[发明专利]一种多元氧化物填充聚醚醚酮基自润滑纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多元氧化物填充聚醚醚酮基自润滑纳米复合材料，该复合材料的组成及各组分的体积分数为：聚醚醚酮树脂55~94.4%、增强纤维5~30%、高熔点纳米颗粒0.5~10%、低熔点纳米颗粒0.1~5%；高熔点纳米颗粒为纳米SiO₂或纳米TiO₂；低熔点纳米颗粒为纳米Bi₂O₃或纳米CuO。本发明还公开了该复合材料的制备方法。以上两种不同熔点纳米颗粒的同时加入，显著缩短了聚醚醚酮基复合材料摩擦过程中的跑合阶段，摩擦界面上释放出的纳米颗粒可促进在对偶表面迅速形成润滑特性的转移膜，两种纳米填料表现出明显的协同效应，提高了聚醚醚酮材料的摩擦学性能。

技术领域

本发明涉及一种多元氧化物填充聚醚醚酮基自润滑纳米复合材料及其制备方法，属于自润滑复合材料领域。

背景技术

聚醚醚酮基复合材料是一种具有高强度、高模量、耐热性以及较高化学稳定性和自润滑性能的热塑性工程塑料，广泛应用于干摩擦条件下运行的滑动轴承。然而，由于纯的聚醚醚酮树脂材料通常表现出较高的摩擦系数和磨损率，在实际应用中，需要对其进行增强和自润滑改性来改善其摩擦学性能。

将增强填料、固体润滑剂以及无机纳米陶瓷颗粒加入到聚醚醚酮树脂中，不仅可以提高复合材料的力学性能，同时也可以改善其耐磨减摩性能。研究表明，在金属对偶表面形成的具有润滑特性的转移膜是使聚合物复合材料具有良好的摩擦学性能的主要因素之一。

在聚合物基材料中添加纳米尺度陶瓷颗粒被证明能够提高材料的摩擦学性能。然而，文献报导的自润滑复合材料中仅包含单一种类的纳米陶瓷颗粒，至今尚没有关于不同物理、化学性质的纳米氧化物颗粒的耦合对聚合物复合材料摩擦学性能影响的研究报导。耦合不同功能的纳米氧化物颗粒，发挥不同种类纳米颗粒间的协同作用，是设计制备高性能纳米自润滑材料的新思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多元氧化物填充聚醚醚酮基自润滑纳米复合材料及其制备方法。

本发明所述材料在摩擦过程中，两种具有不同熔点的纳米颗粒被释放到摩擦界面上，通过界面闪温作用在材料表面烧结形成自润滑性能优异的摩擦膜。高熔点纳米颗粒提高转移膜的承载能力，而低熔点纳米颗粒促进摩擦烧结的发生，从而显著缩短材料的“跑合阶段”，通过不同熔点纳米颗粒的协同降低材料的摩擦与磨损。

本发明将两种不同熔点的纳米氧化物颗粒同时加入到聚醚醚酮基复合材料中，通过研究其摩擦学性能发现：与两种纳米颗粒中的单一组分添加的聚合物基复合材料相比，两种纳米颗粒耦合对材料的摩擦学性能的提高具有协同效应。即：在更短的时间经过“跑合阶段”达到平衡，从而使聚醚醚酮基纳米复合材料具有较小的摩擦系数和磨损率。

一种多元氧化物填充聚醚醚酮基自润滑纳米复合材料，其特征在于该复合材料的组成及各组分的体积分数为：聚醚醚酮树脂 55~94.4%、增强纤维 5~30%、高熔点纳米颗粒0.5~10%、低熔点纳米颗粒 0.1~5%；所述高熔点纳米颗粒为纳米SiO₂或纳米TiO₂；所述低熔点纳米颗粒为纳米Bi₂O₃或纳米CuO。

所述聚醚醚酮树脂为粉料或粒料。

所述增强纤维为短碳纤维或短玻璃纤维，单丝直径为5~30μm，长度为20~500μm。

所述高熔点纳米颗粒和低熔点纳米颗粒的粒度均为10~100nm。

如上所述多元氧化物填充聚醚醚酮基自润滑纳米复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

A) 将高熔点纳米颗粒和低熔点纳米颗粒进行机械混合，然后加入聚醚醚酮树脂和增强纤维进一步混合；

B) 将A)中混合均匀的物料置于双螺杆挤出机中熔融混炼并挤出，将熔融混炼的挤出料经注塑机注塑成型。