一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法。所述聚醚醚酮复合材料包括：聚醚醚酮90‑98重量份、碳纤维2‑10重量份、硅烷偶联剂0.5‑1重量份、石蜡油0.5‑1重量份、抗氧剂0.2‑0.5重量份。相较未改性的聚醚醚酮，本发明专利技术的聚醚醚酮复合材料力学性能得到了显著提升。同时，本发明专利技术的复合材料耐热性能更好，更能适合在高温环境中使用。

A peek composite material and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种包含聚醚醚酮的复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
聚醚醚酮(PEEK)是一种线型芳香族半结晶型热塑性塑料，具有耐高温、耐溶剂、耐老化、耐水解以及极高的比强度、比模量等性能，特别是在高温高湿的恶劣环境中仍然能保持良好的综合性能，且在使用时变形量极小。上述优异的性能使聚醚醚酮成为继氟塑料以后最受欢迎的特种工程塑料。作为钢族、铝材、铜、钛、聚四氟乙烯(PTFE)以及其他高性能材料地替代品，PEEK已经广泛地应用于医学（如人工关节等）、汽车(包括航空)、电子信息、输送管道、日用品（如电子烟外壳）等领域。但是，PEEK在实际应用过程存在的主要问题有:(1)表面粘结性差，与填料的界面结合力不强，导热性较差，容易造成热膨胀、热变形和热疲劳；(2)耐磨性能仍然不能满足工程的需要，如支架材料、密封圈、阀门等；(3)PEEK熔融温度为334℃，熔融黏度大，加工温度高，加工工艺不稳定。随着各领域技术的发展，对材料的性能提出越来越高的要求，对PEEK进行改性研究，拓展其应用范围成为业界研究的热点。目前，PEEK的物理改性包括聚合物共混改性、纤维增强改性、晶须改性、无机粒子填充改性及协同改性等。其中，纤维增强改性可大幅度改善材料的摩擦磨损性能和机械性能。短碳纤维是常用的PEEK改性材料。碳纤维改性PEEK复合材料具有热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低等特点，同时碳纤维也可以增强复合材料的抗热冲击和热摩擦等性能。但是，碳纤维表面光滑、惰性，与基体的粘合力差，因而单纯的碳纤维改性PEEK复合材料界面粘合强度低，易产生纤维团聚现象。当材料受外力作用时，碳纤维容易从基体中拔出，负荷不能有效的通过界面传递。上述缺陷严重影响了复合材料的综合性能，限制了材料的应用领域。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的主要目的在于提供一种碳纤维改性的聚醚醚酮复合材料。该复合材料中碳纤维在PEEK聚合物中分散均匀，界面粘合强度高；复合材料的机械性能得到了显著提升，其能够应用于更广阔对的领域，包括替代传统金属作为电子烟外壳。另外，本专利技术提供的聚醚醚酮复合材料，相较纯聚醚醚酮，成本低，在市场有更大的竞争优势。为了实现上述技术效果，本专利技术采用了如下的技术方案：一种聚醚醚酮复合材料，包括：聚醚醚酮90-98重量份、碳纤维2-10重量份、硅烷偶联剂0.5-1重量份、石蜡油0.5-1重量份、抗氧剂0.2-0.5重量份。优选地，所述聚醚醚酮复合材料，包括：聚醚醚酮90-95重量份、碳纤维8-10重量份、硅烷偶联剂0.5-1重量份、石蜡油0.5-1重量份、抗氧剂0.2-0.5重量份。优选地，所述硅烷偶联剂和所述石蜡油的重量份相同。更优选地，所述聚醚醚酮复合材料包括：聚醚醚酮90重量份、碳纤维10重量份、硅烷偶联剂1重量份、石蜡油1重量份、抗氧剂0.2-0.5重量份。作为一种优选地实施方案，本专利技术提供的所述聚醚醚酮由碳纤维、聚醚醚酮、硅烷偶联剂、石蜡油和抗氧剂组成，各组分的重量份如上所定义。优选地，所述聚醚醚酮为商购的任意一种聚醚醚酮，例如英国威格斯生产的，牌号为450PF的聚醚醚酮。优选地，所述碳纤维长度为0.3-100mm、直径为6-7μm。优选地，所述硅烷偶联剂选自苯基三甲氧基硅烷偶联剂、苯基三氯硅烷偶联剂、二苯基硅烷偶联剂和三苯基氯硅烷偶联剂中的一种或任意比例的多种。优选地，所述抗氧剂选自受阻酚抗氧剂；更优选地，所述抗氧剂选自抗氧剂264、抗氧剂1076、抗氧剂CA和抗氧剂330中的一种或任意比例的多种。本专利技术还有一个目的在于提供上述聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括如下步骤：（1）按照所述重量配比准备各组分；（2）一次干燥对聚醚醚酮进行干燥；（3）碳纤维预处理将硅烷偶联剂用石蜡油稀释后，与碳纤维充分混合，得到预处理的碳纤维；（4）高速混合在高速混合装置中将步骤（2）得到的干燥后的聚醚醚酮、步骤（3）得到的预处理后的碳纤维和抗氧剂混合均匀，得到混合后的物料；（5）挤出造粒使用双螺杆配混挤出机步骤（4）得到的混合后的物料进行挤出造粒，得到颗粒物料；（6）二次干燥将步骤（5）得到的所述颗粒物料进行干燥，即得。优选地，所述步骤（2）和步骤（6）干燥温度100-150℃，干燥时间2-8小时。更优选地，所述步骤（2）和步骤（6）在真空干燥箱中进行，干燥温度100-150℃，干燥时间2-8小时。优选地，所述步骤（5）中，所述颗粒物料为2-6mm长的圆柱形颗粒物料。本专利技术还有一个目的在于提供上述聚醚醚酮复合材料或通过上述制备方法制备得到的聚醚醚酮在制备长期处于高温环境中工作的部件中的应用。优选地，所述长期处于高温环境中工作的部件包括但不限于电子烟配件，尤其是电子烟外壳。优选地，所述应用是指在注塑装置中将所述聚醚醚酮复合材料注塑成型。优选地，上述注塑成型的工艺条件为：注塑机的注塑温度为360-400℃，注塑压力为40-150MPa，关模压力为20-80MPa，模具温度为150-200℃。本专利技术提供的聚醚醚酮复合材料，碳纤维在聚醚醚酮树脂中分散均匀，与聚合物间界面结合力高，没有出现团聚现象。在本专利技术所述聚醚醚酮复合材料的脆断表面的SEM形貌照片可以看到，碳纤维没有团聚，且基本都垂直于脆断面（具体见图1）。碳纤维这样的取向，也有利于提升所述复合材料的机械强度。另外，本专利技术提供的复合材料具有热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低等特点；相较未改性的聚醚醚酮树脂，本专利技术的复合材料耐热性能更好，特别适于电子烟外壳等需要经常处于加热状态的应用场景。此外，本专利技术提供的聚醚醚酮复合材料，碳纤维的加入量可以达到10%，相应减少了聚醚醚酮的用量，从而降低了复合材料的成本。附图说明下面结合附图，对本专利技术做详细的说明。图1是实施例1-5和对比例1-2制备的聚醚醚酮复合材料脆断面扫描电子显微镜（SEM）照片。其中，（a）：对比例1，（b）：实施例1，（c）：实施例2，（d）：实施例3，（e）：实施例4，（f）：实施例5，（g）：对比例2。图2是实施例5制备的聚醚醚酮复合材料脆断面扫描电子显微镜（SEM）照片。其中，（a）和（b）是不同截面的SEM照片。图3是对比例2制备的聚醚醚酮复合材料脆断面扫描电子显微镜（SEM）照片。图4的柱状图示出的是实施例1-8和对比例1-2得到的复合聚醚醚酮试样的拉伸强度测定结果。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案做进一步说明。显然，下述的实施例仅仅是示例性的，不能用于限定本专利技术的范围。基于本文精神，本领域技术人员对实施例所做的改变、调整，都是显而易见的，都属于本专利技术保护的范围。如无特殊说明，下述实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚醚醚酮复合材料，包括：/n聚醚醚酮90-98重量份、碳纤维2-10重量份、硅烷偶联剂0.5-1重量份、石蜡油0.5-1重量份、抗氧剂0.2-0.5重量份。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚醚醚酮复合材料，包括：
聚醚醚酮90-98重量份、碳纤维2-10重量份、硅烷偶联剂0.5-1重量份、石蜡油0.5-1重量份、抗氧剂0.2-0.5重量份。


2.根据权利要求1所述的所述聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述聚醚醚酮复合材料包括：
聚醚醚酮90-95重量份、碳纤维8-10重量份、硅烷偶联剂0.5-1重量份、石蜡油0.5-1重量份、抗氧剂0.2-0.5重量份。


3.根据权利要求1或2所述的聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂和所述石蜡油的重量份相同。


4.根据权利要求3所述的聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述聚醚醚酮复合材料包括：
聚醚醚酮90重量份、碳纤维10重量份、硅烷偶联剂1重量份、石蜡油1重量份、抗氧剂0.2-0.5重量份。


5.一种聚醚醚酮复合材料，由碳纤维、聚醚醚酮、硅烷偶联剂、石蜡油和抗氧剂组成，各组分的重量份如权利要求1至4中任一项所定义。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的聚醚醚酮，其特征在于，所述聚醚醚酮为商购的任意一种聚醚醚酮；
优选地，所述碳纤维长度为0.3-100mm、直径为6-7μm；
优选地，所述硅烷偶联剂选自苯基三甲氧基硅烷偶联剂、苯基三氯硅烷偶联剂、二苯基硅烷偶联剂和三苯基氯硅烷偶联剂中的一种或任意比例的多种；
优选地，所述抗氧剂选自受阻酚抗氧剂；更优选地，所述抗氧剂选自抗氧剂264、抗氧剂1076、抗氧剂CA和抗氧剂330中的一种或任意比例的多种。


7.权利要求1至6中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵经纬，江圣龙，黄志辉，种发瑞，
申请(专利权)人：九江天赐高新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36