一种高耐磨性共混物及其制备方法和一种板材

文档序号:1900432 发布日期:2021-11-30 浏览:9次 >En<

阅读说明:本技术 一种高耐磨性共混物及其制备方法和一种板材 (High-wear-resistance blend, preparation method thereof and plate ) 是由 谢怀杰 董波 于 2021-10-19 设计创作,主要内容包括:本发明提出了一种高耐磨性共混物及其制备方法和一种板材,涉及到化工领域。具体一实施方式中,高耐磨性共混物包括:热塑性聚合物材料、低摩擦系数聚合物、填料;其中,热塑性聚合物材料与低摩擦系数聚合物的重量比值至少为3,填料与低摩擦系数聚合物的重量比值为0.2-3,低摩擦系数聚合物的摩擦系数为0.1-0.4,低摩擦系数聚合物的结晶度大于90%,低摩擦系数聚合物具有链状的线型结构。该高耐磨性共混物及用其制成的板材显著改善了摩擦磨损性能和机械性能。(The invention provides a high-wear-resistance blend, a preparation method thereof and a plate, and relates to the field of chemical industry. In a specific embodiment, a high abrasion resistance blend comprises: thermoplastic polymer materials, low coefficient of friction polymers, fillers; wherein the weight ratio of the thermoplastic polymer material to the low-friction-coefficient polymer is at least 3, the weight ratio of the filler to the low-friction-coefficient polymer is 0.2-3, the friction coefficient of the low-friction-coefficient polymer is 0.1-0.4, the crystallinity of the low-friction-coefficient polymer is more than 90%, and the low-friction-coefficient polymer has a chain-like linear structure. The high wear resistance blend and the plate made of the high wear resistance blend have obviously improved friction and wear performance and mechanical performance.)

一种高耐磨性共混物及其制备方法和一种板材

技术领域

本发明涉及化工领域,具体地,涉及一种高耐磨性共混物及其制备方法和一种以高耐磨性共混物制成的板材。

背景技术

耐磨材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料,是信息技术、生物技术、能源技术等高

技术领域

和国防建设的重要基础材料,同时也对改造某些传统产业具有十分重要的作用。耐磨材料是新材料领域的核心,对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用。

聚芳醚酮聚合物材料自上世纪70年代以来,由于其优异的机械性能,好的热稳定性,耐化学性,同时具有良好的耐磨性被广泛应用到航天、医学、汽车制造、电子电气。而聚醚醚酮(PEEK)作为聚芳醚酮的典型代表也是应用最为广泛的一类聚芳醚酮材料,在一些极速摩擦及循环摩擦的使用环境都有所应用,虽然聚醚醚酮的摩擦系数相对来说较高,但是在一些设备对零部件材料的耐磨性要求十分高的领域其耐磨性达不到使用要求,例如,当PEEK用作齿轮、轴承、滑块等器件在高速摩擦工况使用时,由于其摩擦系数较大,导热性较差,苛刻条件下摩擦过程中产生的热不能及时导出,易使材料坍塌失效,因而不能很好满足使用要求。

因此需要开发一些以聚醚醚酮为基体材料的具有高耐磨性的复合材料,以此起到对设备良好的保护作用。目前,聚四氟乙烯(PTFE)作为一种耐高低温、且化学稳定性极佳的自润滑材料,常用于改善PEEK的摩擦磨损性能,但其机械强度较低,难以有效承担摩擦载荷。当其添加量较低时,所得复合材料的摩擦磨损性能改进效果不太突出,而添加量较大时,PEEK/PTFE复合材料的磨损率又会增高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决背景技术中的技术问题。

为此,本发明的一个方面,提出了一种高耐磨性共混物,包括热塑性聚合物材料、低摩擦系数聚合物、填料、分散剂;其中,所述热塑性聚合物材料与所述低摩擦系数聚合物的重量比值至少为3,所述填料与所述低摩擦系数聚合物的重量比值为0.2-3;所述低摩擦系数聚合物的摩擦系数为0.1-0.4,所述低摩擦系数聚合物的结晶度大于90%,所述低摩擦系数聚合物具有链状的线型结构。

可选地,所述热塑性聚合物材料与所述低摩擦系数聚合物的重量比值为5-18。

可选地,所述热塑性聚合物材料、所述低摩擦系数聚合物、所述填料的重量比为(5-8):(1):(0.3-3.0)。

可选地,所述低摩擦系数聚合物是聚对羟基苯甲酸苯酯。

可选地,所述填料是纳米二氧化硅、氧化锆陶瓷、氧化锌、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种。

可选地,所述热塑性聚合物材料是含有亚苯基、酮基、醚基的聚合物。

可选地,所述热塑性聚合物材料的玻璃化转变温度为130℃-155℃,所述热塑性聚合物材料的熔点为330℃-360℃,且所述热塑性聚合物材料的玻璃化转变温度与熔点的差值为150℃-210℃。

可选地,所述热塑性聚合物材料的弯曲强度为160MPa-180MPa;所述热塑性聚合物材料的熔融指数为10g/10min-30g/10min;所述热塑性聚合物材料的悬臂梁有缺口冲击强度至少为5.0kJm-2-8.0kJm-2

可选地,所述高耐磨性共混物的悬臂梁无缺口冲击强度至少为30.0kJm-2

可选地,所述高耐磨性共混物的压缩强度至少为200MPa。

本发明的另一方面,还提出了一种制备高耐磨性共混物的方法,包括如下步骤:

a)将分散剂与填料按照重量比为(1.0-4.0):1的比值进行共混的到第一共混物;

b)将所述第一共混物与热塑性聚合物材料添加到研磨装置,以1000-1500rpm/min的研磨速率研磨15-25分钟后,将分散的产物放入烘箱内在140-170℃下放置1-4小时,得到第二共混物;其中,

c)将所述第二共混物与低摩擦系数聚合物放入高速搅拌机内,以1000-1500rpm/min的搅拌速率搅拌20-30分钟,得到高耐磨性共混物;其中,所述热塑性聚合物材料与所述低摩擦系数聚合物的重量比值至少为3,所述填料与所述低摩擦系数聚合物的重量比值为0.2-3;所述低摩擦系数聚合物的摩擦系数为0.1-0.4,所述低摩擦系数聚合物的结晶度大于90%,所述低摩擦系数聚合物具有链状的线型结构。

可选地,还包括:

以模压成型方式将所述高耐磨性共混物压缩为厚度小于等于5mm的板材;其中,模压温度为350-420℃,模压压力为40-100MPa,模压时间为2-15min。

可选地,在步骤c)得到的所述高韧性共混物中,所述热塑性聚合物材料与所述低摩擦系数聚合物的重量比值为5-18。

可选地,在步骤c)得到的所述高韧性共混物中,所述热塑性聚合物材料、所述低摩擦系数聚合物、所述填料的重量比为(5-8):(1):(0.3-3.0)。

可选地,所述低摩擦系数聚合物的结晶度大于90%。

可选地,所述低摩擦系数聚合物具有链状的线型结构。

可选地,所述热塑性聚合物材料的玻璃化转变温度为130℃-155℃,所述热塑性聚合物材料的熔点为330℃-360℃,且所述热塑性聚合物材料的玻璃化转变温度与熔点的差值为150℃-210℃。

可选地,所述热塑性聚合物材料的弯曲强度为160MPa-180MPa。

可选地,所述热塑性聚合物材料的熔融指数为10g/10min-30g/10min。

可选地,所述热塑性聚合物材料的悬臂梁有缺口冲击强度至少为5.0kJm-2-8.0kJm-2

可选地,所述低摩擦系数聚合物是聚对羟基苯甲酸苯酯。

可选地,所述填料是纳米二氧化硅、氧化锆陶瓷、氧化锌、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种。

可选地,所述热塑性聚合物材料是含有亚苯基、酮基、醚基的聚合物。

可选地,所述高耐磨性共混物的悬臂梁无缺口冲击强度至少为30.0kJm-2

可选地,所述高耐磨性共混物的压缩强度至少为200MPa。

本发明的又一方面,还提出了一种板材,该板材是由前述的高耐磨性共混物组成、或由制备高耐磨性共混物的方法制成。

本发明的再一方面,还提出了前述的高耐磨性共混物在航空航天、医学、汽车制造、电子领域的应用,其具有优异的耐磨性能和机械性能,应用再例如汽车零部件、轴承保持器、凸轮、飞机操作杆等。

本发明的高耐磨性共混物中,加入了聚对羟基苯甲酸苯酯等低摩擦系数聚合物,聚对羟基苯甲酸苯酯具有耐高温性,结晶度高,良好的自润滑性,且加工性能好,在高分子聚合物PEEK中添加的PHB弥补其自身的缺陷,同时又能最大限度的保留PEEK自身固有的特性,显著改善摩擦磨损性能和机械性能,使高耐磨性共混物能够应用于某些特定场合。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。

本发明实施例提供的一种高耐磨性共混物,具有高耐磨性且可以有效承担摩擦载荷。

下面,根据本发明的实施例,对该高耐磨性共混物进行详细说明。

本发明实施例提出的一种高耐磨性共混物,包括以下原料:热塑性聚合物材料、低摩擦系数聚合物和填料。而各原料的量可以根据以下比例控制:所述热塑性聚合物材料与所述低摩擦系数聚合物的重量比值至少为3,填料与所述低摩擦系数聚合物的重量比值为0.2-3。其中,为保证高耐磨性共混物的性能满足目的,选择摩擦系数为0.1-0.4的低摩擦系数聚合物。

作为一种优选的实施方式,可以进一步使热塑性聚合物材料与所述低摩擦系数聚合物的重量比值为5-18,使填料的重量占比至少0.5%。最优选的,可以使热塑性聚合物材料、所述低摩擦系数聚合物、所述填料的重量比为(5-8):(1):(0.3-3.0)。

在本发明实施例中,低摩擦系数聚合物可以具有以下特征:低摩擦系数聚合物的结晶度大于90%;所述低摩擦系数聚合物具有链状的线型结构。优选的,选用聚对羟基苯甲酸苯酯作为低摩擦系数聚合物。

在本发明实施例中,填料是纳米二氧化硅、氧化锆陶瓷、氧化锌、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种,本领域技术人员可以根据需要灵活选择,只要满足条件即可。

在本发明实施例中,将热塑性聚合物材料作为基底材料。热塑性聚合物材料是含有亚苯基、酮基、醚基的聚合物。优选的,热塑性聚合物材料由化学式-O-Ph-O-Ph-CO-Ph-的重复单元组成,其中每个重复单元的亚苯基(Ph)可以独立地连接其他官能团至1,4-对位键、1,2-临位键、1,3-间位键,最优是亚苯基(Ph)连接其他官能团至1,4-对位键。

作为一种优选的实施方式,热塑性聚合物材料具有以下性能:热塑性聚合物材料的玻璃化转变温度(Tg)为130℃-155℃,更优选的为140℃-150℃;热塑性聚合物材料的熔点(Tm)为330℃-360℃,更优选的为340℃-330℃;且热塑性聚合物材料的Tg与Tm的差值为150℃-210℃,更优选的差值为190℃-200℃。其中,Tg与Tm是依据ISO11357测试标准测得。

作为一种优选的实施方式,热塑性聚合物材料的弯曲强度为160MPa-180MPa,更优选的至少170MPa-180MPa。其中,弯曲强度是依据ISO178测试标准测得。

所述热塑性聚合物材料的熔融指数为10g/10min-30g/10min,更优选的为15g/10min-30g/10min。其中,熔融指数是依据ISO1133测试标准测得。具体可以参考如下流程:在380℃的条件下,负荷为5kg的砝码,熔体流动速率仪口模采用2mm±0.095mm直径,测试结果取熔融指数(MI),测试三次取平均值。

作为一种优选的实施方式,热塑性聚合物材料的悬臂梁有缺口冲击强度为5.0kJm-2-8.0kJm-2,更优选的为6.0kJm-2-8.0kJm-2,最优选的是6.5kJm-2。其中,悬臂梁有缺口冲击强度是依据ISO180/A测试标准测得。

作为一种优选的实施方式,热塑性聚合物材料的制备方法包括:在高沸点惰性质子溶剂内成盐剂存在下,将摩尔比为1.0-1.05的双卤代有机化合物和双羟基苯类化合物,在140℃-340℃条件下进行亲核缩聚反应至少1小时。制备时缩聚的反应温度优选在150℃-330℃,更优选在160℃-320℃,最优选在170℃-310℃,同时,在达到最高温前,反应溶液可以保持在多个低于最高温度的温度点并维持一定时间。其中,双羟基苯化合物为对氢醌;双卤代有机化合物为4,4’-二氟二苯甲酮;高沸点惰性质子溶剂可选为二甲基亚砜、甲基吡咯烷酮、二苯砜、环丁砜中的一种或几种,优选为二苯砜和环丁砜,更优选为二苯砜;成盐剂优选为碳酸钠,且成盐剂与双卤代有机化合物的摩尔比为1.0-1.5。

下面,根据本发明的实施例,对制备高耐磨性共混物的方法进行详细说明。

本发明实施例提出的一种制备高耐磨性共混物的方法,包括如下步骤:

a)将分散剂与填料按照重量比为(1.0-4.0):1的比值进行共混的到第一共混物;

b)将所述第一共混物与热塑性聚合物材料添加到研磨装置,以1000-1500rpm/min的研磨速率研磨15-25分钟后,将分散的产物放入烘箱内在140-170℃下放置1-4小时,得到第二共混物;

c)将所述第二共混物与低摩擦系数聚合物放入高速搅拌机内,以1000-1500rpm/min的搅拌速率搅拌20-30分钟,得到高耐磨性共混物。

其中,步骤a)和b)可以同步完成,即称取分散剂、填料与热塑性聚合物材料后直接添加到研磨装置中。需要说明的是,在步骤b)中,经过烘箱烘干后分散剂全部挥发。

在本发明实施例中,所述低摩擦系数聚合物的摩擦系数为0.1-0.4,所述热塑性聚合物材料与所述低摩擦系数聚合物的重量比值至少为3,所述填料与所述低摩擦系数聚合物的重量比值为0.2-3。

作为一种优选的实施方式,可以进一步使热塑性聚合物材料与所述低摩擦系数聚合物的重量比值为5-18,使填料的重量占比至少0.5%。最优选的,可以使热塑性聚合物材料、所述低摩擦系数聚合物、所述填料的重量比为(5-8):(1):(0.3-3.0)。

在本发明实施例中,低摩擦系数聚合物可以具有以下特征:低摩擦系数聚合物的结晶度大于90%;所述低摩擦系数聚合物具有链状的线型结构。优选的,选用聚对羟基苯甲酸苯酯作为低摩擦系数聚合物。

在本发明实施例中,填料是纳米二氧化硅、氧化锆陶瓷、氧化锌、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种,本领域技术人员可以根据需要灵活选择,只要满足条件即可。

在本发明实施例中,将热塑性聚合物材料作为基底材料。热塑性聚合物材料是含有亚苯基、酮基、醚基的聚合物。优选的,热塑性聚合物材料由化学式-O-Ph-O-Ph-CO-Ph-的重复单元组成,其中每个重复单元的亚苯基(Ph)可以独立地连接其他官能团至1,4-对位键、1,2-临位键、1,3-间位键,最优是亚苯基(Ph)连接其他官能团至1,4-对位键。

需要说明的是,热塑性聚合物材料的制备过程参考前述实施例或采用现有的其它技术方案制备,且热塑性聚合物材料的性能要求与前述实施例相同,此处不再一一赘述。

此外,本发明实施例还提供了一种板材,该板材是前述的高耐磨性共混物组成。由此,该板材本身便具有前述的高耐磨性共混物的优点,总的来说,该板材具有良好的摩擦磨损性能和机械性能。

本发明实施例的板材可应用于碟式太阳能热发电技术系统中的核心部件斯特林发动机、核电水循环系统中鼓型旋转滤网驱动装置等。

此外,本发明实施例还提出了前述的高耐磨性共混物在航空航天、医学、汽车制造、电子领域的应用,该高耐磨性共混物具有优异的耐磨性能和机械性能,应用再例如汽车零部件、轴承保持器、凸轮、飞机操作杆等。

为了进一步阐述本发明的技术思想,现结合具体的实施例,对本发明的技术方案进行说明。

A不同熔融指数的聚醚醚酮的制备

实例1

在配有温度计、搅拌器和氮气进出入口的三口反应瓶中先加入525g二苯砜,通入流量为60ml/min的氮气,开启搅拌装置,搅拌速率为60rpm/min,并加热使其溶解,再依此加入65.46g的4,4'-二氟二苯甲酮,33.03g的对氢醌使其溶解,持续氮气保护,以升温速率为2℃/min将温度升至170℃,立即加入碳酸钠31.80g。将反应温度仍然以2℃/min的升温速率升高到190℃。保持此温度30分钟,继续以2℃/min的升温速率升高到280℃,维持280℃的温度直到达到想要的扭矩升高。将熔融物料倒入冷的蒸馏水中,得到块状固体。将块状物研磨成想要的粒度粉末,将样品放入脂肪抽取器中,加入一定量的丙酮抽提2h,然后倒出丙酮,除去二苯砜溶剂和有机杂质,加入一定量的纯净水抽提3h除去丙酮和无机盐,将样品放入真空干燥箱中抽真空并升温至120℃烘干12h,得到纯净的聚醚醚酮(PEEK)样品。测试聚合物熔融指数(MI)。

实例2

在配有温度计、搅拌器和氮气进出入口的三口反应瓶中先加入500g二苯砜,通入流量为60ml/min的氮气,开启搅拌装置,搅拌速率为60rpm/min,并加热使其溶解,再依此加入54.55g的4,4'-二氟二苯甲酮,27.52g的对氢醌使其溶解,持续氮气保护,以升温速率为2℃/min将温度升至170℃,立即加入碳酸钠26.50g。将反应温度仍然以2℃/min的升温速率升高到190℃。保持此温度30分钟,继续以2℃/min的升温速率升高到280℃,维持280℃的温度直到达到想要的扭矩升高。将熔融物料倒入冷的蒸馏水中,得到块状固体。将块状物研磨成想要的粒度粉末,将样品放入脂肪抽取器中,加入一定量的丙酮抽提2h,然后倒出丙酮,除去二苯砜溶剂和有机杂质,加入一定量的纯净水抽提3h除去丙酮和无机盐,将样品放入真空干燥箱中抽真空并升温至120℃烘干12h,得到纯净的聚醚醚酮(PEEK)样品。测试聚合物熔融指数(MI)。

实例3

在配有温度计、搅拌器和氮气进出入口的三口反应瓶中先加入600g二苯砜,通入流量为60ml/min的氮气,开启搅拌装置,搅拌速率为70rpm/min,并加热使其溶解,再依此加入76.37g的4,4'-二氟二苯甲酮,38.53g的对氢醌使其溶解,持续氮气保护,以升温速率为2℃/min将温度升至170℃,立即加入碳酸钠37.10g。将反应温度仍然以2℃/min的升温速率升高到190℃。保持此温度30分钟,继续以2℃/min的升温速率升高到290℃,维持290℃的温度直到达到想要的扭矩升高。将熔融物料倒入冷的蒸馏水中,得到块状固体。将块状物研磨成想要的粒度粉末,将样品放入脂肪抽取器中,加入一定量的丙酮抽提2h,然后倒出丙酮,除去二苯砜溶剂和有机杂质,加入一定量的纯净水抽提3h除去丙酮和无机盐,将样品放入真空干燥箱中抽真空并升温至120℃烘干12h,得到纯净的聚醚醚酮(PEEK)样品。测试聚合物熔融指数(MI)。

实例4

在配有温度计、搅拌器和氮气进出入口的三口反应瓶中先加入620g二苯砜,通入流量为60ml/min的氮气,开启搅拌装置,搅拌速率为70rpm/min,并加热使其溶解,再依此加入80.73g的4,4'-二氟二苯甲酮,40.73g的对氢醌使其溶解,持续氮气保护,以升温速率为2℃/min将温度升至170℃,立即加入碳酸钠39.21g。将反应温度仍然以2℃/min的升温速率升高到190℃。保持此温度30分钟,继续以2℃/min的升温速率升高到290℃,维持290℃的温度直到达到想要的扭矩升高。将熔融物料倒入冷的蒸馏水中,得到块状固体。将块状物研磨成想要的粒度粉末,将样品放入脂肪抽取器中,加入一定量的丙酮抽提2h,然后倒出丙酮,除去二苯砜溶剂和有机杂质,加入一定量的纯净水抽提3h除去丙酮和无机盐,将样品放入真空干燥箱中抽真空并升温至120℃烘干12h,得到纯净的聚醚醚酮(PEEK)样品。测试聚合物熔融指数(MI)。

实例5

在配有温度计、搅拌器和氮气进出入口的三口反应瓶中先加入650g二苯砜,通入流量为60ml/min的氮气,开启搅拌装置,搅拌速率为70rpm/min,并加热使其溶解,再依此加入85.10g的4,4'-二氟二苯甲酮,42.94g的对氢醌使其溶解,持续氮气保护,以升温速率为2℃/min将温度升至170℃,立即加入碳酸钠41.34g。将反应温度仍然以2℃/min的升温速率升高到190℃。保持此温度30分钟,继续以2℃/min的升温速率升高到300℃,维持300℃的温度直到达到想要的扭矩升高。将熔融物料倒入冷的蒸馏水中,得到块状固体。将块状物研磨成想要的粒度粉末,将样品放入脂肪抽取器中,加入一定量的丙酮抽提2h,然后倒出丙酮,除去二苯砜溶剂和有机杂质,加入一定量的纯净水抽提3h除去丙酮和无机盐,将样品放入真空干燥箱中抽真空并升温至120℃烘干12h,得到纯净的聚醚醚酮(PEEK)样品。测试聚合物熔融指数(MI)。

实例6

在配有温度计、搅拌器和氮气进出入口的三口反应瓶中先加入700g二苯砜,通入流量为60ml/min的氮气,开启搅拌装置,搅拌速率为70rpm/min,并加热使其溶解,再依此加入96.00g的4,4'-二氟二苯甲酮,48.44g的对氢醌使其溶解,持续氮气保护,以升温速率为2℃/min将温度升至170℃,立即加入碳酸钠46.64g。将反应温度仍然以2℃/min的升温速率升高到190℃。保持此温度30分钟,继续以2℃/min的升温速率升高到300℃,维持300℃的温度直到达到想要的扭矩升高。将熔融物料倒入冷的蒸馏水中,得到块状固体。将块状物研磨成想要的粒度粉末,将样品放入脂肪抽取器中,加入一定量的丙酮抽提2h,然后倒出丙酮,除去二苯砜溶剂和有机杂质,加入一定量的纯净水抽提3h除去丙酮和无机盐,将样品放入真空干燥箱中抽真空并升温至120℃烘干12h,得到纯净的聚醚醚酮(PEEK)样品。测试聚合物熔融指数(MI)。

实例7

在配有温度计、搅拌器和氮气进出入口的三口反应瓶中先加入750g二苯砜,通入流量为60ml/min的氮气,开启搅拌装置,搅拌速率为80rpm/min,并加热使其溶解,再依此加入111.28g的4,4'-二氟二苯甲酮,56.15g的对氢醌使其溶解,持续氮气保护,以升温速率为2℃/min将温度升至170℃,立即加入碳酸钠54.05g。将反应温度仍然以2℃/min的升温速率升高到190℃。保持此温度30分钟,继续以2℃/min的升温速率升高到310℃,维持310℃的温度直到达到想要的扭矩升高。将熔融物料倒入冷的蒸馏水中,得到块状固体。将块状物研磨成想要的粒度粉末,将样品放入脂肪抽取器中,加入一定量的丙酮抽提2h,然后倒出丙酮,除去二苯砜溶剂和有机杂质,加入一定量的纯净水抽提3h除去丙酮和无机盐,将样品放入真空干燥箱中抽真空并升温至120℃烘干12h,得到纯净的聚醚醚酮(PEEK)样品。测试聚合物熔融指数(MI)。

实例8

在配有温度计、搅拌器和氮气进出入口的三口反应瓶中先加入800g二苯砜,通入流量为60ml/min的氮气,开启搅拌装置,搅拌速率为80rpm/min,并加热使其溶解,再依此加入120.01g的4,4'-二氟二苯甲酮,60.55g的对氢醌使其溶解,持续氮气保护,以升温速率为2℃/min将温度升至170℃,立即加入碳酸钠58.30g。将反应温度仍然以2℃/min的升温速率升高到190℃。保持此温度30分钟,继续以2℃/min的升温速率升高到310℃,维持310℃的温度直到达到想要的扭矩升高。将熔融物料倒入冷的蒸馏水中,得到块状固体。将块状物研磨成想要的粒度粉末,将样品放入脂肪抽取器中,加入一定量的丙酮抽提2h,然后倒出丙酮,除去二苯砜溶剂和有机杂质,加入一定量的纯净水抽提3h除去丙酮和无机盐,将样品放入真空干燥箱中抽真空并升温至120℃烘干12h,得到纯净的聚醚醚酮(PEEK)样品。测试聚合物熔融指数(MI)。

表1示出了不同熔融指数(MI)的聚醚醚酮(PEEK)的力学性能和平均摩擦系数,由此,不同MI的PEEK,在力学性能方面有一定差距,但平均摩擦系数差距较小,在后续高耐磨性共混物制备的实例中,可以任选上述实例1-8的PEEK作为原料,作为一种可选实施方式,选择实例6的PEEK继续制备高耐磨性共混物。

表1

B.高耐磨性共混物的制备

实例a

称取200g纳米二氧化硅,1600g聚醚醚酮(PEEK)和乙醇300g,将所有称取物放入研磨机中进行研磨,研磨速率为1000rpm/min,研磨时间为20分钟,将得到的共混物放入烘箱内,在140℃下烘干3小时得到第二共混物,将第二共混物和200g聚对羟基苯甲酸苯酯(PHB)一起放入高速搅拌机内进行搅拌,搅拌速率为1000rpm/min,搅拌时间为20分钟,得到高耐磨性共混物,最后将高耐磨性共混物进行高温模压成型,模压温度380℃,选用压力为50MPa,模压时间为5分钟,得到2mm厚度的板材。冷却后测试该板材的力学性能及摩擦磨损性能。

实例b

称取200g氧化锆陶瓷,1600g聚醚醚酮(PEEK)和乙醇300g,将所有称取物放入研磨机中进行研磨,研磨速率为1000rpm/min,研磨时间为20分钟,将得到的共混物放入烘箱内,在140℃下烘干3小时得到第二共混物,将第二共混物和200g聚对羟基苯甲酸苯酯(PHB)一起放入高速搅拌机内进行搅拌,搅拌速率为1000rpm/min,搅拌时间为20分钟,得到高耐磨性共混物,最后将高耐磨性共混物进行高温模压成型,模压温度380℃,选用压力为50MPa,模压时间为5分钟,得到2mm厚度的板材。冷却后测试该板材的力学性能及摩擦磨损性能。

实例c

称取100g纳米二氧化硅,1600g聚醚醚酮(PEEK)和丙酮200g,将所有称取物放入研磨机中进行研磨,研磨速率为1200rpm/min,研磨时间为25分钟,将得到的共混物放入烘箱内,在140℃下烘干3小时得到第二共混物,将第二共混物和300g聚对羟基苯甲酸苯酯(PHB)一起放入高速搅拌机内进行搅拌,搅拌速率为1200rpm/min,搅拌时间为25分钟,得到高耐磨性共混物,最后将高耐磨性共混物进行高温成型,模压温度390℃,选用压力为60MPa,模压时间为5分钟,得到2mm厚度的板材。冷却后测试该板材的力学性能及摩擦磨损性能。

实例d

称取100g氧化锌,1600g聚醚醚酮(PEEK)和丙酮200g,将所有称取物放入研磨机中进行研磨,研磨速率为1200rpm/min,研磨时间为25分钟,将得到的共混物放入烘箱内,在140℃下烘干3小时得到第二共混物,将第二共混物和300g聚对羟基苯甲酸苯酯(PHB)一起放入高速搅拌机内进行搅拌,搅拌速率为1200rpm/min,搅拌时间为25分钟,得到高耐磨性共混物,最后将高耐磨性共混物进行高温成型,模压温度390℃,选用压力为60MPa,模压时间为5分钟,得到2mm厚度的板材。冷却后测试该板材的力学性能及摩擦磨损性能。

实例e

称取300g纳米二氧化硅,1600g聚醚醚酮(PEEK)和二甲基乙酰胺300g,将所有称取物放入研磨机中进行研磨,研磨速率为1500rpm/min,研磨时间为30分钟,将得到的共混物放入烘箱内,在140℃下烘干3小时得到第二共混物,将第二共混物和100g聚对羟基苯甲酸苯酯(PHB)一起放入高速搅拌机内进行搅拌,搅拌速率为1200rpm/min,搅拌时间为30分钟,得到高耐磨性共混物,最后将高耐磨性共混物进行高温模压成型,模压温度400℃,选用压力为70MPa,模压时间为5分钟,得到2mm厚度的板材。冷却后测试该板材的力学性能及摩擦磨损性能。

实例f

称取300g氧化锆陶瓷,1600g聚醚醚酮(PEEK)和二甲基乙酰胺300g,将所有称取物放入研磨机中进行研磨,研磨速率为1500rpm/min,研磨时间为30分钟,将得到的共混物放入烘箱内,在140℃下烘干3小时得到第二共混物,将第二共混物和100g聚对羟基苯甲酸苯酯(PHB)一起放入高速搅拌机内进行搅拌,搅拌速率为1200rpm/min,搅拌时间为30分钟,得到高耐磨性共混物,最后将高耐磨性共混物进行高温模压成型,模压温度400℃,选用压力为70MPa,模压时间为5分钟,得到2mm厚度的板材。冷却后测试该板材的力学性能及摩擦磨损性能。

对比例1

称取100g纳米二氧化硅,1800g聚醚醚酮(PEEK)和乙醇200g,将所有称取物放入研磨机中进行研磨,研磨速率为1000rpm/min,研磨时间为20分钟,将得到的共混物放入烘箱内,在140℃下烘干3小时得到第二共混物,将第二共混物和100g聚对羟基苯甲酸苯酯(PHB)一起放入高速搅拌机内进行搅拌,搅拌速率为1500rpm/min,搅拌时间为20分钟,得到高耐磨性共混物,最后将高耐磨性共混物进行高温模压成型,模压温度380℃,选用压力为70MPa,模压时间为5分钟,得到2mm厚度的板材。冷却后测试该板材的力学性能及摩擦磨损性能。

对比例2

称取100g氧化锌,1600g聚醚醚酮(PEEK)和乙醇200g,将所有称取物放入研磨机中进行研磨,研磨速率为1000rpm/min,研磨时间为20分钟,将得到的共混物放入烘箱内,在140℃下烘干3小时得到第二共混物,将第二共混物和400g聚对羟基苯甲酸苯酯(PHB)一起放入高速搅拌机内进行搅拌,搅拌速率为1500rpm/min,搅拌时间为20分钟,得到高耐磨性共混物,最后将高耐磨性共混物进行高温模压成型,模压温度380℃,选用压力为70MPa,模压时间为5分钟,得到2mm厚度的板材。冷却后测试该板材的力学性能及摩擦磨损性能。

对比例3

称取200g纳米二氧化硅,1600g聚醚醚酮(PEEK)和乙醇300g,将所有称取物放入研磨机中进行研磨,研磨速率为1000rpm/min,研磨时间为20分钟,最后将共混物进行高温模压成型,模压温度380℃,选用压力为50MPa,模压时间为5分钟,得到2mm厚度的板材。冷却后测试该板材的力学性能及摩擦磨损性能。

以上所有实施例中的摩擦磨损性能测试按照国标GB/T 3960-2016进行。表2示出了具有高耐磨性的聚合物材料的力学性能。

表2

由表2可以发现,通过添加一定量的耐磨材料PHB和填料后,聚合物的摩擦磨损性能和机械性能都有所提高,但是当PHB与PEEK的重量比小于1:8时,由于PHB在PEEK树脂中的分布并不连续,而是以“孤立的个体”形式存在,使聚合物材料的平均摩擦系数上升,而当PHB与PEEK的重量比大于1:5时,使得更多的PHB硬质颗粒暴露在磨损表面从而使聚合物材料的平均摩擦系数增大。本发明的具有高耐磨性的聚合物材料不仅大幅提高了材料的耐磨性能,同时保证了一定的其他力学性能,该耐磨性聚合物材料在高温区摩擦磨损领域应该具有独特的用途。

在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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