向加壓和雙向加壓兩種結(jié)構(gòu)。
④、燒結(jié)工藝設(shè)計燒結(jié)KT-PEEK復(fù)合材料制品是加工過程中的一個重要環(huán)節(jié)，它將引起該材料的性能發(fā)生根本的變化。由于燒結(jié)溫度、冷卻速度等工藝條件的不同直接影響到制品的分子量、結(jié)晶度和空隙率。而這三者對制品的物理、機械和電氣性能發(fā)生影響，直接導(dǎo)致制品性能。KT-PEEK復(fù)合材料燒結(jié)過程包括升溫、燒結(jié)和冷卻三個階段，可用曲線來表示見圖2，燒結(jié)時最高溫度平臺是370-380具體實施方式
已有一些描述，以下通過一些例子作進一步說明
必要的設(shè)備液壓機、混料機、注射機、模具、燒結(jié)爐及控制系統(tǒng)。
選擇的材料聚醚醚酮、二硫化鉬、銅粉、不銹鋼粉、聚四氟乙烯、三氧化二鋁、二氧化硅、碳纖維、玻璃纖維、對位聚苯、石墨等。
本發(fā)明制作的產(chǎn)品有閥座、墊片、襯套、軸承、密封件、齒輪、熱交換器部件、發(fā)動機零部件、通訊連接器零部件、電線接頭等。使用效果比同類產(chǎn)品，大部分組分配方在性能上具有很好的改善(詳見表3)、價格和制造方法上都具有明顯的優(yōu)勢。
表3 從表中不難看出，KT-PEEK復(fù)合材料在抗拉強度、球壓硬度、摩擦系數(shù)以及線膨脹系數(shù)等方面都有良好的性能特點，所以，一些特殊產(chǎn)品用此材料完全可以滿足非?？量痰墓I(yè)、汽車業(yè)、航空航天及軍事領(lǐng)域的各種應(yīng)用需求。
權(quán)利要求
1.聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征是由聚醚醚酮與二硫化鉬、三氧化二鋁、銅粉、二氧化硅或不銹鋼粉二元復(fù)合構(gòu)成，其重量比為80-99.9∶0.1-20。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征是在以上述重量為100％的基礎(chǔ)上再添加聚四氟乙烯或?qū)ξ痪郾?，聚四氟乙烯加量?.1-80％重量比，對位聚苯加量為0.1-20％重量比，構(gòu)成三元聚醚醚酮復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征是在上述二元或三元復(fù)合重量基礎(chǔ)上添加碳纖維或玻璃纖維，添加量為0.1-50％重量比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征是添加的二硫化鉬、三氧化二鋁、銅粉、二氧化硅或不銹鋼粉可以采用其中的二者或三者混和，二者混和的比例是10-90∶90-10重量比，二者混和的比例是20-60∶20-60∶20-60重量比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征是聚醚醚酮與二硫化鉬、三氧化二鋁、銅粉、二氧化硅或不銹鋼粉二元復(fù)合的重量比為92-99.9∶0.1-8。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征是添加聚四氟乙烯或?qū)ξ痪郾降闹亓勘葹?-20％。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚醚醚酮復(fù)合材料，其特征是添加碳纖維或玻璃纖維的重量比為5-15％。
8.聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法其特征是將聚醚醚酮與二硫化鉬、三氧化二鋁、銅粉、二氧化硅、對位聚苯、不銹鋼粉、PTFE聚四氟乙烯、碳纖維或玻璃纖維按權(quán)利要求1至7的組分比例復(fù)合，通過注射法或模壓燒結(jié)法成型復(fù)合型材料，加工成各種零部件或者直接燒結(jié)或模壓加工成制品。
9.由權(quán)利要求5所述的聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法其特征是復(fù)合材料模壓燒結(jié)過程包括升溫、燒結(jié)和冷卻三個階段，其中升溫區(qū)間采用兩至三個區(qū)間，同時有一至二個溫度保持平臺；降溫區(qū)間采用兩至三個區(qū)間，有一至二個溫度保持平臺；在每個溫度保持平臺上保溫0.5-3小時，升溫或降溫速度為15-100℃/小時；其中升溫時的溫度保持平臺在80-130℃、190-330℃、高溫的保溫平臺在365-410℃，降溫區(qū)間的溫度保持平臺在190-330℃或再加上80-130℃溫度保持平臺。
10.由權(quán)利要求5所述的聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法其特征是注射成型的條件是，注射成型機的溶膠筒相連的柱體加熱器達到400-410℃，注射螺桿的后部溫度350±5℃，中部溫度355±5℃，前部溫度360±5℃，噴嘴溫度365±5℃，模具溫度200±10℃。
全文摘要
聚醚醚酮復(fù)合材料，由聚醚醚酮與二硫化鉬、三氧化二鋁、銅粉、二氧化硅或不銹鋼粉二元復(fù)合構(gòu)成，其重量比為80－99.9∶0.1－20。在以上述重量為100％的基礎(chǔ)上再添加聚四氟乙烯或聚苯酯，聚四氟乙烯加量為0.1－80％重量比，聚苯酯加量為0.1－20％重量比，構(gòu)成三元聚醚醚酮復(fù)合材料。在上述二元或三元復(fù)合重量基礎(chǔ)上添加碳纖維或玻璃纖維，添加量為0.1－50％重量比。本發(fā)明復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)明顯提高，在抗拉強度、球壓硬度、摩擦系數(shù)以及線膨脹系數(shù)等方面都有明顯的進步。尤其是有些性能明顯改善，并且能降低成本。
文檔編號C08K3/00GK1880372SQ200610040090
公開日2006年12月20日 申請日期2006年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月30日
發(fā)明者楊文光 申請人:南京肯特復(fù)合材料有限公司