【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及超聲電機摩擦材料，尤其涉及一種改性聚醚醚酮復合材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、超聲電機利用壓電材料的逆壓電效應，以電信號激勵壓電材料使之產生超聲頻率的振動，通過機械共振和定轉子之間的摩擦作用將定子的微幅振動轉換為轉子的宏觀運動，從而提供扭矩并帶動負載。超聲電機依靠摩擦傳遞能量，因此處于定子和轉子之間的摩擦材料是決定超聲電機工作效率、穩定性、可靠性的關鍵因素之一。目前，常見的超聲電機摩擦材料主要包括兩類：陶瓷基復合摩擦材料和聚合物基復合摩擦材料。相較于前者，后者具有質輕、韌性高、自潤滑、不易劃傷對偶等優勢，近年來以聚四氟乙烯(ptfe)為代表的聚合物材料被廣泛用于超聲電機摩擦零部件。
2、隨著超聲電機技術的不斷發展，其應用領域也日益拓寬，越來越復雜的工況對摩擦材料提出更高的要求，主要體現在：(1)更穩定的摩擦學性能，從而保證超聲電機運轉時輸出更穩定的轉速和扭矩；(2)摩擦和磨損性能的平衡匹配。既要保證超聲電機運轉時的能量轉換效率，同時還要實現其服役的高可靠性和穩定性。ptfe基復合材料由于機械強度差、硬度低、耐磨性差導致其作為超聲電機摩擦材料應用時使用壽命短、可靠性差，難以保證高載下超聲電機的輸出穩定性。因此，尋找新型高性能摩擦材料對于超聲電機快速更新迭代至關重要。
3、聚醚醚酮(peek)是一種半結晶熱塑性聚合物，其玻璃化轉變溫度(tg)和結晶熔融溫度(tm)分別約為143℃和334℃，具有優良的耐高溫性能，且線性芳香族的分子結構賦予其與生俱來的優異的機械性能、耐磨損和自潤滑特性，使
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供了一種改性聚醚醚酮復合材料及其制備方法和應用。本專利技術提供的制備方法成型工藝簡單，可以實現形狀的定制化、自由設計，且所得改性聚醚醚酮復合材料的摩擦性能可通過成型工藝參數調控，還具有優異的機械性能、耐溫性和耐磨性。
2、為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供以下技術方案：
3、一種改性聚醚醚酮復合材料的制備方法，包括以下步驟：
4、將聚醚醚酮粉末、納米二氧化硅、碳纖維和醇溶劑混合后干燥，得到混合粉料；以質量份計，所述聚醚醚酮粉末、納米二氧化硅、碳纖維的用量為：聚醚醚酮粉末85～95份，納米二氧化硅5～15份，碳纖維5～15份；
5、將所述混合粉料擠出成型，得到改性聚醚醚酮絲材；
6、將所述改性聚醚醚酮絲材進行熔融沉積成型，得到所述改性聚醚醚酮復合材料。
7、優選的，所述碳纖維的長度為120～150μm，直徑為7～8μm；所述納米二氧化硅的平均粒徑為50～100nm。
8、優選的，所述聚醚醚酮粉末、納米二氧化硅和碳纖維的總質量和醇溶劑的體積之比為1g:(20～50)ml。
9、優選的，所述混合在超聲和攪拌條件下進行，所述攪拌的速度為500～1000rpm；所述混合的時間為3～5h。
10、優選的，所述擠出成型在擠出機中進行，所述擠出機包括輸送段、壓縮段、計量段和機頭；所述輸送段的溫度為365～375℃，壓縮段的溫度為380～390℃，計量段的溫度為370～385℃，機頭的溫度為370～385℃。
11、優選的，所述熔融沉積成型的操作條件包括：噴嘴溫度為410～440℃，平臺溫度為90～150℃，打印腔體溫度為90～150℃，打印速度為10～40mm/min，打印層厚度為0.1～0.3mm，填充率為100％。
12、優選的，所述熔融沉積成型中，打印的走線方向為直線或同心圓。
13、優選的，所述熔融沉積成型后，還包括將所得改性聚醚醚酮復合材料進行退火，所述退火的溫度為170～200℃，時間為6～24h。
14、本專利技術還提供了上述方案所述制備方法制備的改性聚醚醚酮復合材料。
15、本專利技術還提供了上述方案所述的改性聚醚醚酮復合材料在超聲電機摩擦材料中的應用。
16、本專利技術提供了一種改性聚醚醚酮復合材料(改性peek復合材料)的制備方法，包括以下步驟：將聚醚醚酮粉末、納米二氧化硅、碳纖維和醇溶劑混合后干燥，得到混合粉料；以質量份計，所述聚醚醚酮粉末、納米二氧化硅、碳纖維的用量為：聚醚醚酮粉末85～95份，納米二氧化硅5～15份，碳纖維5～15份；將所述混合粉料擠出成型，得到改性聚醚醚酮絲材；將所述改性聚醚醚酮絲材進行熔融沉積成型，得到所述改性聚醚醚酮復合材料。本專利技術的有益效果如下：
17、1.優良的機械性能、耐溫性和耐磨性。聚醚醚酮(peek)是一種半結晶熱塑性聚合物，其玻璃化轉變溫度(tg)和結晶熔融溫度(tm)分別約為143℃和334℃，具有優良的耐高溫性能，且線性芳香族的分子結構賦予其與生俱來的優異的機械性能、耐磨損和自潤滑特性。本專利技術采用一維的納米二氧化硅(sio2)顆粒和二維的碳纖維(cf)協同改性peek材料，剛性的二氧化硅納米顆粒和碳纖維提高了材料的壓縮強度和耐磨性。進一步的，本專利技術在熔融沉積成型后，還包括將改性peek復合材料進行退火處理，退火處理使peek復合材料的結晶度提高，有助于進一步提高材料的壓縮強度和耐磨性。
18、2.可控可調的摩擦(cof)和磨損(ws)性能。納米sio2和cf均勻地分布在peek復合材料中，其中納米sio2提高了材料的硬度和密度，并且將界面上的滑動摩擦轉變為滾動摩擦，起到減摩抗磨的作用；另外，納米sio2參與摩擦接觸界面上的化學反應，在對偶表面形成轉移膜起到潤滑作用。材料中的cf起到負載的作用，并且具有良好的導熱性，減少材料的磨損，當納米sio2顆粒和短切碳纖維協同改性peek時，納米顆粒提供滾動效應和轉移膜，而碳纖維提供結構強度和負載轉移，賦予材料更加優異的抗磨損和減摩性能，因此調整二者的含量和配比即可調控復合材料的摩擦磨損性能。進一步的，熔融沉積成型時，打印頭流道中的剪切作用能夠使聚合物分子鏈、碳纖維等發生取向，從而使成型的peek復合材料的摩擦學特性存在各向異性，故調控打印方向即可獲得摩擦磨損性能不同的peek復合材料，從而更好地滿足多種摩擦工況的不同需求。
19、3.熔融沉積成型工藝簡單并且可以實現形狀的個性化和差異化定制。本專利技術采用熔融沉積成型法制備改性peek復合材料，能夠依據超聲電機對摩擦材料形狀的需求，進行定制化、自由設計，成型工藝簡單，不會造成原材料的浪費。
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1.一種改性聚醚醚酮復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述碳纖維的長度為120～150μm，直徑為7～8μm；所述納米二氧化硅的平均粒徑為50～100nm。
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述聚醚醚酮粉末、納米二氧化硅和碳纖維的總質量和醇溶劑的體積之比為1g:(20～50)mL。
4.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述混合在超聲和攪拌條件下進行，所述攪拌的速度為500～1000rpm；所述混合的時間為3～5h。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述擠出成型在擠出機中進行，所述擠出機包括輸送段、壓縮段、計量段和機頭；所述輸送段的溫度為365～375℃，壓縮段的溫度為380～390℃，計量段的溫度為370～385℃，機頭的溫度為370～385℃。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熔融沉積成型的操作條件包括：噴嘴溫度為410～440℃，平臺溫度為90～150℃，打印腔體溫度為90～150℃，打印速度為
7.根據權利要求1或6所述的制備方法，其特征在于，所述熔融沉積成型中，打印的走線方向為直線或同心圓。
8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熔融沉積成型后，還包括將所得改性聚醚醚酮復合材料進行退火，所述退火的溫度為170～200℃，時間為6～24h。
9.權利要求1～8任意一項所述制備方法制備的改性聚醚醚酮復合材料，其特征在于，包括聚醚醚酮基體以及分散在所述聚醚醚酮基體中的納米二氧化硅和碳纖維。
10.權利要求9所述的改性聚醚醚酮復合材料在超聲電機摩擦材料中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種改性聚醚醚酮復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述碳纖維的長度為120～150μm，直徑為7～8μm；所述納米二氧化硅的平均粒徑為50～100nm。
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述聚醚醚酮粉末、納米二氧化硅和碳纖維的總質量和醇溶劑的體積之比為1g:(20～50)ml。
4.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述混合在超聲和攪拌條件下進行，所述攪拌的速度為500～1000rpm；所述混合的時間為3～5h。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述擠出成型在擠出機中進行，所述擠出機包括輸送段、壓縮段、計量段和機頭；所述輸送段的溫度為365～375℃，壓縮段的溫度為380～390℃，計量段的溫度為370～385℃，機頭的溫度為370～3...
【專利技術屬性】
技術研發人員：裴先強，王彥，張展程，王齊華，王廷梅，
申請(專利權)人：中國科學院蘭州化學物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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