一种高导电聚醚醚酮复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高导电聚醚醚酮复合材料及其制备方法，属于高分子导电材料领域。本发明专利技术提供的高导电聚醚醚酮复合材料，由以下重量份数的原料组成：PEEK 80‑100份，增强纤维10‑20份，接枝改性碳纳米管10‑15份，耐磨剂3‑8份，偶联剂2‑5份，抗氧剂0.5‑1份，润滑剂1‑2份。本发明专利技术以PEEK为基料，加入增强纤维，碳纳米管，耐磨剂等，制备的复合材料不仅具有优异的力学性能，耐高温以及耐磨性能，同时通过对碳纳米管进行化学接枝改性，赋予复合材料高导电性能和高温外观颜色稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高导电聚醚醚酮复合材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子导电材料领域，尤其涉及一种高导电聚醚醚酮复合材料，能够满足材料高导电的要求。
技术介绍
导电聚合物复合材料是通过向绝缘的聚合物中掺入导电填料制备。导电填料包括金属和碳系两大类，填料自身的几何状态和导电性质对复合材料的电性能影响教导，碳系填料因质量轻，电性能、耐热性能优异和强度高等优势而得到了广泛的应用。碳纳米管(CNTs)是碳系填料的一个新的类别，具有高的长径比、较大的比表面积、优异的机械性能和独特的光电性质，通过碳纳米管和非导电聚合物制备的复合材料，可以将碳纳米管优良的力学和电性能和聚合物的已加工性能结合起来，具有广泛的应用前景。聚醚醚酮，简称PEEK，是在主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元所构成的高聚物，属于新型特种工程塑料，PEEK具有耐高温，耐化学药品腐蚀，不仅耐热性比其它耐高温塑料优异，而且具有高强度、高模量、高断裂韧性以及优良的尺寸稳定性，而且PEEK树脂具有突出的摩擦学特性，耐滑动磨损和微动磨损性能优异，PEEK还具有自润滑性好、易加工、绝缘性稳定、耐水解等优异性能，使得其在航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和食品加工等领域具有广泛的应用，开发利用前景十分广阔。另外现有技术中也披露了相关导电复合材料的制备，如现有技术CN201510880586.X公开了一种聚苯硫醚/聚醚醚酮导电复合材料，包括如下按质量百分数计的组分：聚苯硫醚/聚醚醚酮共混物80-90％，聚苯硫醚/碳材料母料10-20％，通过先将一定粒径的碳材料碳纳米管和石墨烯与聚苯硫醚混合制备母料，再与基体聚合物混合，改善导电填料在聚合物基体中的分散和分布。现有技术CN201010611646.5公开了一种高导电聚合物碳纳米管复合材料，包括聚合物50-99.95份，碳纳米管0.05-20份，抗氧剂0-15份，分散剂0-15份，利用微型加工过程中微型熔腔中存在的高的温度梯度场和剪切速率梯度场，使聚合物和碳纳米管通过摩擦、剪切、扩散等过程获得分散稳定性良好的聚合物和碳纳米管复合材料。现有技术中披露的高导电聚醚醚酮复合材料均是通过先制备母料或者通过选择特定的加工工艺来改善基体材料与碳纳米管的分散性能，通过上述方式虽在一定程度上能够解决碳纳米管在基体中的分散问题，但在实际应用工中，非导电聚合物/碳纳米管复合材料还存在着很多障碍，如碳纳米管在基体中的分散、界面问题和性能稳定性等都未得到很好解决，而且也无法解决在高温使用时因碳纳米管的团聚而导致的导电性能下降，以及颜色外观的问题，从而限制了其应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足而提供一种高导电聚醚醚酮复合材料及其加工方法，该复合材料不仅具有优异的力学性能，耐高温以及耐磨性能，同时通过对碳纳米管进行化学改性，赋予复合材料高导电性能和高温外观颜色稳定性。在本专利技术的一个实施例中，提供了一种高导电聚醚醚酮复合材料，由以下重量份份数的组分组成：PEEK80-100份增强纤维10-20份接枝改性碳纳米管10-15份耐磨剂3-8份偶联剂2-5份抗氧剂0.5-1份润滑剂1-2份。其中，所述的PEEK树脂的分子量Mw在50-100万之间，熔融指数在5-25g/10min；选择PEEK树脂的分子量和熔融指数对于保证材料的力学性能和加工性能是有利的。所述的增强纤维是碳纤维、芳纶纤维中的一种或两种，增强纤维的加入对于提高材料的力学性能、耐磨性能以及耐高温性能均是有利的。所述碳纳米管粒径为10-40nm的单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，碳纳米管的加入不仅能赋予材料优异的导电性能，同时还能赋予材料优异的力学性能。所述的改性碳纳米管的制备方法如下：(1)碳纳米管的表面偶联剂改性a、往质量分数为50％的乙醇水溶液中加入偶联剂KH570，用稀酸水溶液调节pH为3-4，配制成质量分数为30％的KH570偶联剂溶液；b、向反应容器中加入10-20份碳纳米管、100-150份丙酮、10-20份KH570硅烷偶联剂溶液，搅拌均匀，并在60-70℃下搅拌反应5-8小时；c、反应结束后，过滤，以无水丙酮洗涤，干燥，得硅烷偶联剂改性的碳纳米管；(2)改性碳纳米管表面接枝改性d、向反应器中加入10-15份改性碳纳米管、50-120份甲基丙烯酸甲酯、20-30份苯乙烯，200-300份丙酮，搅拌，并升温至70-80℃；e、加入0.5-1.0份引发剂，搅拌保温1-3小时；f、升温至100℃在保温反应4-8小时；g、以丙酮洗涤产物后干燥，得表面接枝改性的碳纳米管。所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种。本专利技术中先通过硅烷偶联剂KH570对碳纳米管表面进行改性，再通过硅烷偶联剂上的双键与甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯接枝聚合，改变体系的极性，而且甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物也具有良好的综合力学性能，该聚合物的引入到碳纳米管，能够显著改善与聚醚醚酮的界面作用，从而有助于增加碳纳米管的填充量和分散稳定，有利于提高复合材料的导电性能，力学性能以及高温外观稳定性能。所述的耐磨剂为纳米碳化硅，纳米氧化镁、纳米二氧化硅、纳米碳化硼、纳米氧化铝中的一种或几种，进一步优选为经偶联剂改性的耐磨剂；选用的耐磨剂具有高硬度、低磨损等特性，同时还具有较好的导热特性，可及时分散摩擦材料所产生的摩擦热，可减少聚合物的热降解，提高复合材料的使用寿命。所述的偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种。所述的润滑剂为聚四氟乙烯、二硫化钼、石墨、聚硅酮中的一种或几种，其中聚四氟乙烯和聚硅酮属于有机高分子润滑剂，具有很好的润滑作用，可减少粘着磨损；二硫化钼、石墨则是较好的固体润滑剂，具有稳定摩擦系数的作用，同时可以减少材料的磨损。在本专利技术的另一个实施方案中，还提供了一种高导电聚醚醚酮复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将PEEK在150-160℃下进行烘干，干燥2-3小时备用；(2)将干燥好的PEEK、增强纤维、接枝改性碳纳米管、耐磨剂、偶联剂、抗氧剂、润滑剂加入高速混合机进行混合，得到混合料；(3)将步骤(2)得到的混合料通过注塑成型制备得到高导电聚醚醚酮复合材料。因此，本专利技术提供一种高导电聚醚醚酮复合材料，具有以下优点：本专利技术提供的高导电聚醚醚酮复合材料组分包含了表面接枝改性的碳纳米管，克服了碳纳米管分散不匀、分散不稳定而降低复合材料力学性能以及导电性能的缺陷，同时也促进了碳纳米管与聚合物基体材料的融合，同时还能避免由简单物理混合改性碳纳米管而导致的高温团聚出现的黑点，从而影响材料的外观的问题。具体实施方式为便于进一步说明本专利技术，使本专利技术的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合具体的实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。本专利技术中实施例和对比例中采用PEEK的分子量为60万，熔体流动速率为20g/10min；碳纳米管的粒径为20nm。实施例1本实施例提供一种高导电聚醚醚酮复合材料，由以下重量份份数的组分组成：PEEK80份，芳纶纤维10份，接枝改性碳纳米管10份，纳米氧化铝5份，硅烷偶联剂2份，抗氧剂0.5份，聚四氟乙烯1份。其中接枝改性碳纳米管通过如下方法制备：a、往质量分数为50％的乙醇水溶液中加入偶联剂K本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导电聚醚醚酮复合材料，由以下重量份份数的组分组成：PEEK 80‑100份增强纤维10‑20份接枝改性碳纳米管10‑15份耐磨剂3‑8份偶联剂2‑5份抗氧剂0.5‑1份润滑剂1‑2份。

【技术特征摘要】
1.一种高导电聚醚醚酮复合材料，由以下重量份份数的组分组成：PEEK80-100份增强纤维10-20份接枝改性碳纳米管10-15份耐磨剂3-8份偶联剂2-5份抗氧剂0.5-1份润滑剂1-2份。2.根据权利要求1所述的高导电聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述的接枝改性碳纳米管采用如下方法制备：(1)碳纳米管的表面偶联剂改性a、往质量分数为50％的乙醇水溶液中加入偶联剂KH570，用稀酸水溶液调节pH为3-4，配制成质量分数为30％的KH570偶联剂溶液；b、向反应容器中加入10-20份碳纳米管、100-150份丙酮、10-20份KH570硅烷偶联剂溶液，搅拌均匀，并在60-70℃下搅拌反应5-8小时；c、反应结束后，过滤，以无水丙酮洗涤，干燥，得硅烷偶联剂改性的碳纳米管；(2)改性碳纳米管表面接枝改性d、向反应器中加入10-15份改性碳纳米管、50-120份甲基丙烯酸甲酯、20-30份苯乙烯，200-300份丙酮，搅拌，并升温至70-80℃；e、加入0.5-1.0份引发剂，搅拌保温1-3小时；f、升温至100℃在保温反应4-8小时；g、以丙酮洗涤产物后干燥，得表面接枝改性的碳纳米管。3.根据权利要求2所述的高导电聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种。4.根据权利要求2所述的高导...

【专利技术属性】
技术研发人员：张森，金志恒，
申请(专利权)人：苏州聚泰新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32