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CN102942789A - 一种高耐磨聚醚酰亚胺复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高耐磨聚醚酰亚胺复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨聚醚酰亚胺复合材料，由以下材料按质量百分比组成：聚醚酰亚胺：80～99％；聚四氟乙烯：0.5～20％；润滑剂0.5～2.5％；本发明还公开了上述复合材料的制备方法；本发明采用采用聚四氟乙烯来改善聚醚酰亚胺的摩擦性能，一方面可以大大降低复合材料的摩擦系数，减少磨损量，而且不会影响复合材料的其它物理机械性能；另一方面，相比石墨、二硫化钼等摩擦材料，聚四氟乙烯本身为白色，可以方便地染成其它颜色。

Description

一种高耐磨聚醚酰亚胺复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域，具体涉及一种高耐磨聚醚酰亚胺复合材料及其制备方法。
背景技术
聚醚酰亚胺（简称PEI）是一种热塑性的特种工程塑料，其热稳定性好，玻璃化转变温度为215℃，连续使用温度可达170℃；并且具有优异的阻燃性能（氧指数大于47，发烟量低），韧性、抗辐射性能和耐化学药品性强，另外还有良好的介电性能，在宽广的频率和温度范围内有稳定的介电常数和介电损耗值以及极高的介电强度。PEI制品被广泛应用于航空、航天、电器、机械、化工、微电子等领域。由于其特殊的性能，经常被选用于工程结构材料、摩擦磨损材料及耐温材料。这对材料的强度、耐摩擦磨损及高温尺寸稳定性提出了高要求。然而纯的PEI摩擦系数和磨损率偏大，不宜用作润滑材料。
哈尔滨工业大学的王黎钦等人发表了“石墨填充聚醚酰亚胺摩擦学性能分析”（《润滑与密封》第32卷第10期），该文献研究了不同含量石墨填充PEI基复合材料的摩擦磨损性能，采用该方法制备的耐磨聚醚酰亚胺复合材料颜色为黑色，不利于制品的选材需要，限制了产品的应用范围，而且采用该方法制备的复合材料的物理机械性能比PEI也大幅降低。除此之外，国内外未见其它耐磨聚醚酰亚胺的研究文献和专利报道。
发明内容
本发明的第一发明目的在于克服当前技术存在的不足和缺陷，解决聚醚酰亚胺摩擦系数大、磨损高的缺点，提供一种摩擦系数低、磨损小的高耐磨聚醚酰亚胺复合材料
本发明的第二发明目的在于提供一种摩擦系数低、磨损小的高耐磨聚醚酰亚胺复合材料的制备方法。
为实现本发明第一发明目的，本发明采用如下技术方案：一种高耐磨聚醚酰亚胺复合材料，由以下材料按质量百分比组成：
聚醚酰亚胺：80～99％；
聚四氟乙烯：0.5～20％；
润滑剂0.5～2.5％。
本发明优选，所述聚醚酰亚胺是由双酚A型二酐、间苯二胺及调聚剂在二甲基乙酰胺溶剂中于200-300℃缩聚而得，其密度为1.27±0.02g/cm3，玻璃化转变温度为210-220℃；优选的该聚醚酰亚胺可以提供复合材料更高的耐热性能和物理机械性能。
本发明优选，所述调聚剂为苯酐或苯胺，所述调节剂可以有效控制聚醚酰亚胺的分子量和分子量分布。
本发明优选，所述聚四氟乙烯为粉末状，相对分子质量为500-800万，结晶度92-95%，熔融温度320-340℃，优选的聚四氟乙烯可以提供聚醚酰亚胺复合材料更高的耐磨性能和加工性能。
本发明优选，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、硅酮粉中的一种或两种。
本发明优选，所述润滑剂为分解温度大于375℃的硅酮粉。
为实现本发明第二发明目的，办法明采用如下技术方案：一种高耐磨聚醚酰亚胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚醚酰亚胺放置于150-180℃的真空干燥箱中干燥4-6小时，然后按照一定配比准确称量聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、润滑剂，加入到高速搅拌机中搅拌5～20分钟；
（2）将搅拌均匀的上述物料加入到平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为：260～290℃，310～320℃，330～350℃，330～350℃，330～350℃，340～360℃，主机的螺杆转速为250～330r/min，料斗进料螺杆的转速为24～35r/min，进而将物料共混熔融挤出粒条；
（3）将上述经挤出机口模出来的粒条通过钢质传输带输送，在传输带上方设置有3-6个风扇对粒条进行冷却，风干后的粒条进入切粒机进行切粒。
本发明的有益效果：
（1）聚四氟乙烯是塑料中摩擦系数最低的一种塑料，而且具有耐高温、耐腐蚀及优异的电气性能，采用聚四氟乙烯来改善聚醚酰亚胺的摩擦性能，一方面可以大大降低复合材料的摩擦系数，减少磨损量，而且不会影响复合材料的其它物理机械性能；另一方面，相比石墨、二硫化钼等摩擦材料，聚四氟乙烯本身为白色，可以方便地染成其它颜色；
（2）本发明的聚醚酰亚胺复合材料在挤出造粒时采用输送带进行输送，与传统的先将粒条经过水槽水冷，然后再风干的牵引方式相比，该方法可以有效降低复合材料的含水率，从而减少材料在注塑加工前的烘干成本，提高材料的综合性能和制品合格率；
（3）本发明的复合材料制备工艺简单、成本较低，可以在常规的双螺杆挤出机上进行加工，所制备的高耐磨聚醚酰亚胺复合材料具有高润滑、低磨损的特性，综合物理力学性能优异，可做为一种固体自润滑材料应用于航空、航天、机械、化工等领域。
具体实施方式
本发明公开的一种高耐磨聚醚酰亚胺复合材料及其制备方法，按质量百分比含量计算包含：聚醚酰亚胺80～99％，聚四氟乙烯0.5～20％，润滑剂0.5～2.5％。其中，聚四氟乙烯做为润滑材料可以有效降低聚醚酰亚胺的摩擦系数，改善其磨损性能，另一方面，聚四氟乙烯做为一种白色粉末，不会对复合材料的颜色造成太大影响，可以方便地染成其它颜色；润滑剂的加入将有效改善材料在加工过程中与机器设备的摩擦，降低能耗，以及提高复合材料的流动性和脱模性。
在以下实施例中，所用的聚醚酰亚胺为沙特基础创新公司的Ultem 1000-1000，所用聚四氟乙烯为日本大金公司的M-33，润滑剂为星贝达（北京）化工材料有限公司的硅酮粉ST-LS100。
实施例1
按以下质量百分比组成进行配比：聚醚酰亚胺98.5％，聚四氟乙烯1％，润滑剂0.5％。
首先将聚醚酰亚胺放置于150℃的真空干燥箱中干燥4小时，然后将准确称量的聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、润滑剂，加入到高速搅拌机中搅拌5分钟。
将搅拌均匀的上述物料加入到平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为（共六区）：260℃，310℃，330℃，350℃，350℃，340℃，主机的螺杆转速为280r/min，料斗进料螺杆的转速为26r/min，进而将物料共混熔融挤出；
上述经挤出机口模出来的粒条通过钢质传输带输送到切粒机进行切粒，即可得到长度为3～5mm的高耐磨聚醚酰亚胺复合材料。
实施例2
按以下质量百分比组成进行配比：聚醚酰亚胺96.5％，聚四氟乙烯3％，润滑剂0.5％。
首先将聚醚酰亚胺放置于170℃的真空干燥箱中干燥4小时，然后将准确称量的聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、润滑剂，加入到高速搅拌机中搅拌8分钟；
将搅拌均匀的上述物料加入到平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为（共六区）：270℃，310℃，330℃，340℃，340℃，360℃，主机的螺杆转速为280r/min，料斗进料螺杆的转速为29r/min，进而将物料共混熔融挤出；
上述经挤出机口模出来的粒条通过钢质传输带输送到切粒机进行切粒，即可得到长度为3～5mm的高耐磨聚醚酰亚胺复合材料。
实施例3
按以下质量百分比组成进行配比：聚醚酰亚胺94.2％，聚四氟乙烯5％，润滑剂0.8％。
首先将聚醚酰亚胺放置于180℃的真空干燥箱中干燥4小时，然后将准确称量的聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、润滑剂，加入到高速搅拌机中搅拌5分钟；
将搅拌均匀的上述物料加入到平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为（共六区）：290℃，320℃，350℃，350℃，350℃，360℃，主机的螺杆转速为330r/min，料斗进料螺杆的转速为35r/min，进而将物料共混熔融挤出；
上述经挤出机口模出来的粒条通过钢质传输带输送到切粒机进行切粒，即可得到长度为3～5mm的高耐磨聚醚酰亚胺复合材料。
实施例4
按以下质量百分比组成进行配比：聚醚酰亚胺98.2％，聚四氟乙烯1％，润滑剂0.8％。
首先将聚醚酰亚胺放置于160℃的真空干燥箱中干燥6小时，然后将准确称量的聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、润滑剂，加入到高速搅拌机中搅拌10分钟；
将搅拌均匀的上述物料加入到平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为（共六区）：280℃，320℃，340℃，350℃，350℃，360℃，主机的螺杆转速为310r/min，料斗进料螺杆的转速为30r/min，进而将物料共混熔融挤出；
上述经挤出机口模出来的粒条通过钢质传输带输送到切粒机进行切粒，即可得到长度为3～5mm的高耐磨聚醚酰亚胺复合材料。
实施例5
按以下质量百分比组成进行配比：聚醚酰亚胺79％，聚四氟乙烯20％，润滑剂1％。
首先将聚醚酰亚胺放置于180℃的真空干燥箱中干燥4小时，然后将准确称量的聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、润滑剂，加入到高速搅拌机中搅拌15分钟；
将搅拌均匀的上述物料加入到平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为（共六区）：260℃，310℃，330℃，350℃，350℃，360℃，主机的螺杆转速为300r/min，料斗进料螺杆的转速为29r/min，进而将物料共混熔融挤出；
上述经挤出机口模出来的粒条通过钢质传输带输送到切粒机进行切粒，即可得到长度为3～5mm的高耐磨聚醚酰亚胺复合材料。
对比例1
按以下质量百分比组成进行配比：聚醚酰亚胺99.5％，润滑剂0.5％。
首先将聚醚酰亚胺放置于150℃的真空干燥箱中干燥4小时，然后将准确称量的聚醚酰亚胺、润滑剂，加入到高速搅拌机中搅拌5分钟。
将搅拌均匀的上述物料加入到平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为（共六区）：260℃，310℃，330℃，350℃，350℃，340℃，主机的螺杆转速为280r/min，料斗进料螺杆的转速为26r/min，进而将物料共混熔融挤出；
上述经挤出机口模出来的粒条通过钢质传输带输送到切粒机进行切粒，即可得到长度为3～5mm的聚醚酰亚胺复合材料。
上述实施例中所得材料的物理力学性能和耐磨性能如下表所示：
Figure BDA00002481630800081

Claims (7)

1.一种高耐磨聚醚酰亚胺复合材料，由以下材料按质量百分比组成：
聚醚酰亚胺：80～99％；
聚四氟乙烯：0.5～20％；
润滑剂0.5～2.5％。
2.如权利要求1所述的高耐磨聚醚酰亚胺复合材料，其特征在于：所述聚醚酰亚胺是由双酚A型二酐、间苯二胺及调聚剂在二甲基乙酰胺溶剂中于200-300℃缩聚而得，其密度为1.27±0.02g/cm3，玻璃化转变温度为210-220℃。
3.如权利要求2所述的高耐磨聚醚酰亚胺复合材料，其特征在于：所述调聚剂为苯酐或苯胺。
4.如权利要求1所述的高耐磨聚醚酰亚胺复合材料，其特征在于：所述聚四氟乙烯为粉末状，相对分子质量为500-800万，结晶度92-95%，熔融温度320-340℃。
5.如权利要求1所述的高耐磨聚醚酰亚胺复合材料，其特征在于：所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、硅酮粉中的一种或两种混合。
6.如权利要求5所述的高耐磨聚醚酰亚胺复合材料，其特征在于：所述润滑剂为分解温度大于375℃的硅酮粉。
7.如权利要求1-6所述的任一高耐磨聚醚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将聚醚酰亚胺放置于150-180℃的真空干燥箱中干燥4-6小时，然后按照一定配比准确称量聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、润滑剂，加入到高速搅拌机中搅拌5～20分钟；
（2）将搅拌均匀的上述物料加入到平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各加热段温度分别为：260～290℃，310～320℃，330～350℃，330～350℃，330～350℃，340～360℃，主机的螺杆转速为250～330r/min，料斗进料螺杆的转速为24～35r/min，进而将物料共混熔融挤出粒条；
（3）将上述经挤出机口模出来的粒条通过钢质传输带输送，在传输带上方设置有3-6个风扇对粒条进行冷却，风干后的粒条进入切粒机进行切粒。
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