包含可回收利用的碳纤维的增强PAEK组合物制造技术

提供了一种用于再利用PEKK基碳纤维增强聚合物复合材料的方法。将通过粉碎该碳纤维增强PEKK复合材料获得的碎片与原始聚(芳醚酮)聚合物熔融混合以提供碳纤维增强聚(芳醚酮)组合物。可以由碳纤维增强聚(芳醚酮)组合物制备具有良好机械特性的模制物品。备具有良好机械特性的模制物品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含可回收利用的碳纤维的增强PAEK组合物
本申请要求2020年6月22日提交的美国临时申请63/042,035以及2020年7月21日提交的欧洲专利申请20186867.6的优先权，出于所有目的将这些申请中的每一个的全部内容通过援引并入本文。


[0001]本专利技术涉及一种用于制备包含碳纤维和聚芳醚酮聚合物的组合物的方法。

技术介绍

[0002]碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP)，即使用碳纤维作为主要结构组分以及聚合物(热固性或热塑性)作为基体组分的纤维增强复合材料，是用于制造众多产品的轻质坚固的材料。在过去的几年里，对它们的需求不断增加，例如替换航空器内的许多金属部件以在保持高性能的同时减轻重量。这导致大量的残余物产生和报废产品产生。与金属不同的是，碳纤维复合材料制造过程中产生的废料以及报废产品再利用的选择有限。在传统金属部件的成形加工过程中，所得的金属渣是可回收利用的并且废料也最少化。对于碳纤维复合材料，边角料和裁剪废料目前再利用的选择有限并且主要在填埋场或通过焚烧处理。
[0003]这些方法导致确定可持续的处理方法以及提供防止废料累积且响应对原始碳纤维需求不断增长的解决方案的环保意识越来越强。
[0004]因此，有必要确定用于回收利用和再利用废料碳纤维复合材料的方法，从而有助于避免可能以其他方式出现的废料处理问题。
[0005]越来越多的使用者开始意识到碳纤维复合材料的潜力，它的聚合物基体由工程热塑性塑料聚合物组成，如聚(芳醚酮)(PAEK)和聚苯硫醚(PPS)。热塑性聚合物为制造商提供了更快的加工时间、更高的韧性和接近无限长的保质期。
[0006]特别地，本专利技术诸位专利技术人已经考察了再利用包含热塑性基体、特别是包含聚(芳醚酮)聚合物的基体的碳纤维增强复合材料的可能性。
[0007]机械回收利用是对纤维增强复合材料可回收利用的方法之一。一般来说，机械回收利用是用于将废料复合材料的尺寸减小为更小的片然后再利用的技术。
[0008]聚(醚醚酮)基碳纤维复合材料(下文中的CF/PEEK)的机械回收利用先前已披露。
[0009]Li H.,Englund K.；“Recycling of carbon fiber
‑
reinforced thermoplastic composite wastes from the aerospace industry[从航空和航天工业中回收利用碳纤维增强热塑性复合废料]”,J.Compos.Mater.[复合材料学报],51,1265
‑
1273(2017)和Ramakrishna S.,Tan W.K.,Teoh S.H.,等人；“Recycling of carbon fiber/PEEK composites[碳纤维/PEEK复合材料的回收利用]”；Key.Eng.Mater.[关键工程材料],137,1
‑
8(1997)两者均披露了以下方法，其中该方法使用机械装置(锤磨机和/或撕碎机和旋转刀片造粒机)将CF/PEEK复合材料零件的尺寸减小并且然后将其压缩模制成测试样品并且使其经受机械测试。两份研究均表现出与原始复合材料相比，用可回收利用的CF/PEEK复合材料获得的零件机械特性有所下降。
[0010]Schinner G,Brandt J and Richter H.；“Recycling carbonfiber
‑
reinforced thermoplastic composites[回收利用碳纤维增强热塑性复合材料]”,J.Thermoplast.Compos.Mater.[热塑性复合材料]9,239
‑
245(1996)披露了一种用于回收利用CF/PEEK复合材料的方法，其中使用研磨的CF/PEEK复合材料来增强原始的PEEK注塑料。根据该论文，使用可回收利用的CF/PEEK材料获得的注射模制的片与等量的填充有PEEK材料的原始注射模制的碳纤维具有相当的特性。
[0011]现已发现，包含具有良好机械特性的可回收利用的复合材料的聚(芳醚酮)组合物可以通过回收利用聚(醚酮酮)基碳纤维复合材料(下文中的“CF/PEKK”)获得。特别地，现已出人意料地发现，当使用可回收利用的CF/PEKK复合材料时，可以获得具有比现有技术中含可回收利用的CF/PEEK复合材料的聚(芳醚酮)组合物更好的机械特性的碳纤维增强聚(芳醚酮)组合物。
具体实施方式
[0012]因此，本专利技术的第一目的是通过使用由CF/PEKK复合材料获得的碎片作为碳纤维的来源来制备碳纤维增强聚(芳醚酮)组合物的方法。
[0013]本文使用表达CF/PEKK复合材料的来表示聚(醚酮酮)基、PEKK基碳纤维复合材料。
[0014]因此，本专利技术的目的是一种用于制备碳纤维增强聚(芳醚酮)组合物的方法，所述方法包括：
‑
提供CF/PEKK复合材料的碎片，并且
‑
将所述碎片与至少一种不同于CF/PEKK复合材料中的PEKK聚合物的聚(芳醚酮)聚合物(在下文中称为“PAEK聚合物”)，以及任选地至少一种不同于PAEK聚合物且不同于CF/PEKK复合材料中的PEKK聚合物的聚合物(在下文中称为“聚合物(OP)”)熔融混合。
[0015]表达“碳纤维增强聚(芳醚酮)组合物”(下文的“增强PAEK组合物”)用来意指包含一种或多种选自聚(芳醚酮)聚合物的组的聚合物和碳纤维的组合物。聚(芳醚酮)组合物中的碳纤维是不连续的短切碳纤维。
[0016]出于本专利技术的目的，术语“聚(芳醚酮)”与术语“PAEK”可交换地使用，旨在表示包含重复单元的任何聚合物，其中超过50mol％的所述重复单元是包含Ar
‑
C(＝O)
‑
Ar
’
基团的重复单元，其中Ar和Ar
’
，彼此相同或不同，是芳香基团并且mol％是基于聚合物中重复单元的总摩尔数。这些重复单元总体上选自由在此以下的式(J
‑
A)至(J
‑
O)组成的组：
其中：
‑
每个R
’
，彼此相同或不同，选自由以下组成的组：卤素、烷基、烯基、炔基、芳基、醚、硫醚、羧酸、酯、酰胺、酰亚胺、碱金属或碱土金属磺酸盐、烷基磺酸酯、碱金属或碱土金属膦酸盐、烷基膦酸酯、胺和季铵；
‑
j
’
是零或从1至4的整数。
[0017]在重复单元(J
‑
A)至(J
‑
O)中，相应的亚苯基部分可以独立地具有到在该重复单元中不同于R
’
的其他部分的1,2
‑
、1,4
‑
或1,3
‑
键联。优选地，所述亚苯基部分具有1,3
‑
或1,4
‑
键联。
[0018]优选地，亚苯基部分除了使得聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制备碳纤维增强聚(芳醚酮)组合物的方法，所述方法包括：
‑
提供CF/PEKK复合材料的碎片；并且
‑
将所述碎片与至少一种不同于该CF/PEKK复合材料中的PEKK的聚(芳醚酮)聚合物熔融混合。2.如权利要求1所述的方法，其包括以下步骤：
‑
提供由CF/PEKK复合材料制成的物品；
‑
粉碎所述物品以获得CF/PEKK复合材料的碎片；并且
‑
将所述碎片与至少一种不同于该CF/PEKK复合材料中的PEKK的聚(芳醚酮)聚合物熔融混合。3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该CF/PEKK复合材料含有相对于CF/PEKK复合材料的总重量从0.01wt％至1.00wt％的二苯砜。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，与该至少一种聚(芳醚酮)熔融混合的CF/PEKK复合材料的碎片的按重量计的量是使得该碳纤维增强聚(芳醚酮)组合物中碳纤维的量相对于该组合物的总重量为从5至60wt％。5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，熔融混合在挤出机中进行。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用机械装置用于将所述由CF/PEKK复合材料制成的物品粉碎成碎片。7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该至少一种聚(芳醚酮)是聚(醚醚酮)。8.如权利要求7所述的方法，其中，该聚(醚醚酮)具有从约0.05至0.50kPa
‑
s的熔体粘度(在400℃、1000s
‑1下测量的)。9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将这些CF/PEKK复合材料的碎片与至少一种聚(芳醚酮)和至少一种不同于该至少一种聚(芳醚酮)聚合物并且不同于该CF/PEKK复合材料中的PEKK聚合物的聚合物熔融混合。10.如权利要求9所述的方法，其中，该至少一种不同于该聚(芳醚酮)聚合物并且不同于该CF/PEKK复合材料中的PEKK聚合物的聚合物选自聚(芳醚砜)聚合物的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：索尔维特殊聚合物美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：