[发明专利]一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法与应用。本发明聚醚醚酮复合材料包括以下重量份的组分：PEEK粉料65‑75份，表面磺化处理的PEEK粉料5‑10份，矿物纤维10‑20份，二硫化钼0‑20份，PTFE微粉0‑20份；其中，矿物纤维含有羟基，且莫氏硬度为4‑5。本发明聚醚醚酮复合材料具有耐高温、耐磨损、低摩擦阻力、低泄露、长寿命等优点，适合作为高速高压往复运动的密封件材料。另外，本发明聚醚醚酮复合材料可采用冷压‑烧结‑热压，最后机械加工的方法进行制备加工，适合密封行业多规格、小批量的生产，相较于注射、挤出等方法，具有设备和模具简单，无需外置加热套，更换模具简单快捷，降低经济成本，制品精度高等优点。

技术领域

本发明涉及密封高分子材料技术领域，具体涉及一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

聚醚醚酮(PEEK)是一种拥有卓越耐高温性能的半结晶性芳香族热塑性工程塑料，此外，其机械强度、尺寸稳定性，耐磨性、耐化学稳定性也非常优异，因此广泛用于航空航天、汽车、船舶等领域。但是其纯料的耐摩擦磨损性能较差，因此通常需要对其进行填充改性，以满足使用要求。目前常见的减摩增强填料有玻璃纤维、碳纤维、石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯(PTFE)微粉等。然而，由于填料和PEEK基体材料结构差别较大，界面之间结合力弱，因此传统物理填充改性所制得的PEEK复合材料，在制品加工过程中往往出现填料分布不均、微孔、气泡等缺陷。

同时，某些填料比如玻璃纤维、碳纤维，填充到PEEK基体里面，制成的密封件与金属对偶面进行往复运动时，凸出的硬质填料会刮伤金属对偶面，从而造成密封失效，影响使用寿命。

高速往复运动密封作为液压控制系统中一类关键零部件，需要以高频率运行，且运转循环次数达千万次，由此产生剧烈的摩擦磨损，许多传动部件的失效都是由于密封件的失效造成的，此类密封件虽然是一类基础零部件，在主机系统中占比很小，但是一旦失效会影响整个系统的正常工作，造成巨大损失。所以，对于密封件材料提出了更高的要求，尤其是在高温工况下降低材料的摩擦系数，提高材料的耐磨性能。因此，需要开发一种适用于高速往复运动密封件的复合材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法与应用，所提供的聚醚醚酮复合材料具有耐高温、低摩擦系数、高耐磨等特点，适合作为高速高压往复运动的密封件材料。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种聚醚醚酮复合材料，其包括以下重量份的组分：PEEK粉料65-75份，表面磺化处理的PEEK粉料5-10份，矿物纤维10-20份，二硫化钼0-20份，PTFE微粉0-20份；其中，所述矿物纤维含有羟基，且莫氏硬度为4-5。

矿物纤维提取加工自天然矿石，来源广泛，成本低廉；玻璃纤维是一种成分主要为SiO₂的工业品，碳纤维是一种主要成分为C的工业纤维，二者加工方法更为复杂，成本更高昂。上述聚醚醚酮复合材料用莫氏硬度4-5的矿物纤维替代玻璃纤维、碳纤维等无机纤维填料，使其不仅对金属的研磨作用不明显，金属对偶面的损伤下降至0左右，而且能获得更好的常温和高温下的摩擦磨损性；同时，添加了表面磺化处理的PEEK粉料，利用该粉料中的磺基与矿物纤维(或者与矿物纤维及二硫化钼)表面的羟基的结合作用，改善了矿物纤维(或者矿物纤维及二硫化钼)在PEEK基体材料中的分散性。

优选地，所述矿物纤维的平均粒径为4-13μm，长径比为5-10。

优选地，所述矿物纤维中主要成分占97～99wt％，所述主要成分为CaO、SiO₂、MgO和Al₂O₃。

进一步优选地，所述矿物纤维中，CaO占30-50wt％，SiO₂占30-50wt％，MgO占4-10wt％，Al₂O₃占4-10wt％。