一種高強(qiáng)度聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于PEEK特種工程塑料領(lǐng)域，涉及一種利用特制偶聯(lián)劑處理碳纖維和無(wú) 機(jī)填充劑增強(qiáng)PEEK的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚醚醚酮（PEEK)是一種全芳香族半結(jié)晶性的熱塑性工程塑料，由于大分子鏈上 含有剛性的苯環(huán)、柔順的醚鍵及提高分子間作用力的羰基，結(jié)構(gòu)規(guī)整，因而具有高耐熱性、 高強(qiáng)度、高模量、高斷裂韌性等優(yōu)異的綜合性能。還具有絕緣、耐水解、抗輻射能力強(qiáng)等特 點(diǎn)，在許多工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但如今科技飛速發(fā)展，對(duì)材料的性能要求也在不 斷提高，尤其航空航天領(lǐng)域，要求重量輕的同時(shí)，還要求極高的強(qiáng)度和模量，很多領(lǐng)域要求 非常高的熱變形溫度，而這些都是純PEEK樹脂無(wú)法達(dá)到的，所以必須對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)處理。
[0003] 其中纖維增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料，尤其是碳纖維增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料將是未來(lái)PEEK改 性的主要方向。但是由于碳纖的表面為親水性，和樹脂基的相容性不好。傳統(tǒng)的硅烷偶聯(lián) 劑等雖然可以明顯改性碳纖和樹脂的相容性，但其耐熱等級(jí)低，結(jié)構(gòu)上和PEEK相差較大， 無(wú)法起到增容作用，所以造成碳纖維增強(qiáng)利用率不足的問(wèn)題，即增強(qiáng)效果不理想。因此我們 用等離子體改性法對(duì)碳纖維進(jìn)行一次處理，增強(qiáng)其表面活性，同時(shí)通過(guò)制備耐高溫的硅烷 偶聯(lián)劑來(lái)保證碳纖維與樹脂的相容性，使兩者的特性得到高效的利用。同時(shí)為了滿足一些 特定的需求，向其中加入無(wú)機(jī)填充劑，以增強(qiáng)復(fù)合材料的剛性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種利用特制偶聯(lián)劑處理碳纖維增強(qiáng)PEEK的制備方法， 通過(guò)利用特制的耐高溫硅烷偶聯(lián)劑對(duì)已經(jīng)進(jìn)行過(guò)等離子體改性的碳纖維進(jìn)行二次改性處 理，增強(qiáng)表面活性，通過(guò)熔融擠出法與添加了無(wú)機(jī)填充劑的PEEK進(jìn)行共混，形成碳纖維高 利用率的增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料，其中無(wú)機(jī)填充料由玻璃纖維、滑石粉、超細(xì)碳酸鈣按重量比 2:1:1組成。具體步驟如下： 一、碳纖維的預(yù)處理 首先采用常壓等離子體射流技術(shù)對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理，用氦氣和氧氣的混合氣體作 為發(fā)生氣體，氦氣作為惰性載氣，氧氣作為添加的活性氣體，氦氣流量為20L/min，氧氣流 量為0. 4 L/min，所使用的氦氣和氧氣為純度為99. 99%的高純度氣體，設(shè)備的功率設(shè)置為 IOOff0
[0005] 然后選用鈦酸酯、聯(lián)苯二酐、烯丙基胺與三乙氧基硅烷為原料制備偶聯(lián)劑，通過(guò)酰 亞胺化反應(yīng)，以及與鈦酸酯的物理混合得到特制耐高溫硅烷偶聯(lián)劑，通過(guò)氣液雙效法對(duì)已 進(jìn)行過(guò)等離子體改性的碳纖維進(jìn)行二次改性。
[0006] 三、碳纖維與PEEK樹脂的共混 將PEEK，無(wú)機(jī)填充劑、特制偶聯(lián)劑和經(jīng)過(guò)處理的短切碳纖分別加入第一、第二、第三失 重秤，從主喂料口加入PEEK、無(wú)機(jī)填充劑和特制偶聯(lián)劑，從第二側(cè)喂料口加入碳纖，通過(guò)失 重秤精確調(diào)節(jié)配方中各組分含量，加工溫度從320°C到380°C。
[0007] 將擠出的料條經(jīng)傳送帶傳輸、空氣冷切、切粒即得到本發(fā)明所述的高強(qiáng)度碳纖增 強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 如無(wú)具體說(shuō)明，本發(fā)明的各種原料均可以通過(guò)市售得到；或根據(jù)本領(lǐng)域的常規(guī)方 法制備得到。除非另有定義或說(shuō)明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語(yǔ)與本領(lǐng)域技術(shù)熟 練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本 發(fā)明方法中。
[0009] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用 于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按 照制造廠商所建議的條件進(jìn)行。除非另外說(shuō)明，否則所有的份數(shù)為重量份，所有的百分比為 重量百分比，所述的聚合物分子量為數(shù)均分子量。
[0010] 步驟 1、 以下實(shí)施例中所用的碳纖維的表面處理，處理步驟如下：采用美國(guó)SurfX Technologies公司生產(chǎn)的Atmof 1〇_250常壓等離子體設(shè)備對(duì)PAN基碳纖維進(jìn)行處理。在 常壓開放環(huán)境下用氦氣和氧氣的混合氣體作為發(fā)生氣體，設(shè)備的功率設(shè)置為100W，溫度為 60度，以達(dá)到碳纖維的一次改性。將處理后的碳纖維用特制耐高溫硅烷偶聯(lián)劑通過(guò)氣液雙 效法進(jìn)行二次改性。其中偶聯(lián)劑制備選用鈦酸酯、聯(lián)苯二酐、烯丙基胺與三乙氧基硅烷為原 料，通過(guò)酰亞胺化反應(yīng)，以及與鈦酸酯的物理混合得到特制耐高溫偶聯(lián)劑。
[0011] 步驟 2、 設(shè)定雙螺桿擠出機(jī)各工藝段溫度為320°C、340°C、355°C、355°C、355°C、355°C、355°C、 355°C、350°C、340°C，溫度達(dá)到設(shè)定值后，首先開啟第一失重秤，以20Kg/h的喂料速度從主 喂料口加入PEEK粉料，其中PEEK熔指為219/10min，待口模擠出PEEK后，開啟第二失重秤， 以0. 45Kg/h的速度加入無(wú)機(jī)填充劑和特制偶聯(lián)劑，待擠出機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)后，開啟側(cè)喂料和第 三失重秤，以2. 27Kg/h的速度加入短切碳纖，控制雙螺桿轉(zhuǎn)速為300-500Rad/min，扭矩不 超過(guò)80%，機(jī)頭熔體溫度不超過(guò)400°C，得到PEEK含量88%，無(wú)機(jī)填充劑含量5%，碳纖含量 10%的復(fù)合材料。調(diào)整喂料參數(shù)，得到不同的配方，配方見表1，各配方性能見表2。
[0012] 表1不同配方各組分的含量
表2不同配方性能比較
由表中可以看出，高強(qiáng)碳纖和無(wú)機(jī)填充劑的加入可以顯著提高PEEK的強(qiáng)度和耐熱性， 并且隨著碳纖含量的增加，材料的強(qiáng)度和耐熱性都在提高，無(wú)機(jī)填充劑含量的增加，可以改 善材料的加工性能，提高碳纖的分散性，從而使材料性能有所提高。
[0013] 以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用 等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利高強(qiáng)度聚醚醚酮復(fù)合材料的制備方法，利用無(wú)機(jī)填料和經(jīng)過(guò)二次改性的碳纖 維，通過(guò)熔融擠出法與PEEK進(jìn)行共混，形成材料性能利用率高的高強(qiáng)度PEEK復(fù)合材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述無(wú)機(jī)填料是由玻璃纖維、滑石粉、超細(xì)碳酸鈣組成，各組分含量 按重量比為2:1: 1。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)過(guò)二次改性的碳纖維中，碳纖維是由德國(guó)西格里公司生產(chǎn) 的高強(qiáng)度短切碳纖，長(zhǎng)度為6 _，一次改性是通過(guò)等離子體法對(duì)其進(jìn)行改性，然后通過(guò)特制 的耐高溫偶聯(lián)劑對(duì)其進(jìn)行二次改性。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的通過(guò)特制的耐高溫偶聯(lián)劑對(duì)其進(jìn)行二次改性中，偶聯(lián)劑制備 選用鈦酸酯、聯(lián)苯二酐、烯丙基胺與三乙氧基硅烷為原料，通過(guò)酰亞胺化反應(yīng)，以及與鈦酸 酯的物理混合得到特制耐高溫硅烷偶聯(lián)劑，通過(guò)氣液雙效法對(duì)已進(jìn)行過(guò)等離子體改性的碳 纖維進(jìn)行二次改性。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度PEEK復(fù)合材料的制備方法，利用無(wú)機(jī)填料和經(jīng)過(guò)二次改性的碳纖維，通過(guò)熔融擠出法與PEEK進(jìn)行共混，形成材料性能利用率高的高強(qiáng)度PEEK復(fù)合材料。
【IPC分類】C08K9/00, C08K7/06, C08K9/04, C08K13/06, C08K3/34, C08K3/26, C08L61/16, C08K7/14, C08K9/06
【公開號(hào)】CN105175991
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】全振華, 翟春熙, 馬俊杰
【申請(qǐng)人】黑龍江鑫達(dá)企業(yè)集團(tuán)有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2014年6月13日