功能聚醚醚酮碳纤复合材料的制备方法技术

功能聚醚醚酮碳纤复合材料的制备方法，涉及复合材料的制备技术领域，将PEEK、PES和CCF通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到功能聚醚醚酮碳纤复合材料。本发明专利技术工艺简单，采用三种材料通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到的复合材料较仅采用PEEK和CCF得到的复合材料既具有较好的导电性，还能显著提高复合材料的耐磨性。

【技术实现步骤摘要】
功能聚醚醚酮碳纤复合材料的制备方法
本专利技术涉及复合材料的制备技术，属于功能材料的化学合成

技术介绍
聚醚醚酮（PEEK）因具有出色的自润滑性、机械性能、绝缘性、耐水解性、耐腐蚀性和耐磨性能而广泛应用于化工、交通、医疗、航空航天等领域。但由于其本身脆性大、抗剪切性能差，且具有较高的表面电阻(1016Ω)以及较高的摩擦系数（在干滑动下，PEEK的摩擦系数大于0.4）和粘滑行为，限制其更加广泛的应用。因此，对PEEK综合性能改善的研究不仅具有理论意义，而且具有非常重要的应用价值。许多改性集中在无机金属氧化物如SiO2，Al2O3，六钛酸钾晶须，纳米二氧化钛等；碳材如碳纤维（CF），石墨烯，碳纳米管，以及它们的各种组合。碳纤维，具有较高的比强度、比模量，同时还具有耐高温、耐酸性、摩擦系数小和良好的导电性等优点而广泛应用于改性聚合物领域。由于碳纤维的非极性和低润湿性，与PEEK聚合物基体的界面结合力较差，很难获得预期的改善效果。聚醚砜（PES）因具有刚性的苯环、柔性的砜基和醚基形成的大共轭体系使其具有高机械性能、氧化稳定性、耐高温、耐化学腐蚀性等，被认为是一种具有应用潜力的PEEK改性热塑性高分子材料。并且研究表明PES与PEEK具有很好的相容性，PES改性PEEK已被广泛应用与增强改性PEEK。近年来越来越多的研究集中在连续碳纤维（CCF）的表面改性以改善其分散性并提高与基体的界面相容性。如通过电镀法合成了镀镍碳纤维，改善了连续碳纤维的分散性，然后采用熔融共混法制备了Ni-CF/聚醚醚酮复合材料，当Ni-CF含量为40wt%时，复合材料的电导率达到1.9×104S/m。Liu等制备了石墨烯（G）增强的PEEK/CF复合材料，填充0.7wt%G的PEEK/CF复合材料的耐磨性能最好，同时制备的复合材料还具有优异的力学性能和热性能。然而，上述改性存在工艺复杂、难控制、以及工业化成本高等缺点，无法进行工业规模的推广应用。因此，如何简单有效地改善连续碳纤维的分散性，是提高复合材料导电性的关键，而提高连续碳纤维与聚醚醚酮的界面相容性对提高复合材料的耐磨性起着至关重要的作用。
技术实现思路
针对连续碳纤维的分散性差，并且与PEEK聚合物基体的界面结合力较差的问题，本专利技术的目的在于提出一种耐磨或导电性较好的功能聚醚醚酮碳纤复合材料的制备方法。本专利技术技术方案是：将PEEK、PES和CCF通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到功能聚醚醚酮碳纤复合材料。本专利技术工艺简单，采用三种材料通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到的复合材料较仅采用PEEK和CCF得到的复合材料既具有较好的导电性，还能显著提高复合材料的耐磨性。具体地，为了得到具有突出的导电性复合材料，本专利技术将PEEK和PES混合均匀后从双螺杆挤出机的主喂料口加入，CCF通过双螺杆挤出机的次喂料口加入，以此通过双螺杆挤出机挤出造粒。本专利技术中：第一、PES作为第三组分制备的CCF/PEEK复合材料，PES起到对CCF在PEEK基体中均匀分散作用；第二、界面剂与PES共同表面改性CCF制备的CCF/PEEK复合材料，其中的CCF不仅在PEEK中分散均匀而且与PEEK基体具有优异的界面结合力。所述PEEK、PES和CCF的投料质量比为56∶14∶30，取得的复合材料的表面电阻率较仅采用PEEK和CCF得到的复合材料降低5个数量级，这是因为由于PES的加入显著提高了CCF的均匀分散性，促进形成了导电网络。为了得到具有更好耐磨性的复合材料，本专利技术先将PES粒子和界面相容剂溶解于N，N-二甲基乙酰胺溶剂中，得到活性上浆剂；再采用上浆机，以活性上浆剂对CCF进行表面涂覆，干燥后得到表面改性剂CCF–M；然后再将PEEK和表面改性剂CCF-M通过双螺杆挤出机进行挤出。其中，界面相容剂为含有芳香稠环与酰胺功能基的活性分散剂，其结构如下：。本专利技术中界面相容剂为含有芳香稠环与酰胺功能基活性分散剂，芳香稠环与CCF通过π~π相互作用牢固的吸附在CCF表面，并与PES相互作用后，可以均匀的分散在聚醚醚酮中。本专利技术一方面通过PES提高CCF在PEEK基体中的均匀分散性，另一方面通过含芳香稠环与酰胺功能基的界面相容剂改善CCF与PEEK的界面结合力，两方面的协同作用获得优异的力学与摩擦性能；而添加PES第三组分的PEEK/CCF复合材料，具有较好的导电性能。PES作为第三组分制备的CCF/PEEK复合材料，PES对CCF在PEEK基体中起到均匀分散作用，促进形成导电网络，从而提高导电性；而用界面相容剂和PES表面改性的CCF制备的CCF-M/PEEK复合材料，CCF不仅能均匀分散于PEEK基体中，相对PES作为第三组分制备的复合材料具有优异的界面粘结力，从而获得优异的耐磨性。通过以上具体工艺，取得的复合材料的耐磨性较仅采用PEEK和CCF得到的复合材料具有显著提高，但表面电阻仅有部分下降，即采用此工艺取得的产品的导电性也有所提高。进一步地，上述工艺中，所述表面改性剂CCF-M中CCF、PES和界面相容剂的质量比为98～99.8∶0.1～1∶0.1～1。所述PEEK和表面改性剂CCF-M的投料质量比为70～85∶15～30。采用该比例投料可以保证制品具有良好耐磨性的同时可以调控复合材料的电阻率。并且，随着CCF–M中表面改性剂量的增多，表面电阻随之增大。这是因为表面改性剂使得CCF与PEEK基体形成了良好的界面相容性，当CCF表面均匀包覆一层不导电的PEEK基体时，会削弱导电网络电子传输。具体实施方式一、制备活性上浆剂：将600gPES粒子、800g含有芳香稠环与酰胺功能基界面剂溶解于3100gN，N-二甲基乙酰胺溶剂中，取得活性上浆剂。二、制备CCF-M：采用上浆机，以活性上浆剂对CCF进行表面涂覆，干燥后得到两种不同比例活性表面改性剂CCF-M，分别用CCF-M1、CCF-M2标识。CCF-M1中CCF含量99.8%，含有芳香稠环与酰胺功能基界面剂含量0.1%，PES含量0.1%。CCF-M2中CCF含量98%，含有芳香稠环与酰胺功能基界面剂含量1%，PES含量1%。三、制备复合材料：1、实施例1：将70gPEEK从主喂料口加入，30gCCF-M1从次喂料口分别进入双螺杆挤出机中，经熔融混炼并挤出、切粒后，得耐磨聚醚醚酮碳纤复合材料。2、实施例2：将70gPEEK从主喂料口加入，30gCCF-M2从次喂料口分别进入双螺杆挤出机中，经熔融混炼并挤出、切粒后，得耐磨聚醚醚酮碳纤复合材料。3、实施例3：将85gPEEK从主喂料口加入，15gCCF-M2从次喂料口分别进入双螺杆挤出机中，经熔融混炼并挤出、切粒后，得耐磨聚醚醚酮碳纤复合材料。4、实施例4：将56gPEEK和14gPES混合均匀从主喂料口加入，30gCCF从次喂料口加入双螺杆挤出机，经熔融混炼并挤出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.功能聚醚醚酮碳纤复合材料的制备方法，其特征在于：将PEEK、PES和CCF通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到功能聚醚醚酮碳纤复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.功能聚醚醚酮碳纤复合材料的制备方法，其特征在于：将PEEK、PES和CCF通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到功能聚醚醚酮碳纤复合材料。


2.根据权利要求1所述功能聚醚醚酮碳纤复合材料的制备方法，其特征在于将PEEK和PES混合均匀后从双螺杆挤出机的主喂料口加入，CCF通过双螺杆挤出机的次喂料口加入。


3.根据权利要求2所述功能聚醚醚酮碳纤复合材料的制备方法，其特征在于所述PEEK、PES和CCF的投料质量比为56∶14∶30。


4.根据权利要求1所述功能聚醚醚酮碳纤复合材料的制备方法，其特征在于：先将PES粒子和界面相容剂溶解于N，N-二甲基乙酰胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱爱萍，申维新，姜云龙，徐培兴，毛正和，
申请(专利权)人：扬州市维纳复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32