双层PEEK树脂复合材料模块及其制备方法.pdf

本发明公开了一种双层PEEK树脂复合材料模块，包括内芯层以及喷涂在内芯层表面的外涂层，所述内芯层为短切玻璃纤维及碳纤维联合增强的PEEK树脂，所述外涂层为PEEK/PTFE树脂。本发明用短切玻璃纤维及碳纤维联合增强PEEK树脂，两者以一定比例填充到PEEK树脂中，能显著增强PEEK树脂的硬度和耐磨性。模块表面先用浓硫酸进行粗糙处理，然后用乙醇吹洗干净后，喷涂一薄层PEEK/PTFE树脂作为外涂层，制得的模块具有优异的机械性能，而且表面的纤维断裂头被PEEK/PTFE树脂所包裹，表面摩擦系数低，不会划伤与模块接触的材料表面。粗糙处理过的表面使喷涂的外涂层与内芯层结合的更紧密，长期使用后外涂层与内芯层之间不易剥离。

1.一种双层PEEK树脂复合材料模块，其特征在于：包括内芯层以及喷涂在内芯层表
面的外涂层，所述内芯层为短切玻璃纤维及碳纤维联合增强的PEEK树脂，所述外涂层为
PEEK/PTFE树脂。
2.根据权利要求1所述的双层PEEK树脂复合材料模块，其特征在于：所述内芯层
中包括18-22％的短切玻璃纤维，4-8％的碳纤维，4-6％的石墨，61-72％的PEEK，2-3％的
硅烷偶联剂。
3.根据权利要求2所述的双层PEEK树脂复合材料模块，其特征在于：所述短切玻
璃纤维长度为1-3mm，直径为9-13μm。
4.根据权利要求1所述的双层PEEK树脂复合材料模块，其特征在于：所述外涂层
中含有75-82％的PEEK，15-20％的PTFE和3-5％的纳米Si3N4。
5.一个权利要求1-4中任一项所述的双层PEEK树脂复合材料模块的制备方法，其步
骤包括：
A、将短切玻璃纤维、碳纤维、石墨和PEEK干燥后混匀，加入硅烷偶联剂，加热注塑
成型，制得内芯层；
B、用高压喷雾装置喷涂浓硫酸溶液在模块表面，控制喷雾液滴和喷雾量大小，使模
块形成粗糙表面；
C、用高压喷雾装置喷涂乙醇溶液在模块表面，对模块表面进行吹洗；
D、将PEEK，PTFE和纳米Si3N4粉末混合均匀后，在400-430℃下熔融，熔融体通过
高压喷雾装置喷涂到模块表面，形成外涂层，控制外涂层的厚度在200um-400um之间，
250℃保温1-2h，制得成品。

双层PEEK树脂复合材料模块及其制备方法

技术领域

本发明涉及双层PEEK树脂复合材料模块及其制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

聚醚醚酮(PEEK)是分子主链中含有链节的线性芳香族高分子化合物，是一种耐高
温、高性能的热塑性特种工程塑料。PEEK有着良好的机械性能和耐化学品、耐磨损、耐
水解等性能；比重轻，自润滑性能好，具有非常好的加工性能，可以应用到航空、机械、
电子、化工、汽车等高科技工业领域。用玻璃纤维结合碳纤维增强PEEK制备的高性能复
合材料，具有及其优秀的耐磨性能,同时抗冲击性能和抗压缩性能也更优良。良好的力学强
度使其在某些零部件足以替代金属使用，因此，在航空航天、高铁、汽车等高科技领域中
具有重要的应用前景。

在速度高达350KM/h的高速铁路列车领域，玻璃纤维增强及碳纤维增强的PEEK树脂
由于其优异的机械性能，是制作导向块的最佳选择，硬度高，耐磨性好，耐高温，可以承
受多次的高速往返运动而不产生形变，不开裂。但是，玻璃纤维及碳纤维增强PEEK树脂
存在于表面的纤维断裂头容易划伤与导向块接触的滑轨，造成滑轨表面光滑度下降，影响
滑动效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种双层PEEK树脂复合材料模块，具有良好的机械性能，并且
摩擦系数小，表面光滑，不易划伤与之接触的其他物品表面。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种双层PEEK树脂复合材料模块，包
括内芯层以及喷涂在内芯层表面的外涂层，所述内芯层为短切玻璃纤维及碳纤维联合增强
的PEEK树脂，所述外涂层为PEEK/PTFE树脂。

更进一步的，所述内芯层中包括18-22％的短切玻璃纤维，4-8％的碳纤维，4-6％的石
墨，61-72％的PEEK，2-3％的硅烷偶联剂。

更进一步的，所述短切玻璃纤维长度为1-3mm，直径为9-13μm。

更进一步的，所述外涂层中含有75-82％的PEEK，15-20％的PTFE和3-5％的纳米Si3N4。

本发明还公开了上述的双层PEEK树脂复合材料模块的制备方法，其步骤包括：

A、将短切玻璃纤维、碳纤维、石墨和PEEK干燥后混匀，加入硅烷偶联剂，加热注
塑成型，制得内芯层；

B、用高压喷雾装置喷涂浓硫酸溶液在模块表面，控制喷雾液滴和喷雾量大小，使模
块形成粗糙表面；

C、用高压喷雾装置喷涂乙醇溶液在模块表面，对模块表面进行吹洗；

D、将PEEK，PTFE和纳米Si3N4粉末混合均匀后，在400-430℃下熔融，熔融体通
过高压喷雾装置喷涂到模块表面，形成外涂层，控制外涂层的厚度在200um-400um之间，
250℃保温1-2h，制得成品。

本发明用短切玻璃纤维及碳纤维联合增强PEEK树脂，两者以一定比例填充到PEEK
树脂中，能显著增强PEEK树脂的硬度和耐磨性。模块表面先用浓硫酸进行粗糙处理，然
后用乙醇吹洗干净后，喷涂一薄层PEEK/PTFE树脂作为外涂层，制得的模块具有优异的
机械性能，而且表面的纤维断裂头被PEEK/PTFE树脂所包裹，表面摩擦系数低，不会划
伤与模块接触的材料表面。粗糙处理过的表面使喷涂的外涂层与内芯层结合的更紧密，长
期使用后外涂层与内芯层之间不易剥离。外涂层采用添加了纳米Si3N4的PEEK/PTFE树
脂，摩擦系数低，其稳定摩擦系数在0.2-0.3之间，而且添加的纳米Si3N4的在摩擦过程中
可以发生摩擦化学反应，新的化合物的生成可增加转移膜与对摩擦面的结合强度，使得短
切玻璃纤维及碳纤维联合增强的PEEK树脂模块具有更强的耐磨性能。

具体实施方式

实施例1

本双层PEEK树脂复合材料模块的制备方法，其步骤包括：

A、将18％短切玻璃纤维、4％碳纤维、4％石墨和72％PEEK干燥后混匀，加入2％硅
烷偶联剂，常规工艺加热注塑成型，制得内芯层；

B、用高压喷雾装置喷涂浓硫酸溶液在模块表面，喷雾压力为300mmAq，控制喷雾液
滴和喷雾量大小，使模块形成粗糙表面；

C、用高压喷雾装置喷涂乙醇溶液在模块表面，对模块表面进行吹洗；

D、将75％的PEEK，20％的PTFE和5％的纳米Si3N4粉末混合均匀后，在430℃下熔
融，熔融体通过高压喷雾装置喷涂到模块表面，形成外涂层，控制外涂层的厚度在200um
左右，250℃保温1-2h，制得成品。

对制得的双层PEEK树脂复合材料模块进行性能测试，测试结果见表1。

实施例2

本双层PEEK树脂复合材料模块的制备方法与实施例1一致，内芯层中各组分配比为：
22％短切玻璃纤维、8％碳纤维、6％石墨、61％PEEK和3％硅烷偶联剂；外涂层中各组分
配比为：PEEK82％，PTFE15％、纳米Si3N43％。对制得的双层PEEK树脂复合材料模块
进行性能测试，测试结果见表1。

实施例3

本双层PEEK树脂复合材料模块的制备方法与实施例1一致，内芯层中各组分配比为：
20％短切玻璃纤维、6％碳纤维、5％石墨、66.5％PEEK和2.5％硅烷偶联剂；外涂层中各组
分配比为：PEEK78％，PTFE18％、纳米Si3N44％。对制得的双层PEEK树脂复合材料模
块进行性能测试，测试结果见表1。

以上本发明中提到的百分比均为质量百分比。

表1双层PEEK树脂复合材料模块性能测试结果

备注：摩擦磨损试验条件：初始负荷196N，转速200r/min,干摩擦2h。对磨轮：45钢，
42-45HRC。