雙層peek樹脂復(fù)合材料模塊及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊及其制備方法，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚醚醚酮（PEEK)是分子主鏈中含有鏈節(jié)的線性芳香族高分子化合物，是一種耐 高溫、高性能的熱塑性特種工程塑料。PEEK有著良好的機(jī)械性能和耐化學(xué)品、耐磨損、耐水 解等性能；比重輕，自潤(rùn)滑性能好，具有非常好的加工性能，可以應(yīng)用到航空、機(jī)械、電子、化 工、汽車等高科技工業(yè)領(lǐng)域。用玻璃纖維結(jié)合碳纖維增強(qiáng)PEEK制備的高性能復(fù)合材料，具 有及其優(yōu)秀的耐磨性能，同時(shí)抗沖擊性能和抗壓縮性能也更優(yōu)良。良好的力學(xué)強(qiáng)度使其在 某些零部件足以替代金屬使用，因此，在航空航天、高鐵、汽車等高科技領(lǐng)域中具有重要的 應(yīng)用前景。
[0003] 在速度高達(dá)350KM/h的高速鐵路列車領(lǐng)域，玻璃纖維增強(qiáng)及碳纖維增強(qiáng)的PEEK樹 脂由于其優(yōu)異的機(jī)械性能，是制作導(dǎo)向塊的最佳選擇，硬度高，耐磨性好，耐高溫，可以承受 多次的高速往返運(yùn)動(dòng)而不產(chǎn)生形變，不開裂。但是，玻璃纖維及碳纖維增強(qiáng)PEEK樹脂存在 于表面的纖維斷裂頭容易劃傷與導(dǎo)向塊接觸的滑軌，造成滑軌表面光滑度下降，影響滑動(dòng) 效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊，具有良好的機(jī)械性能，并 且摩擦系數(shù)小，表面光滑，不易劃傷與之接觸的其他物品表面。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊， 包括內(nèi)芯層以及噴涂在內(nèi)芯層表面的外涂層，所述內(nèi)芯層為短切玻璃纖維及碳纖維聯(lián)合增 強(qiáng)的PEEK樹脂，所述外涂層為PEEK/PTFE樹脂。
[0006] 更進(jìn)一步的，所述內(nèi)芯層中包括18-22%的短切玻璃纖維，4-8%的碳纖維，4-6% 的石墨，61-72%的PEEK，2-3%的硅烷偶聯(lián)劑。
[0007] 更進(jìn)一步的，所述短切玻璃纖維長(zhǎng)度為l_3mm，直徑為9-13 μ m。
[0008] 更進(jìn)一步的，所述外涂層中含有75-82%的PEEK，15-20%的PTFE和3-5%的納米 Si3N4。
[0009] 本發(fā)明還公開了上述的雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊的制備方法，其步驟包括：
[0010] A、將短切玻璃纖維、碳纖維、石墨和PEEK干燥后混勻，加入硅烷偶聯(lián)劑，加熱注塑 成型，制得內(nèi)芯層；
[0011] B、用高壓噴霧裝置噴涂濃硫酸溶液在模塊表面，控制噴霧液滴和噴霧量大小，使 模塊形成粗糙表面；
[0012] C、用高壓噴霧裝置噴涂乙醇溶液在模塊表面，對(duì)模塊表面進(jìn)行吹洗；
[0013] D、將PEEK，PTFE和納米Si3N4粉末混合均勻后，在400-430°C下熔融，熔融體通 過高壓噴霧裝置噴涂到模塊表面，形成外涂層，控制外涂層的厚度在200um-400um之間， 250°C保溫1-2h，制得成品。
[0014] 本發(fā)明用短切玻璃纖維及碳纖維聯(lián)合增強(qiáng)PEEK樹脂，兩者以一定比例填充到 PEEK樹脂中，能顯著增強(qiáng)PEEK樹脂的硬度和耐磨性。模塊表面先用濃硫酸進(jìn)行粗糙處理， 然后用乙醇吹洗干凈后，噴涂一薄層PEEK/PTFE樹脂作為外涂層，制得的模塊具有優(yōu)異的 機(jī)械性能，而且表面的纖維斷裂頭被PEEK/PTFE樹脂所包裹，表面摩擦系數(shù)低，不會(huì)劃傷與 模塊接觸的材料表面。粗糙處理過的表面使噴涂的外涂層與內(nèi)芯層結(jié)合的更緊密，長(zhǎng)期使 用后外涂層與內(nèi)芯層之間不易剝離。外涂層采用添加了納米Si 3N4的PEEK/PTFE樹脂，摩擦 系數(shù)低，其穩(wěn)定摩擦系數(shù)在〇. 2-0. 3之間，而且添加的納米Si3N4的在摩擦過程中可以發(fā)生 摩擦化學(xué)反應(yīng)，新的化合物的生成可增加轉(zhuǎn)移膜與對(duì)摩擦面的結(jié)合強(qiáng)度，使得短切玻璃纖 維及碳纖維聯(lián)合增強(qiáng)的PEEK樹脂模塊具有更強(qiáng)的耐磨性能。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 實(shí)施例1
[0016] 本雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊的制備方法，其步驟包括：
[0017] A、將18 %短切玻璃纖維、4 %碳纖維、4 %石墨和72 % PEEK干燥后混勾，加入2 %硅 烷偶聯(lián)劑，常規(guī)工藝加熱注塑成型，制得內(nèi)芯層；
[0018] B、用高壓噴霧裝置噴涂濃硫酸溶液在模塊表面，噴霧壓力為300mmAq，控制噴霧液 滴和噴霧量大小，使模塊形成粗糙表面；
[0019] C、用高壓噴霧裝置噴涂乙醇溶液在模塊表面，對(duì)模塊表面進(jìn)行吹洗；
[0020] D、將75%的PEEK，20%的PTFE和5%的納米Si3N4粉末混合均勻后，在430°C下熔 融，熔融體通過高壓噴霧裝置噴涂到模塊表面，形成外涂層，控制外涂層的厚度在200um左 右，250°C保溫l_2h，制得成品。
[0021] 對(duì)制得的雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1。
[0022] 實(shí)施例2
[0023] 本雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊的制備方法與實(shí)施例1 一致，內(nèi)芯層中各組分配比 為：22 %短切玻璃纖維、8 %碳纖維、6 %石墨、61 % PEEK和3 %硅烷偶聯(lián)劑；外涂層中各組分 配比為：PEEK 82%，PTFE 15%、納米Si3N43%。對(duì)制得的雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊進(jìn)行 性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1。
[0024] 實(shí)施例3
[0025] 本雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊的制備方法與實(shí)施例1 一致，內(nèi)芯層中各組分配比 為：20%短切玻璃纖維、6%碳纖維、5%石墨、66. 5% PEEK和2. 5%硅烷偶聯(lián)劑；外涂層中各 組分配比為：PEEK 78%，PTFE 18%、納米Si3N44%。對(duì)制得的雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊 進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1。
[0026] 以上本發(fā)明中提到的百分比均為質(zhì)量百分比。
[0027] 表1雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊性能測(cè)試結(jié)果
[0028]
[0029] 備注：摩擦磨損試驗(yàn)條件：初始負(fù)荷196N，轉(zhuǎn)速200r/min,干摩擦2h。對(duì)磨輪：45 鋼，42-45HRC。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊，其特征在于：包括內(nèi)芯層以及噴涂在內(nèi)芯層表 面的外涂層，所述內(nèi)芯層為短切玻璃纖維及碳纖維聯(lián)合增強(qiáng)的PEEK樹脂，所述外涂層為 PEEK/PTFE 樹脂。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊，其特征在于：所述內(nèi)芯層中包 括18-22 %的短切玻璃纖維，4-8 %的碳纖維，4-6 %的石墨，61-72 %的PEEK，2-3 %的硅烷 偶聯(lián)劑。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊，其特征在于：所述短切玻璃纖 維長(zhǎng)度為l_3mm，直徑為9-13 μ m〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊，其特征在于：所述外涂層中含 有 75-82 % 的 PEEK，15-20 % 的 PTFE 和 3-5 % 的納米 Si3N4。5. -個(gè)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊的制備方法，其步驟 包括： A、 將短切玻璃纖維、碳纖維、石墨和PEEK干燥后混勻，加入硅烷偶聯(lián)劑，加熱注塑成 型，制得內(nèi)芯層； B、 用高壓噴霧裝置噴涂濃硫酸溶液在模塊表面，控制噴霧液滴和噴霧量大小，使模塊 形成粗糙表面； C、 用高壓噴霧裝置噴涂乙醇溶液在模塊表面，對(duì)模塊表面進(jìn)行吹洗； D、 將PEEK，PTFE和納米Si3N4粉末混合均勻后，在400-430°C下熔融，熔融體通過高壓 噴霧裝置噴涂到模塊表面，形成外涂層，控制外涂層的厚度在200um-400um之間，250°C保 溫l_2h，制得成品。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙層PEEK樹脂復(fù)合材料模塊，包括內(nèi)芯層以及噴涂在內(nèi)芯層表面的外涂層，所述內(nèi)芯層為短切玻璃纖維及碳纖維聯(lián)合增強(qiáng)的PEEK樹脂，所述外涂層為PEEK/PTFE樹脂。本發(fā)明用短切玻璃纖維及碳纖維聯(lián)合增強(qiáng)PEEK樹脂，兩者以一定比例填充到PEEK樹脂中，能顯著增強(qiáng)PEEK樹脂的硬度和耐磨性。模塊表面先用濃硫酸進(jìn)行粗糙處理，然后用乙醇吹洗干凈后，噴涂一薄層PEEK/PTFE樹脂作為外涂層，制得的模塊具有優(yōu)異的機(jī)械性能，而且表面的纖維斷裂頭被PEEK/PTFE樹脂所包裹，表面摩擦系數(shù)低，不會(huì)劃傷與模塊接觸的材料表面。粗糙處理過的表面使噴涂的外涂層與內(nèi)芯層結(jié)合的更緊密，長(zhǎng)期使用后外涂層與內(nèi)芯層之間不易剝離。
【IPC分類】C08K13/04, C08K7/06, C08K3/04, C09D161/16, C09D127/18, C08J7/04, C08L61/16, C08K7/14, C09D7/12
【公開號(hào)】CN105524291
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510736758
【發(fā)明人】楊文光, 陳佩民, 靳予, 孫克原, 支永潮, 楊勇
【申請(qǐng)人】南京肯特復(fù)合材料有限公司, 南京肯特新材料有限公司
【公開日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2015年11月3日