本发明专利技术公开了一种磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括：对聚醚醚酮进行表面改性，使其表面的羰基还原为羟基，形成羟基化聚醚醚酮；将碳纳米管氧化得到含羧基的氧化碳纳米管，将含羧基的氧化碳纳米管磺化得到磺化碳纳米管；磺化碳纳米管表面的磺酸基团和羟基化聚醚醚酮表面的羟基反应生成磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮；将磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮与聚醚醚酮均匀混合形成混合原料，热压成型制成磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料，其中，混合原料中聚醚醚酮的质量分数为2‑5%。本发明专利技术所制得的复合材料具有高强度、高模量、高硬度、高热变形温度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料
，涉及一种碳纳米管增强聚醚醚用复合材料的制备方法，特别是涉及一种磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料的制备方法。
技术介绍
聚醚醚酮树脂是一种热塑性特种工程塑料，其具有耐热等级高、耐辐射、冲击强度高、耐摩擦和耐疲劳性好、阻燃、电性能优异等特点，已经在航空航天、汽车、电子电气、化工、机械和医疗等领域获得了较为广泛的应用。但是，纯聚醚醚酮树脂的玻璃化转变温度为143℃，熔点为334℃，脆性大、剪切性能差，限制了其应用范围。CN104804373A公开了一种胺化碳纳米管/聚醚醚酮复合材料，其采用胺化碳纳米管与原始聚醚醚酮通过简单的分子间作用力结合在一起，但是其相容性较差。同时该专利采用的是在溶液混合法进行复合材料的制备，将胺化碳纳米管与溶有一定聚醚醚酮的DMF溶液进行混合超声分散，在一定温度下降溶剂挥发，以得到复合材料。但是溶液混合法容易导致胺化碳纳米管在底部沉积，致使其分散性较差，同时伴随溶剂的挥发，导致所制备的材料内部出现较小的孔洞，使材料的力学性能和热稳定性有所下降。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的不足，本专利技术公开了一种磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料的制备方法，旨在提供一种具有高强度、高模量、高硬度、高热变形温度、高耐腐蚀性能的复合材料。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括如下步骤：（1）对聚醚醚酮进行表面改性，使其表面的羰基还原为羟基，形成羟基化聚醚醚酮；（2）将碳纳米管氧化得到含羧基的氧化碳纳米管，进一步磺化得到磺化碳纳米管；（3）磺化碳纳米管与羟基化聚醚醚酮反应生成磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮；（4）将磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮与聚醚醚酮混合形成混合原料，热压成型制成磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料，其中，混合原料中聚醚醚酮的质量分数为2-5%。优选地，步骤（4）中的混合原料是在 378-382℃，3-5MPa条件下热压成型的；步骤（2）中的含羧基的氧化碳纳米管中的羧基与对氨基苯磺酸中的氨基脱水缩合得到磺化碳纳米管。作为一种优选实施方式，所述含羧基的氧化碳纳米管的制备方法为：将碳纳米管加入到质量浓度为98%浓硫酸和质量浓度为65%浓硝酸体积比为3:1的混合溶液中，在45-55℃下超声分散100-140min，此时反生的反应为：式中：C-COOH：含羧基的氧化碳纳米管抽滤得到滤饼，并用去离子水清洗滤饼至中性，将滤饼在88-92℃下真空干燥11-13h后得到干燥的含羧基的氧化碳纳米管。所述磺化碳纳米管的制备方法为：此时反生的反应为：所述磺化碳纳米管的具体制备方法为：（1）将含羧基的氧化碳纳米管置于由DCC和无水乙醇混合的DCC无水乙醇溶液中，于28-32℃下超声分散20-40min得到碳纳米管溶液；（2）将对氨基苯磺酸溶于去离子水中，得到对氨基苯磺酸溶液；（3）将碳纳米管溶液和对氨基苯磺酸溶液混合，在28-32℃下超声分散20-40min后，在48-52℃条件下磁力搅拌反应5-7h，抽滤得到滤饼，并用无水乙醇或去离子水清洗至中性，将滤饼在88-92℃下真空干燥12h，得到干燥的磺化碳纳米管；其中，步骤（3）中碳纳米管溶液和对氨基苯磺酸溶液中溶质的量相等。所述羟基化聚醚醚酮的优选制备方法为：将聚醚醚酮、硼氢化钠和DMSO在118-122℃下反应时间7-9h，得到羟基化聚醚醚酮，抽滤得到滤饼，并依次用无水乙醇、去离子水、盐酸进行洗涤，将滤饼在78-82℃下干燥10-14h，得到干燥的羟基化聚醚醚酮。较佳地，聚醚醚酮与硼氢化钠的质量比为（4-6）:1，聚醚醚酮与DMSO的质量体积比为（0.03-0.05）g/mL。其反应方程式为：作为一种优选实施方式，所述磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮可以通过如下步骤制备而成：（1）将磺化碳纳米管加入到DMF中，在48-52℃下超声分散20-40min，形成A溶液；（2）将羟基化聚醚醚酮加入含有DCC和DMAP的DMF溶液中，在48-52℃下超声分散20-40min，形成B溶液；（3）将A溶液和B溶液混合后，在48-52℃下超声分散25-35min，然后在惰性气氛下于48-52℃回流反应7-9h后形成C溶液，向C溶液中加入无水乙醇，在48-52℃的水浴搅拌条件下处理25-35min，将所得物质进行抽滤得到初滤饼，用无水乙醇将吸附在初滤饼上的DCC和DMAP洗净后得到滤饼，将滤饼在48-52℃下真空干燥11-13h，得到磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮。其反应方程式为：较佳地，步骤（1）中，磺化碳纳米管与DMF的质量体积比为0.004g/mL；步骤（2）中，羟基化聚醚醚酮、DCC和DMAP的质量比为6:8:1，羟基化聚醚醚酮与N,N-二甲基甲酰胺的质量体积比为0.05 g/mL。所述磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料的优选制备方法为：（1）将混合原料加入到无水乙醇中，在常温下超声分散25-35min后，于48-52℃下真空干燥18-22min，然后继续在常温下超声分散25-35min，重复上述真空干燥、超声分散3-5次后，在48-52℃下真空干燥3-5h，其中，磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮与无水乙醇的质量体积比为0.001g/mL；（2）将步骤（1）处理后的混合原料加入到模具中压实，并对模具低温预热至148-152℃；（3）将平板硫化机加热至378-382℃，将预热好的模具放在平板硫化机的加热板之间，合模，将模具在加热板之间加热2h，压力控制在3-5MPa，将排气次数设置为3次，将排气距离设置为2s；（4）将压力控制在14-16MPa，硫化10min，得到磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料。当然，采用平板硫化机只是一种实施方式，热压机、挤出机、注塑机等其他热压成型设备在378-382℃，3-5MPa下也可以得到磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料。作为公知常识，化学药品在使用前进行干燥，必要时还需要进行研磨，当然本专利技术中所用的化学药品也不例外。本专利技术采用磺化碳纳米管与羟基化聚醚醚酮进行接枝反应，使两种物质通过化学键进行连接，以促进碳纳米管在羟基化聚醚醚酮表面的分散，以促进其在复合材料中的分散。增加了磺化碳纳米管在母体聚醚醚酮中的相容性。同时采用热压成型的方法将磺化碳纳米管/羟基化聚醚醚酮与原始聚醚醚酮进行成型，对比溶液混合成型，使材料的内部没有了孔洞，增加了材料的结构的稳定，可以大幅度提高聚醚醚酮的化学物理性能，增强耐酸、耐碱性和耐摩擦性能，扩大聚醚醚酮的应用范围。说明书附图图1为改性后的碳纳米管的红外谱图。图2为改性后的聚醚醚酮的红外谱图。图3为改性后的碳纳米管的热重图。图4为改性后的聚醚醚酮发的热重图。图5为改性后的碳纳米管的扫描电镜图。图6为改性后的聚醚醚酮的扫描电镜图。图7为材料的储能模量图。图8为材料的损耗因子图。具体实施方式以下描述用于揭示本专利技术以使本领域技术人员能够实现本专利技术。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。实施例一种磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括如下步骤：（本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）对聚醚醚酮进行表面改性，使其表面的羰基还原为羟基，形成羟基化聚醚醚酮；（2）将碳纳米管氧化得到含羧基的氧化碳纳米管，进一步磺化得到磺化碳纳米管；（3）磺化碳纳米管与羟基化聚醚醚酮反应生成磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮；（4）将磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮与聚醚醚酮混合形成混合原料，热压成型制成磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料，其中，混合原料中聚醚醚酮的质量分数为2‑5%。
【技术特征摘要】
1.一种磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）对聚醚醚酮进行表面改性，使其表面的羰基还原为羟基，形成羟基化聚醚醚酮；（2）将碳纳米管氧化得到含羧基的氧化碳纳米管，进一步磺化得到磺化碳纳米管；（3）磺化碳纳米管与羟基化聚醚醚酮反应生成磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮；（4）将磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮与聚醚醚酮混合形成混合原料，热压成型制成磺化碳纳米管接枝羟基化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料，其中，混合原料中聚醚醚酮的质量分数为2-5%。2.如权利要求1所述复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中的混合原料是在378-382℃，3-5MPa条件下热压成型的。3.如权利要求2所述复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的含羧基的氧化碳纳米管中的羧基与对氨基苯磺酸中的氨基脱水缩合得到磺化碳纳米管。4.如权利要求1所述复合材料的制备方法，其特征在于：所述含羧基的氧化碳纳米管的制备方法为：将碳纳米管加入到质量浓度98%浓硫酸和质量浓度为65%浓硝酸体积比为3:1的混合溶液中，在45-55℃下超声分散100-140min，抽滤得到滤饼，并用去离子水清洗滤饼至中性，将滤饼在88-92℃下真空干燥12h后得到干燥的含羧基的氧化碳纳米管。5.如权利要求4所述复合材料的制备方法，其特征在于：所述磺化碳纳米管的制备方法为：（1）将含羧基的氧化碳纳米管置于由DCC和无水乙醇混合的DCC无水乙醇溶液中，于28-32℃下超声分散20-40min得到碳纳米管溶液；（2）将对氨基苯磺酸溶于去离子水中，得到对氨基苯磺酸溶液；（3）将碳纳米管溶液和对氨基苯磺酸溶液混合，在28-32℃下超声分散20-40min后，在48-52℃条件下磁力搅拌反应5-7h，抽滤得到滤饼，依次用无水乙醇和去离子水清洗至中性，将滤饼在88-92℃下真空干燥12h，得到干燥的磺化碳纳米管；其中，步骤（3）中碳纳米管溶液和对氨基苯磺酸溶液中溶质的量相等。6.如权利要求1所述复合材料的制备方法，其特征在于：所述羟基化聚醚醚酮的制备方法为：将聚醚醚酮、硼氢化钠和DMSO在118-122℃下反应时间7-9h，抽滤得到滤饼，并依次用无水乙醇、去离子水、盐酸进行洗涤，将滤饼在78-82℃下干燥10-14h，得到干燥的羟基化聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱丽，刘旭光，单英杰，陈永康，杨永珍，胡雅菲，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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