專利名稱：：新型聚醚醚酮自潤滑耐磨復合材料及其制備方法
技術領域：
：本發明涉及一種新的自潤滑耐磨復合材料，具體的是一種聚醚醚酮自潤滑耐磨復合材料，并同時提供了它的制備方法。
背景技術：
：隨著對高分子材料使用溫度、載荷和耐磨性能要求的提高。一般的高分子自潤滑材料(尼龍、聚四氟乙烯等)不再滿足使用要求。聚醚醚酮(PEEK)是一種新型的芳香族塑性特種工程塑料，具有高耐熱性(熔點344°C)、高強度、高模量、高韌性等優異的綜合性能，其出色的耐水解性是聚酰亞胺(PI)所望塵莫及的，可以經受水蒸汽長時間的考驗而性能沒有明顯變化。然而，純PEEK存在熱變形溫度偏低、摩擦系數高的缺陷，較高的摩擦系數導致摩擦過程中生熱很快，導熱困難，聚熱嚴重，溫度甚至超過PEEK材料的使用上限而使材料失效。于是，國內外研究者利用聚四氟乙烯、聚苯酯、碳纖維、玻璃纖維、其它微米顆粒、納米粉體等對其進行共'混、填充等改性處理，可以得到性能更好的PEEK合金或PEEK復合材料。但是，仍難以滿足高載荷、低摩擦、高耐磨的要求。特別是隨著高新技術的發展，儀器設備朝著耐高溫、高速、高載、輕量化方向發展，對高性能PEEK自潤滑復合材料的需求與日俱增。大量實踐證明，通過傳統方法加入固體潤滑劑降低摩擦系數的幅度較小，摩擦系數仍然偏高，使得目前PEEK復合材料仍無法滿足高速、高載條件下減摩耐磨的使用要求。而直接采用有油潤滑則存在污染氣體、使催化劑中毒、增加潤滑裝置導致設備復雜、增加油耗成本等諸多缺點。中國專利[公開號CN1952092A]涉及了一種聚酰亞胺多孔材料，并采用潤滑脂作為潤滑劑制備了聚酰亞胺潤滑材料。但是，由于只采用易分解的聚乙二醇、檸檬酸等與聚酰亞胺直接復合造孔，強度損失大(由90MPa降到35MPa)、復合材料的磨損率偏高，不能滿足高載、高速下減摩耐磨應用。
發明內容本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中普遍存在的問題，提供一種磨損率低、摩擦系數小和自潤滑性能優越的新型復合材料。本發明所解決的另一技術問題是提供了上述自潤滑耐磨復合材料的制備方法。為實現上述發明目的，本發明的技術方案是一種新型聚醚醚酮自潤滑耐磨復合材料，該材料以多孔聚醚醚酮復合材料為基體并向其孔中充填潤滑油脂制成；其中多孔聚醚醚酮基體按重量百分比由以下組分原料制成聚醚醚酮粉末4590%，聚四氟乙烯粉末030%，增強纖維540%,造孔劑549%;該基體的孔隙率5%-35%，孔徑范圍0.0510pm，平均孔徑約l.(Him，拉伸強度45-90MPa。所述制備多孔聚醚醚酮基體的增強纖維至少包括碳纖維、玻璃纖維、碳纖維布、玻璃纖維布中的一種或幾種。所述制備多孔聚醚醚酮基體的造孔劑為聚乙二醇、尿素、聚甲醛、檸檬酸、甲基纖維素、聚乙烯醇纖維中的一種或幾種。所述制備多孔聚醚醚酮基體的造孔劑優選為聚乙二醇、尿素、聚甲醛、檸檬酸、甲基纖維素、聚乙烯醇纖維中的一種與納米二氧化硅以任意比例的混合物。'所述的多孔聚醚醚酮基體的制備方法如下A、將聚醚醚酮粉末45卯％，聚四氟乙烯粉末030%，增強纖維540%，造孔劑549%，在常溫下采用濕法混合、干燥；B、將A步驟中已經干燥后的復合物料采用冷壓燒結成型，冷壓燒結成型中冷壓壓力大小為20-110MPa，燒結過程中，由室溫升到110-200。C下保溫2-4小時，310-330。C下保溫0.5-2小時，升到344-390。C下保溫2-6小時，自然降溫；升降溫的速率為2-5°C/min。C、清洗孔道。所述的潤滑油脂為鋰基潤滑脂、膨潤土潤滑脂、脲基潤滑脂、酰胺鹽潤滑脂、聚苯醚聚脲、聚a烯烴潤滑油、羥基硅油、二甲基硅油、壓縮機潤滑油LDAB-150中的一種或幾種的混合物，混合物的混合比例任意，其中潤滑油分解溫度大于250°C，潤滑脂的滴點范圍為200°C-350°C。制備聚醚醚酮自潤滑耐磨復合材料的方法，具體的是將多孔聚醚醚酮基體通過高溫真空浸漬或壓鑄工藝，向孔中注入潤滑油脂，其中采用高溫浸漬工藝時真空度為0.01bar-0.2bar;采用壓鑄工藝時滲透時間為4-12小時。本發明的技術效果是本發明的自潤滑耐磨聚醚醚酮復合材料，因為在其內部毛細孔中填充了潤滑油脂，所以在摩擦過程中潤滑油脂可以在載荷和摩擦熱的作用下通過微孔毛細作用滲出，在摩擦面上形成潤滑油膜而起到良好潤滑作用，從而顯著降低摩擦系數、提高材料的耐磨性。.又因為纖維增強的聚醚醚酮復合材料本身具有高耐熱性(熔點344°C)、高強度、高模量、高韌性等優異的綜合性能，所以本發明的自潤滑耐磨聚醚醚酮復合材料，適合于高溫、真空、輻射、腐蝕性等特殊環境下減摩耐磨應用，如用于制造高溫高壓壓縮機的活塞環、填料環、滑片、導軌、軸承等，可以明顯降低摩擦、大幅提高器件的使用壽命。具體實施例方式實施例1:選用60g的PEEK粉末，該聚醚醚酮樹脂的拉伸強度為80-120MPa，15g檸檬酸(純度99.5%)，10g聚四氟乙烯，15g短碳纖維采用濕法混合15min得混合物,干燥。將干燥后的混合粉末裝入模具，在壓力35MPa冷壓成型。180°C下保溫3小時，升到320。C下保溫1小時，升到365。C下保溫3小時，自然降溫。用乙醇清洗孔道，所得材料微孔孔隙率為20.5%。在220。C，0.02bar下采用真空浸漬鋰基潤滑脂(8小時)，得含脂率20.5。/。PEEK復合材料。將該材料在MPX-2000摩擦磨損試驗機上測試摩擦磨損性能，200N,1.4m/s，測試時間2小時。比較例1:用相同含量的碳纖維填充PEEK，經冷壓燒結制得碳纖維/聚醚醚酮復合材料。摩擦磨損試驗條件同上。將實施例1和比較例1的測試結果作比較列于表1:表l摩擦磨損性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例2:選用65g的PEEK粉末，10g聚乙二醇(純度99.5%)，15g聚四氟乙烯，10g玻璃纖維采用濕法混合15min得混合物，干燥。將干燥后的混合粉末裝入模具，在壓力40MPa冷壓成型。燒結工藝同實施例l。用乙醇清洗孔道，所得材料的微孔孔隙率為16.5%。在200。C，O.lbar下采用真空浸漬膨潤土潤滑脂12h，得含脂率16.5MPEEK復合材料。摩擦磨損性能測試方法同實施例1。比較例2:用相同含量的玻璃纖維填充PEEK,經冷壓燒結制得玻璃纖維/聚醚醚酮復合材料。摩擦磨損試驗條件同上。將實施例2和比較例2的測試結果作比較列于表2:表2摩擦磨損性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例3:選用卯g的PEEK粉末，5g甲基纖維素(純度99.5%)，濕法混合10min，干燥。將干燥后的混合粉末與5g碳纖維布復合，在壓力110MPa冷壓成型。燒結工藝同實施例l。乙醇清洗孔道，所得材料的微孔孔隙率為5.5%。在250'C，0.05bar下采用真空浸漬二甲基硅油6h，得含油率5.5%的PEEK自潤滑復合材料。摩擦磨損試驗條件同實施例1，摩擦系數0.088，磨損率3.46xl(T15m3/(N'm)。實施例4:選用50g的PEEK粉末，30g聚乙二醇、10g二氧化硅(80nm)、10g玻纖布，濕法混合20min，干燥。將干燥后的混合粉末裝入模具，在壓力50MPa冷壓成型。燒結工藝同實施例l。將所得材料置于10%氫氧化鈉溶液中150°C水熱處理10小時，乙醇清洗孔道，所得材料的微孔孔隙率為32.2%。在25(TC，0.01bar下采用真空浸漬羥基硅油(8h)，得含油率32.2%PEEK自潤滑復合材料。上述摩擦條件下，摩擦系數0.046，磨損率0.65xlO-"mV(N.m)。實施例5:選用55g的PEEK粉末，8g尿素(純度99.5%)，37g玻纖，濕法混合20min，干燥。將干燥后的混合粉末裝入模具，在壓力75MPa冷壓成型。燒結工藝同實施例1。乙醇清洗孔道，所得材料的微孔孔隙率為12.4%。在250。C，0.05bar下采用真空浸漬聚苯醚聚脲(6h)，得含脂率12.4%PEEK自潤滑耐磨復合材料。實施例6:選用45g的PEEK粉末，46g聚甲醛，4g聚四氟乙烯，，濕法混合15min，干燥。將干燥后的混合粉末與5g碳纖裝入模具，在壓力60MPa冷壓成型。燒結工藝同實施例l。乙醇清洗孔道，所得材料孔隙率為23%，采用壓鑄方法注入聚a烯烴潤滑油6h得PEEK自潤滑耐磨復合材料。實施例7:選用55g的PEEK粉末，10g尿素(純度99.5%)，，30g聚四氟乙烯，濕法混合15min，干燥。將干燥后的混合粉末與5g玻纖裝入模具，在壓力80MPa冷壓成型。燒結工藝同實施例1。乙醇清洗孔道，所得材料孔隙率為15.4%,壓鑄鋰基潤滑脂8h得PEEK自潤滑耐磨復合材料。權利要求1、一種新型聚醚醚酮自潤滑耐磨復合材料，其特征在于該材料以多孔聚醚醚酮復合材料為基體并向其孔中充填潤滑油脂制成；其中多孔聚醚醚酮基體按重量百分比由以下組分原料制成聚醚醚酮粉末45～90％，聚四氟乙烯粉末0～30％，增強纖維5～40％，造孔劑5～49％；該基體的孔隙率5％-35％，孔徑范圍0.05～10μm，平均孔徑約1.0μm，拉伸強度45-90MPa。2、按照權利要求l所述的聚醚醚酮自潤滑耐磨復合材料，其特征是所述制備多孔聚醚醚酮基體的增強纖維至少包括碳纖維、玻璃纖維、碳纖維布、玻璃纖維布中的一種或幾種。3、按照權利要求l所述的聚醚醚酮自潤滑耐磨復合材料，其特征是所述制備多孔聚醚醚酮基體的造孔劑為聚乙二醇、尿素、聚甲醛、檸檬酸、甲基纖維素、聚乙烯醇纖維中的一種或幾種。4、按照權利要求3所述的聚醚醚酮自潤滑耐磨復合材料，其特征是所述制備多孔聚醚醚酮基體的造孔劑為聚乙二醇、尿素、聚甲醛、檸檬酸、甲基纖維素、聚乙烯醇纖維中的一種與納米二氧化硅以任意比例的混合物。5、按照權利要求l所述的聚醚醚酮自潤滑耐磨復合材料，其特征在于所述的多孔聚醚醚酮基體的制備方法由以下步驟組成A、將聚醚醚酮粉末4590%，聚四氟乙烯粉末030%,增強纖維540%，造孔劑549%，在常溫下采用濕法混合、干燥；B、將A步驟中已經干燥后的復合物料采用冷壓燒結成型，冷壓燒結成型中冷壓壓力大小為20-110MPa,燒結過程中，由室溫升到110-200。C下保溫2-4小時，310-330。C下保溫0.5-2小時，升到344-390。C下保溫2-6小時，自然降溫；升降溫的速率為2-5°C/min。C、清洗孔道。6、按照權利要求l所述的聚醚醚酮自潤滑耐磨復合材料，其特征是所述的潤滑油脂為鋰基潤滑脂、膨潤土潤滑脂、脲基潤滑脂、酰胺鹽潤滑脂、聚苯醚聚脲、聚a烯烴潤滑油、羥基硅油、二甲基硅油、壓縮機潤滑油LDAB-150中的一種或幾種的混合物，混合物的混合比例任意，其中潤滑油分解溫度大于250°C，潤滑脂的滴點范圍為200。C-35(rC。7、制備權利要求l所述的聚醚醚酮自潤滑耐磨復合材料的方法，具體的是將多孔聚醚醚酮基體通過高溫真空浸漬或壓鑄工藝，向孔中注入潤滑油脂，其中采用高溫浸漬工藝時真空度為0.01bar-0.2bar;采用壓鑄工藝時滲透時間為4-12小時。全文摘要本發明提供了一種新型聚醚醚酮復合材料，該材料以多孔聚醚醚酮復合材料為基體并向其孔中充填潤滑油脂制成；其中多孔聚醚醚酮基體按重量百分比由以下組分原料制成聚醚醚酮粉末45～90％，聚四氟乙烯粉末0～30％，增強纖維5～40％，造孔劑5～49％；該基體的孔隙率5％-35％，孔徑范圍0.05～10μm，平均孔徑約1.0μm，拉伸強度45-90MPa；同時提供了該材料的制備方法。該材料在摩擦面上可以形成潤滑油膜而起到良好潤滑作用，從而顯著降低摩擦系數、提高材料的耐磨性，適合于高溫、真空、輻射、腐蝕等特殊環境下減摩耐磨應用，大幅提高器件的使用壽命。文檔編號C10M157/00GK101580753SQ20091007232公開日2009年11月18日申請日期2009年6月19日優先權日2009年6月19日發明者朱艷吉,汪懷遠申請人:大慶石油學院