一種用于超聲電機的聚醚醚酮復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001] 本發(fā)明涉及一種用于超聲電機的聚醚醚酮復(fù)合材料及其制備方法，其屬于聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著超聲電機技術(shù)的不斷發(fā)展，對轉(zhuǎn)子摩擦材料性能的要求越來越高，傳統(tǒng)的聚四氟乙烯基復(fù)合材料很難滿足超聲電機超長使用壽命以及穩(wěn)定性的要求，因此，發(fā)展聚醚醚酮復(fù)合材料作為超聲電機轉(zhuǎn)子材料具有重要的應(yīng)用前景。
[0003]聚醚醚酮是一種絕緣性能好、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損且抗壓的一種高分子材料，但是純的聚醚醚酮性能單一，很難滿足復(fù)雜環(huán)境和苛刻條件下的使用要求。鑒于聚醚醚酮可設(shè)計性能強，可以通過纖維增強，固體潤滑劑改性以及納米顆粒填充賦予其特殊的性能。
[0004]超聲電機是20世紀80年代迅速發(fā)展并具有特殊應(yīng)用的一種新型微電機，由于超聲電機通過摩擦界面輸送動力，因而界面的摩擦特性對超聲電機的整體性能的發(fā)揮至關(guān)重要。目前超聲電機摩擦驅(qū)動模式為定子與轉(zhuǎn)子間的干摩擦，材料的磨損不可避免，由于磨損造成超聲電機使用壽命縮短以及預(yù)壓力發(fā)生變化，從而導(dǎo)致超聲電機輸出轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。因此，尋求長壽命高可靠的耐磨材料是超聲電機亟需解決的難題。
[〇〇〇5]目前旋轉(zhuǎn)型超聲電機使用的摩擦材料主要存在兩大問題：一是摩擦性能不穩(wěn)定，二是使用壽命短。2003年08月07日，中國發(fā)明專利申請03132555. 6公開了一種聚四氟乙烯基超聲馬達的摩擦材料，包含納米金剛石和聚四氟乙烯，該材料的自潤滑性能夠降低噪聲，動靜摩擦系數(shù)接近、熱化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、易加工等優(yōu)點恰好滿足了超聲馬達對摩擦材料的要求。2005年2月23日，中國發(fā)明專利CN1583841A公開了一種聚苯酯塑料合金超聲馬達的摩擦材料，采用聚四氟乙烯和聚苯酯，其具有堵轉(zhuǎn)力矩大、轉(zhuǎn)速高、噪聲低、磨損小、硬度高、粘接性好的優(yōu)點。2006年5月29日，中國發(fā)明專利申請200610040708超聲電機熱固性樹脂基摩擦材料及摩擦層制作法和輔助工具，由熱固性樹脂、固化劑、納米耐磨粉、碳纖維、氧化銅、聚四氟乙烯、銅粉、丁腈橡膠、礦物質(zhì)組成，具有優(yōu)越的耐磨性、合適的硬度、優(yōu)良的輸出特性。但是，上述聚合物復(fù)合材料機械性能差且在干摩擦條件下磨損率高，無法保證超聲電機長期穩(wěn)定地運行，大大地縮短了了超聲電機使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006] 本發(fā)明的目的是克服超聲電機現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種具有摩擦性能穩(wěn)定且耐磨性良好的聚醚醚酮復(fù)合材料及其制備方法。
[0007] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種用于超聲電機的聚醚醚酮復(fù)合材料，由以下成分按質(zhì)量百分數(shù)組成：聚醚醚酮60?70%，碳纖維10?19%，聚四氟乙烯5?15%，石墨5?15 %，二氧化娃0?1 %。
[0008] 進一步地，所述聚醚醚酮的平均粒徑為25 μ m。
[0009] 進一步地，所述碳纖維為短切碳纖維，直徑為7 μ m，長度為20-50 μ m。
[0010]進一步地，所用聚四氟乙稀粒徑為20?35μηι。
[0011]進一步地，所述石墨的粒徑為50-70 μ m。
[0012]進一步地，所述二氧化娃為納米顆粒，其平均粒徑為20nm。
[0013]本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案:一種用于超聲電機的聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法，其包括如下步驟:
[0014](1)按權(quán)利要求1所述的比例先將聚醚醚酮和聚四氟乙烯采用濕法混合均勻，然后加入碳纖維、石墨和二氧化硅，充分混合均勻，進行烘干、粉碎以及過篩處理；
[0015](2)將步驟1混好的模料倒入模具中進行熱壓燒結(jié)成型，模壓溫度345°C，壓力3MPa ；
[0016](3)將步驟2制成的聚醚醚酮復(fù)合材料進行加工、粘貼以及表面處理供超聲電機使用。
[0017]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0018](1)、本發(fā)明聚醚醚酮復(fù)合材料的摩擦系數(shù)穩(wěn)定、磨損率低，能夠滿足旋轉(zhuǎn)型超聲電機轉(zhuǎn)子摩擦材料的要求，額定轉(zhuǎn)速大于80r/min，能夠大大延長超聲電機的使用壽命
[0019](2)、以短切碳纖維增強聚醚醚酮樹脂基體，采用石墨和二氧化硅協(xié)同改性提高材料自身的機械性能和耐磨性，能夠滿足超聲電機磨合期或多次啟停時的使用要求；該材料具有良好的抗壓耐蠕變性能，可以避免超聲電機因儲存過久發(fā)生齒陷而導(dǎo)致的無法啟動問題。
【附圖說明】
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[0020]圖1為本發(fā)明各實施案例中聚醚醚酮復(fù)合材料的摩擦系數(shù)變化曲線。
[0021]圖2為本發(fā)明各實施案例中的磨損率變化。
【具體實施方式】
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[0022]本發(fā)明用于超聲電機的聚醚醚酮復(fù)合材料由以下成分按質(zhì)量百分數(shù)組成:聚醚醚酮60?70%，碳纖維10?19%，聚四氟乙烯5?15%，石墨5?15%，二氧化硅0?1%。
[0023]優(yōu)選地，所用聚醚醚酮為25 μ m超細粉，性能穩(wěn)定，非常適合無機顆粒填充和模壓。
[0024]優(yōu)選地，所述碳纖維為短切碳纖維，直徑7 μ m，長度20-50 μ m。選用碳纖維做增強材料是因為其力學(xué)性能良好和摩擦學(xué)性能優(yōu)越；碳纖維的纖維直徑7 μ m，長度20?50 μ m，該尺寸的碳纖維能夠提高其與樹脂基體的相容性，提高分散均勻性。
[0025]優(yōu)選地，所用聚四氟乙烯粒徑為20?35 μπι，選用聚四氟乙烯做固體潤滑劑是因為其良好的自潤滑性能和較低的表面能。
[0026]優(yōu)選地，所述石墨的粒徑為50-70 μ m，選用石墨做固體潤滑劑是因其價格便宜和潤滑性能突出。
[0027]優(yōu)選地，所述二氧化娃為納米顆粒，其粒徑為20nm。選用二氧化娃作為改性劑是得益于其良好的耐磨性和較高的硬度，二氧化硅納米顆粒粒徑為20nm，其具有更加優(yōu)異的增強增硬效果。
[0028]本發(fā)明還提供一種用于超聲電機的聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
[0029](1)按比例先將聚醚醚酮和聚四氟乙烯采用濕法混合均勾，然后加入碳纖維、石墨和二氧化硅，充分混合均勻，進行烘干、粉碎以及過篩處理；
[0030](2)將步驟1混好的模料倒入模具中進行熱壓燒結(jié)成型，模壓溫度345°C，壓力3MPa ；
[0031](3)將步驟2制成的聚醚醚酮復(fù)合材料進行加工、粘貼以及表面處理供超聲電機使用。
[0032]下面通過幾個實施例來說明本發(fā)明用于超聲電機的聚醚醚酮復(fù)合材料及其制備方法。
[0033]本發(fā)明聚醚醚酮復(fù)合材料主要用于旋轉(zhuǎn)型超聲電機，以下實施例中選用的聚醚醚酮平均粒徑為25 μm ;聚四氟乙稀的平均粒徑為30 μm ;石墨的粒徑為50-70 μm，平均粒徑為60 μ m ;碳纖維的直徑為7 μ m，長度范圍為20?50mm(短切碳纖維）；二氧化硅顆粒的平均粒徑為20nm。
[0034]實施例1
[0035]超聲電機用聚醚醚酮復(fù)合材料各組分的重量百分比如下：聚醚醚酮60%、短切碳纖維19%、聚四氟乙烯5%、石墨15%、二氧化硅1%。