[发明专利]一种耐磨、高强、轻质的聚醚醚酮复合材料

说明书

一、技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种耐磨、高强、轻质的聚醚醚酮复合材料，在新型滑动轴承中作为耐磨材料替代硬质合金使用。

二、背景技术

目前在多级离心泵中采用的滑动轴承是以硬质合金为耐磨材料镶嵌在金属骨架上，组装而成，使用寿命较长，性能比较稳定。但因为硬质合金价位高，该滑动轴承在多级离心泵中又作为辅助轴承，数量较多，所以使得轴承配件的成本过高，而且硬质合金的密度大，使设备重量增加，泵功耗和噪音也明显增大，在当前要求节能降耗和进一步降低泵产品成本的情况下，急需一种耐磨、高强、轻质的新材料来替代硬质合金，制成满足使用要求的滑动轴承产品。

普通配方的聚醚醚酮复合材料具有高强度、自润滑、密度小等特性，可以满足多级离心泵滑动轴承的基本性能要求，而且密度是硬质合金材料的十分之一，可以有效降低设备的配件重量和相关成本，但其耐颗粒磨损性较差，在含有细砂和其它固体颗粒较多的介质中使用寿命有限，限制了其在多级离心泵领域的应用。因此，需要通过配方的改进，来提高聚醚醚酮复合材料的耐颗粒磨损性，替代硬质合金，制造出新型复合滑动轴承，满足不同类型的多级离心泵的需要。

三、发明内容

本发明旨在提供一种能满足滑动轴承使用要求的耐磨、高强、轻质的聚醚醚酮复合材料，所要解决的技术问题是在保证复合材料高强度、轻质的前提下提高其耐颗粒磨损性能。

本发明耐磨、高强、轻质的聚醚醚酮复合材料，其特征在于其原料及配比为：

共聚醚醚酮树脂      71-83质量份，

悬浮聚四氟乙烯树脂  5-10质量份，

碳纤维粉            7-12质量份，

三氧化二铝粉        5-7质量份，

硅烷偶联剂，添加量为三氧化二铝粉质量的0.8-1.5%。

所述共聚醚醚酮树脂的熔融黏度300Pa.s，粉末状，粒径25-35μm，数均分子量4-6万。

所述悬浮聚四氟乙烯树脂为粉末状，粒径25-35μm，数均分子量600-1000万。

所述碳纤维粉的直径5-12μm，长径比6-8：1，拉伸强度≥2GPa，杨氏模量≥250GPa。

所述三氧化二铝粉的粒径25-30μm，纯度≥97%。

所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）。

本发明为了解决现有硬质合金复合滑动轴承成本高、重量大的缺点，以热塑性工程塑料聚醚醚酮为基体的复合材料替代硬质合金，作为滑动轴承的耐磨材料层。本发明复合材料的配方设计由四部分组成：

（1）以共聚醚醚酮树脂作为基体材料。聚醚醚酮树脂是耐高温特种工程塑料，具有优异的耐磨性、物理机械强度和耐化学腐蚀性，耐温等级高，长期使用温度在260℃以上，蠕变性小，耐疲劳性可与合金材料媲美。

（2）以悬浮聚四氟乙烯树脂作为自润滑剂。聚四氟乙烯具有优异的耐高低温性、自润滑性和耐腐蚀性，由于自身的螺旋结构，使其成为是固体材料中摩擦系数最低者，常与聚醚醚酮材料配合使用。

（3）以高强型碳纤维粉作为增强纤维材料。碳纤维的比重不到钢的1/4，其树脂复合材料的抗拉强度一般都在3500MPa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为230-430GPa，亦高于钢，是聚醚醚酮复合材料最常用的增强材料之一。

（4）以具有耐颗粒磨损、高硬度、高强度的三氧化二铝粉作为耐磨填料。三氧化二铝几乎不溶于水及非极性有机溶剂，质极硬，机械强度高，耐化学腐蚀性和导热性良好，一般作磨料用，对硬质颗粒的耐磨性非常好，与聚醚醚酮相容性较差，需要通过表面处理提高二者间的界面力，以最大程度提高聚醚醚酮复合材料的耐磨性。

以上配方设计，一方面通过选用耐磨填料和增强纤维提高了复合材料的表面硬度、耐颗粒磨损性和强度，另一方面通过选用自润滑剂，降低了材料的摩擦系数，最终达到提高复合材料耐颗粒磨损性和自润滑性的目的，最终制造出耐颗粒磨损、高强度、自润滑、质轻的聚醚醚酮复合材料，以满足滑动轴承耐磨材料层的使用要求。

本发明聚醚醚酮复合材料的制备方法如下：

1、表面处理

取5-7质量份的三氧化二铝粉，在搅拌机中搅拌，同时喷洒硅烷偶联剂溶液，硅烷偶联剂用量是三氧化二铝粉质量的0.8-1.5wt%，硅烷偶联剂溶液中硅烷偶联剂的质量百分比为20wt%，乙醇的质量百分比为72wt%，水的质量百分比为8wt%；搅拌15-20分钟后取出，在130℃温度下干燥（一般2小时），粉碎后过200-300目标准筛，得到表面处理后的三氧化二铝粉，待用。