一种PEEK复合材料及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种PEEK复合材料的制造方法，该方法包括以下步骤：步骤1：展宽碳纤维碳丝；步骤2：配制PEEK水性分散液，步骤1所述的展宽后的碳丝在该分散液中预浸并烘干得到预浸碳丝；步骤3：轧制步骤2所述的预浸碳丝得到碳纤维预浸单向布；步骤4：用步骤3所述的预浸单向布进行铺层；步骤5：将步骤4所得的铺层结构放入模具中进行模压，得到PEEK复合材料。

PEEK composite material and manufacturing method thereof

The invention provides a manufacturing method of PEEK composite material, which comprises the following steps: step 1: widening carbon fiber carbon wire; step 2: preparing PEEK aqueous dispersion solution; step 1: prepreg and drying the widened carbon wire in the dispersion solution to obtain carbon wire; step 3: rolling the prepreg carbon wire described in step 2 to obtain carbon wire; Fiber pre-impregnated one-way cloth; Step 4: Pre-impregnated one-way cloth as described in step 3 for laying; Step 5: Step 4: Put the layered structure obtained in step 4 into the mold for pressing to get PEEK composite.

【技术实现步骤摘要】
一种PEEK复合材料及其制造方法
本专利技术涉及一种高性能热塑性材料PEEK复合材料的制造方法及制备得到的PEEK复合材料。
技术介绍
聚醚醚酮(PEEK)是耐热性好、强度高的新一代芳香类高聚物，具有广阔的应用前景。作为一种性能强烈依赖于结晶结构的半结晶性高聚物，由于大分子链上含有刚性的苯环、柔性的醚键及提高分子间作用力的羰基，PEEK结构规整，具有高耐热性、高强度、高模量、高韧性、加工性能好等优异的综合性能。PEEK最初由英国ICI公司于1977年开发成功并于1980年正式投向市场的高性能工程塑料，80年代主要用于国防工业，近十年来，PEEK及其复合材料的应用迅速向电子、汽车、医疗器械等领域扩展。PEEK可以作为玻璃纤维、碳纤维或者芳纶纤维增强热塑性预浸料的基体，它优良的力学性能和成型加工性能使可以在航空航天、海洋、医疗和工业应用中替代金属和热固性塑料。通过PEEK改性的复合材料产品包括干织物、多轴向织物、编织物、丝束、单向布、单向片等。PEEK复合材料制备的瓶颈在于预浸，将碳纤维材料在PEEK预浸液中预浸得到PEEK改性的碳纤维材料是已知的，但是目前常规预浸方法制得的PEEK复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、抗冲击强度等性能不是很理想，以T700碳丝为原料制成的PEEK预浸单向布和复合材料为例，800根/mm密度的预浸单向布0°拉伸强度为2600Mpa,拉伸模量为139Gpa,弯曲强度为2254Mpa,弯曲模量为131Gpa，单向布以0°，30°，60°，90°，120°，150°，180°……360°的方向进行铺层得到的碳纤维复合材料，在0-180°之间每隔10°取样加工成拉伸弯曲和冲击样条的拉伸强度约为800-1100Mpa,拉伸模量为40-50Gpa,弯曲强度为800-900Mpa,弯曲模量为40-50Gpa，冲击强度为18-19KJ/m2。本专利技术的目的是通过工艺方法的改进，得到各项力学性能优秀的PEEK复合材料。
技术实现思路
本专利技术提供一种高性能热塑性材料PEEK复合材料的制造方法及制备得到的PEEK复合材料。该方法包括以下步骤：步骤1：展宽碳纤维碳丝；步骤2：配制PEEK水性分散液，步骤1所述的展宽后的碳丝在该分散液中预浸并烘干得到预浸碳丝；步骤3：轧制步骤2所述的预浸碳丝得到碳纤维预浸单向布；步骤4：用步骤3所述的预浸单向布进行铺层；步骤5：将步骤4所得的铺层结构放入模具中进行模压，得到PEEK复合材料；其特征在于：所述步骤1中，碳纤维碳丝被展宽到700-900根/毫米；所述步骤2中，配制的PEEK水性分散液的表面张力在20dyn/cm以下，粘度为1800-2000CPS；所述步骤3中，轧制的次数为1-3次；所述步骤4中，铺层时各层是不同角度交错的。进一步地，步骤3还包括切割部分步骤3所述的预浸单向布，编制成平纹展宽预浸编织布；步骤4还包括将步骤3所述的预浸单向布和平纹展宽预浸编织布进行混合铺层；优选地，所述步骤2所采用的分散液为超纯水；优选地，当预浸单向布和平纹展宽预浸编织布混合铺层时，预浸单向布和平纹展宽预浸编织布以1:1-3：1的比例混合铺层；更优选地，预浸单向布和平纹展宽预浸编织布以5:2的比例混合铺层，且铺层结构单元为：单向布3层/预浸编织布1层/单向布2层/预浸编织布1层。优选地，所述步骤4在铺叠时，各单向布层的角度从0度起始，以30-45度为单位，各层依次等幅递增排布。本专利技术对PEEK复合材料工艺的改进的原理如下：展宽的程度关系到步骤3轧制，我们发现，700根/mm时，轧制1次能够满足要求，而700根/mm每再增加100根/mm，轧制过程需再增加一次，轧制过程超过3次，碳纤维丝会因为反复的轧制造成疲劳断裂，PEEK树脂也因在高温的作用造成降解，另外，我们发现，碳纤维密度小于等于600根/mm时，PEEK分散液虽能很好的预浸到碳纤维丝中的间隙中去，但会因为在高温和轧制压力的作用下发生断裂，这是因为，600根/mm碳纤维过于稀薄，轧制压力会产生一定轧制应力，高温和轧制后的冷却会因为PEEK和碳纤维热膨胀系数的巨大差异，产生热应力，当热应力和轧制应力大于材料自身的强度是时候，碳纤维就会发生断裂。因此，综合来讲，选择700-900根/毫米能够实现较好的效果。对于步骤2预浸步骤，我们选择水性分散体表面张力小于等于20dyn/cm，分散液液体粘度为1800-2000CPS，过高的液体表面张力会使分散液成水珠状分散在碳纤维表面，而不能完全的浸透碳纤维展宽丝，即无法均匀分布在碳纤维的孔隙中。PEEK分散液的液体粘度大于2000cps，碳纤维通过PEEK分散液时会携带过多的PEEK分散液，也会因为粘度过大影响PEEK分散液的浸渍性；PEEK分散液的液体粘度小于1800cps，PEEK分散液对碳纤维的浸渍性能改善，但PEEK分散液中PEEK颗粒因为粘度的下降而变得宜沉降，影响PEEK粉末在分散液中分布的均匀性，导致最终产品PEEK和碳纤维比例不稳定。对于步骤4的混合铺层，其对最终产品的力学性能有很重要的影响，传统方法是单向布按照一定的角度排列铺层，本专利技术通过在单向布铺层结构中加入一定比例的平纹编织布，并按照特定比例制成多层三明治结构，使最终产品的力学性能，尤其是抗冲击强度明显优于已有产品。本专利技术通过对PEEK复合材料工艺的改进，尤其是对单向布制造环节中，碳丝展宽程度，以及对PEEK预浸液表面张力、粘度的选择，以及对轧制次数的选择，使得制得的PEEK单向布的孔隙率，PEEK降解率以及各项力学性能得到明显提升，以此PEEK单向布为基础，通过对铺层结构及角度的研究选择，使得最终得到的PEEK复合材料的力学性能，尤其是抗冲击强度明显优于已有产品。具体实施方式实施例1碳纤维丝的制造取T700碳纤维碳丝用展宽设备展宽到700根每毫米。实施例2碳纤维丝的制造取T700碳纤维碳丝用展宽设备展宽到800根每毫米。实施例3碳纤维丝的制造取T700碳纤维碳丝用展宽设备展宽到900根每毫米。实施例4碳纤维丝的制造取T700碳纤维碳丝用展宽设备展宽到600根每毫米。实施例5碳纤维丝的制造取T700碳纤维碳丝用展宽设备展宽到1000根每毫米。实施例6预浸液的制备取PEEK粉末分散到超纯水中；水中添加生物级分散剂使混合后的水性分散体表面张力等于20dyn/cm，分散液液体粘度为1900CPS，固含量为32％。实施例7碳纤维丝的预浸和轧制取实施例1展宽后的碳纤维丝在实施例6的PEEK水性分散体中预浸后取出，通过高温烘箱烘干后轧制一次，其中预浸速度0.8m/min，高温烘箱温度385℃，碳丝在烘箱中停留7分钟，轧制压力30N/mm。制得PEEK碳纤维预浸单向布。实施例8碳纤维丝的预浸和轧制取实施例2展宽后的碳纤维丝在实施例7的PEEK水性分散体中预浸后取出，通过高温烘箱烘干后轧制二次，其中预浸速度0.8m/min，高温烘箱温度385℃，碳丝在烘箱中停留7分钟，轧制压力30N/mm。制得PEEK碳纤维预浸单向布。实施例9碳纤维丝的预浸和轧制取实施例3展宽后的碳纤维丝在实施例6的PEEK水性分散体中预浸后取出，通过高温烘箱烘干后轧制三次，其中预浸速度0.8m/min，高温烘箱温度385℃，碳丝在烘箱中停留本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PEEK复合材料的制造方法，该方法包括以下步骤：步骤1：展宽碳纤维碳丝；步骤2：配制PEEK水性分散液，步骤1所述的展宽后的碳丝在该分散液中预浸并烘干得到预浸碳丝；步骤3：轧制步骤2所述的预浸碳丝得到碳纤维预浸单向布；步骤4：用步骤3所述的预浸单向布进行铺层；步骤5：将步骤4所得的铺层结构放入模具中进行模压，得到PEEK复合材料；其特征在于：所述步骤1中，碳纤维碳丝被展宽到700‑900根/毫米；所述步骤2中，配制的PEEK水性分散液的表面张力在20dyn/cm以下，粘度为1800‑2000CPS；所述步骤3中，轧制的次数为1‑3次；所述步骤4中，铺层时各层是不同角度交错的。

【技术特征摘要】
1.一种PEEK复合材料的制造方法，该方法包括以下步骤：步骤1：展宽碳纤维碳丝；步骤2：配制PEEK水性分散液，步骤1所述的展宽后的碳丝在该分散液中预浸并烘干得到预浸碳丝；步骤3：轧制步骤2所述的预浸碳丝得到碳纤维预浸单向布；步骤4：用步骤3所述的预浸单向布进行铺层；步骤5：将步骤4所得的铺层结构放入模具中进行模压，得到PEEK复合材料；其特征在于：所述步骤1中，碳纤维碳丝被展宽到700-900根/毫米；所述步骤2中，配制的PEEK水性分散液的表面张力在20dyn/cm以下，粘度为1800-2000CPS；所述步骤3中，轧制的次数为1-3次；所述步骤4中，铺层时各层是不同角度交错的。2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤3还包括切割部分步...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建忠，刘健，
申请(专利权)人：江苏百易得医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32