一种高导热碳纤维/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料制造技术

一种高导热碳纤维/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料，属于高性能复合材料领域。按质量和100％计算，该电磁屏蔽复合材料是由10～50wt.％的磺化聚醚醚酮及其钠盐双组份、40～80wt.％的聚醚醚酮、5～30wt.％的碳纤维按比例均匀混合通过热压法制备得到。所述磺化聚醚醚酮及其钠盐双组份是将磺化聚醚醚酮与碱性钠盐溶液反应中和一部分磺酸根，磺酸根的中和比例为30％～70％。相比于传统碳纤维/聚醚醚酮复合材料，本发明专利技术制备的复合材料的导热性能都有明显的增强，并且在低填充量下，复合材料的导热率就已经超过了2W/(m·K)。此外，复合材料的电磁屏蔽性能和力学性能都十分优异。

A high thermal conductivity carbon fiber / PEEK electromagnetic shielding composite

【技术实现步骤摘要】
一种高导热碳纤维/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料
本专利技术属于高性能复合材料领域，具体涉及一种高导热碳纤维/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料。
技术介绍
特种工程塑料凭借着自身质轻、耐腐蚀、加工性高可操作性大等优势，已经逐渐发展到各个领域。但是作为高分子材料的一种，本身的分子结构使声子振动在其内部传播效率极低，无法及时传导、散失热量或屏蔽电磁，为了进一步拓展其应用，需要进一步改性制备导热电磁屏蔽材料。共混法制备导热复合材料以其操作简单，易于大规模工业化生产等优势，成为国内外制备复合材料的主要方法。由于基体树脂导热性能差，复合材料中主要通过填料在基体内部有效传播声子振动实现热量的传递。因此，对于填料在基体中的分布、取向、结构和大小的控制，就显得尤为重要。碳纤维/聚醚醚酮复合材料以其极佳的力学性能，热学性能被广泛应用于各个领域。但是在传统工艺生产下，碳纤维和聚醚醚酮制备的复合材料导热性能很差：当碳纤维引入量为30wt.％时，复合材料的导热率为0.97W/(m·K)；当碳纤维引入量超过70wt.％时，复合材料的导热率才能达到2W/(m·K)。这种现象出现的主要原因是碳纤维在基体内部的分散方式：传统结构的碳纤维/聚醚醚酮复合材料中碳纤维独立的分散在基体内部，各自孤立，相互之间难以形成导热通路，无法构建完整的导热网络。因此，需要引入量很大时，才能得到导热性能较好的复合材料。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种高导热碳纤维/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料，具体通过合理控制碳纤维的分布方式，使其有序连接，避免各自孤立的状态。在结构上形成优势，使碳纤维在低填充量下就能够构建导热网络制备高导热碳纤维/聚醚醚酮复合材料，且具有一定电磁屏蔽性能。本专利技术所述的一种新结构高导热碳纤维/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料，其特征在于：按质量和100％计算，该电磁屏蔽复合材料是由10～50wt.％的磺化聚醚醚酮及其钠盐双组份、40～80wt.％的聚醚醚酮、5～30wt.％的碳纤维按比例均匀混合通过热压法制备得到。进一步，所述磺化聚醚醚酮及其钠盐双组份是将磺化聚醚醚酮与碱性钠盐溶液反应中和一部分磺酸根，提高磺化聚醚醚酮的热稳定性；其中，磺化聚醚醚酮的磺化度为5～30％；碱性钠盐溶液为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或两种以上的混合水溶液，碱性钠盐溶液的浓度为0.01～0.1mol/L；反应时间为5～8min，磺酸根的中和比例为30％～70％；具体中和比例的实际配比举例为1mol磺化度20％的磺化聚醚醚酮，其分子主链上磺酸基为0.2mol，与0.06mol钠离子碱溶液中和后比例为30％，与0.14mol钠离子碱溶液中和后比例为70％；钠离子的量由氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠的量调配控制。所述聚醚醚酮熔融指数为19～35g/10min。通过ASTMD1238测试标准测试：将聚醚醚酮粉末置于上口测试槽中，加热至熔融状态，在原料上端施加标准力向下挤压，测量聚醚醚酮在10min内下口被挤出的质量，与标准对照后得出熔融指数。所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维中的一种或两种以上，长径比为(200～2000)：1，长度为200～500μm。所述热压法制备复合材料关键在于高温搅拌熔融材料，重排碳纤维分布。具体是按比例均匀混合所有原料，然后在330～380℃无压力状态下，在热压机内槽熔融所有树脂，搅拌3～8分钟，重排碳纤维分布。之后在390～420℃、15～30Mpa的压力下成型，得到本专利技术所述的高导热碳纤维/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料。附图说明图1：传统碳纤维/聚醚醚酮复合材料与本专利技术所述新结构复合材料结构示意图；对于传统碳纤维/聚醚醚酮复合材料，当碳纤维含量较低时，碳纤维各自孤立，彼此之间没有联系，材料导热性能很差，如图1(a)图所示。图1(b)为碳纤维/磺化聚醚醚酮/聚醚醚酮复合材料结构示意图，其中基体为聚醚醚酮，白色条形为磺化聚醚醚酮，黑色为碳纤维；由于两种树脂界面对于碳纤维的表面张力不同，使其趋向于分布在两相界面，呈现特殊结构。再通过热分解将磺化聚醚醚酮转化为聚醚醚酮(如图1(c))，此时碳纤维依然保持原有的排布方式，制备新结构碳纤维/聚醚醚酮复合材料。图2：复合材料的元素分析谱图，主要检验材料中剩余的硫元素含量，确认磺化聚醚醚酮是否完全脱磺酸基。图(a)、(b)、(c)分别为实施例1，2，3对应复合材料碳、氧、硫元素元素分析谱图，具体数据对应标记在表格中。图3：复合材料的扫描电镜，图(a)、(b)、(c)分别为实施例1，2，3对应复合材料微观形貌图。制备扫描电镜样品，将复合材料的切条在液氮条件下冷却，冲击杯壁得到样品自然断面。具体实施方案实施例11.制备高导热碳纤维/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料复合材料包括磺化聚醚醚酮及其钠盐双组份30wt.％，聚醚醚酮40wt.％，碳纤维30wt.％。聚醚醚酮熔融指数为21g/10min；碳纤维为沥青基碳纤维，长径比为(200～2000)：1，长度为200～500μm。具体操作如下：将4,4’-二氟二苯甲酮溶入98wt.％浓硫酸中，4,4’-二氟二苯甲酮与浓硫酸的质量比例为1：10。反应体系在100℃保持搅拌10h。将反应冷却至室温，反应液倒入大量冰水中冷却。然后向反应液中加入NaCl直到析出沉淀，将产物过滤，利用去离子水反复洗涤至中性，干燥，得到4,4’-二氟-3,3’-二磺酸基二苯甲酮。向装有带水器和氮气管的1000mL三颈瓶中加入4,4’-二氟二苯甲酮、4,4’-二氟-3,3’-二磺酸基二苯甲酮、对苯二酚和碳酸钾，具体摩尔用量比例为n(氟酮)：n(磺化氟酮)：n(对苯二酚)：n(碳酸钾)＝0.85：0.15：1：1，其中n(对苯二酚)为0.3mol。再加入500mL二甲基乙酰胺和50mL甲苯。反应体系通过带水器在140℃下除水，反复加入甲苯，直至反应体系中完全无水。再将体系升温至160℃除去多余的甲苯，并在体系温度达到180℃时聚合6h，得到目标聚合物。反应完毕后降温至室温，将产物倒入冷水中，过滤得到粗产物。再洗去粗产物中的杂质，烘干，得到磺化度为30％的磺化聚醚醚酮。配制1L碱性钠盐溶液，为氢氧化钠0.01mol/L、碳酸钠0.05mol/L的混合溶液，与0.75mol磺化聚醚醚酮反应，充分搅拌使碱完全消耗，反应时间为7min。最终磺化聚醚醚酮磺酸根中和比例为48.89％，得到磺化聚醚醚酮及其钠盐双组份。按比例均匀混合所有原料后，通过热压法制备复合材料。在350℃无压力状态下，热压机内槽熔融所有树脂，搅拌5分钟，重排碳纤维分布。之后在400℃，20Mpa的压力下成型，得到新结构高导热碳纤维/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料。2.说明与解释(1)高导热碳纤维/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料基体中两种树脂对碳纤维界面的湿润性不同，导致两相或三相界面表面张力不同，使得碳纤维易于趋向分布在两相界面，而不是趋向于分布在某一相树脂中或是均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导热碳纤维/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料，其特征在于：按质量和100％计算，该电磁屏蔽复合材料是由10～50wt.％的磺化聚醚醚酮及其钠盐双组份、40～80wt.％的聚醚醚酮、5～30wt.％的碳纤维按比例均匀混合通过热压法制备得到；其中，磺化聚醚醚酮及其钠盐双组份是将磺化聚醚醚酮与碱性钠盐溶液反应中和一部分磺酸根，磺酸根的中和比例为30％～70％。/n

【技术特征摘要】
1.一种高导热碳纤维/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料，其特征在于：按质量和100％计算，该电磁屏蔽复合材料是由10～50wt.％的磺化聚醚醚酮及其钠盐双组份、40～80wt.％的聚醚醚酮、5～30wt.％的碳纤维按比例均匀混合通过热压法制备得到；其中，磺化聚醚醚酮及其钠盐双组份是将磺化聚醚醚酮与碱性钠盐溶液反应中和一部分磺酸根，磺酸根的中和比例为30％～70％。


2.如权利要求1所述的一种高导热碳纤维/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料，其特征在于：磺化聚醚醚酮的磺化度为5～30％；碱性钠盐溶液为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或两种以上的混合水溶液，碱性钠盐溶液的浓度为0.01～0.1mol/L；反应时间为5～8min。


3.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟建新，赵轩，李澍，王振洋，陈瑞，温丰宇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22