CN104262900B - 单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法，属于热塑性复合材料技术领域。该方法过程包括：(1)采用纺丝级聚醚醚酮专用料通过熔融纺丝方法制备线密度为10～150tex的聚醚醚酮复丝；(2)将制得的聚醚醚酮复丝通过花式捻线机均匀包缠在连续碳纤维上，制备得到混杂纤维束；(3)将混杂纤维束作为经向纤维，聚醚醚酮复丝作为纬向纤维，通过平纹编织的方式编织为平纹织物；(4)将编织得到的平纹织物层叠后在热压机上热压，排气，冷却，脱模得到本发明所述的单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。该方法的优点在于，整个过程都没有溶剂的参与，对环境无污染，制备过程相对简单且制得的复合材料强度更高。
Description
技术领域
本发明属于热塑性复合材料技术领域，具体涉及一种单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法。
背景技术
连续碳纤维增强树脂基复合材料通常采用热固性树脂作为基体，这是由于热固性树脂预聚体在常温下通常具有较低粘度和易操作等特点，这些低粘度的预聚体可以有效地浸润碳纤维并在升温过程中固化成型。近年来，随着对碳纤维增强树脂基复合材料性能要求的不断提高，热固性树脂基复合材料已无法满足高断裂韧性、高损伤容限等使用要求，因此热塑性树脂基复合材料正受到越来越多的关注。
热塑性树脂基复合材料之所以引起人们的关注在于它克服了热固性复合材料的一些缺点(如断裂韧性差、损伤容限比较低、吸湿、使用期短、成型加工周期长等)。热塑性复合材料具有较高的断裂韧性、耐化学药品及耐水性、热成型性能好、生产率高、成型方法多、工艺简单、生产周期短，并具有多次可加工性。因此，在工业、交通运输、国防等领域得到广泛的应用。
热塑性树脂基复合材料虽然具有一系列的优点，但在其成型过程中通常要面临热塑性树脂特别是高性能热塑性树脂熔融黏度高、浸渍纤维困难的问题，这在一定程度上阻碍了其发展。聚醚醚酮是一种半晶态芳香族高性能热塑性树脂，具有耐高温、耐腐蚀、自润滑、易加工和高机械强度等优异性能，将其与碳纤维相结合制备的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料具有优异的综合性能，已在航空、工业、建筑、医疗等领域中得到较广泛应用。然而，由于聚醚醚酮本身良好的耐溶剂性，无法采用溶液预浸方法制备连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，而由于聚醚醚酮的熔体粘度较高，采用熔融预浸工艺和装置复杂、苛刻，很难制备出纤维分布均匀、浸渍充分的复合材料，因此国内对连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的研究较少，技术相对还比较落后。专利号为CN102417600B的发明报道了一种采用悬浮预浸法制备碳纤维增强热塑性树脂复合材料的方法，将难溶热塑性粉末状树脂(如聚苯硫醚，聚醚醚酮)分散在聚醚砜溶液中形成悬浮液，再用此悬浮液浸渍连续碳纤维制备预浸料。这种方法虽然在很大程度上解决了纤维浸渍的困难，但由于引入了聚醚砜树脂，其在很大程度上还是一种碳纤维增强聚醚砜复合材料，没有从根本上解决聚醚醚酮难以浸渍的问题，并且在制备过程中溶剂的参与将对环境产生一定的危害。专利号CN102134372A的发明公布了一种三维编织碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，但这种方法只是将碳纤维与聚醚醚酮纤维简单混杂，浸渍效果并不明显，编织和成型过程中碳纤维也极易受到磨损，三维编织技术难度较大，成本较高，制得的复合材料达不到较高的机械强度。
发明内容
通过设计不同熔融指数的纺丝级聚醚醚酮专用料来制备不同线密度的聚醚醚酮纤维，采用聚醚醚酮纤维与碳纤维包缠而制备单向连续碳纤维/聚醚醚酮纤维平纹编织物(单向是指碳纤维的方向只沿着一个方向，连续碳纤维是指碳纤维在复合材料中的形态是连续的，而不是以短纤维的形态存在)，再通过热压成型方法制备高强度的复合材料为制备航空航天、武器装备和民用高技术领域所需的高性能热塑性复合材料提供了新的思路。
因此，本发明的目的在于提供一种浸渍效果较好、制备过程相对简单、对环境无害、强度较高的单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备新方法，其步骤如下：
(1)采用纺丝级聚醚醚酮专用料通过熔融纺丝方法制备线密度为10～150tex的聚醚醚酮复丝；
(2)将制得的聚醚醚酮复丝通过花式捻线机均匀包缠在连续碳纤维上，制备得到混杂纤维束；
(3)将混杂纤维束作为经向纤维，聚醚醚酮复丝作为纬向纤维，通过平纹编织的方式编织为平纹织物；
(4)将编织得到的平纹织物层叠后在热压机上热压，排气，冷却，脱模得到本发明所述的单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
步骤(1)所述的纺丝级聚醚醚酮专用料的熔融指数为12～88g/10min(测试温度为400℃，载荷为5kg，测试样品装入料筒预热5min)。按各组份和100wt％计算，含90.0～100.0wt％聚醚醚酮树脂，0～3.0wt％的高温润滑剂和0～10.0wt％结构式如下式所示的聚芳醚酮液晶聚合物。
y＝0.2～0.8，n为正整数，表示聚合度。
其中，高温润滑剂为德国Wacker公司生产的颗粒状或粉末状GENIOPLASTPelletS润滑剂。
步骤(1)所述的熔融纺丝方法与中国专利CN101387017A(一种改性聚醚醚酮纤维的制备方法)所述的纺丝过程相同，具体步骤为：将干燥处理后的纺丝级聚醚醚酮专用料在纺丝挤出机料筒内熔融后进入熔体计量泵，再经过滤系统的过滤网、多孔喷丝板后形成多根聚醚醚酮单丝，多根聚醚醚酮单丝经上油装置进入集束装置，集束后得到的聚醚醚酮复丝经导向辊、牵伸盘进行热拉伸定型，再将经热拉伸定型的聚醚醚酮复丝缠绕在纤维卷绕装置上，从而得到聚醚醚酮复丝纤维。纺丝挤出机采用八区加热，纺丝速度为150～1200m/min，热位伸的温度为190～260℃，拉伸比为1.5～4.5：1。
步骤(2)所述的碳纤维为聚丙烯腈基、粘胶基或沥青基碳纤维，碳纤维型号为1-24K。
步骤(2)所述的包缠工艺参数：捻度：100～2000捻/m，优先选用200～500捻/m；混杂纤维束的线密度80～2000tex，优先选用100～1000tex；混杂纤维束中连续碳纤维体积含量为30～70％，优先选用40～60％。
步骤(3)所述平纹织物的经密为5～250根/cm，纬密为2～20根/cm。
步骤(4)所述的热压机为平板硫化机，热压成型步骤如下：将热压模具放入热压机的上下热压板之间，加热升温至380～440℃，将平纹织物置入模具中在压力为0.5～1.0MPa下预热20～60min，然后将热压压力升高到2～25MPa保温30～60min，排气5～20次；再以3～500℃/min的冷却速度降温至200～220℃恒温30～60min，继续以3～50℃/min的冷却速度降温至100～130℃脱模，得到单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
本发明的有益效果是：连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料中聚醚醚酮纤维对碳纤维的浸润将在一定程度上取决于聚醚醚酮纤维的细度和熔融流动性，因此根据最终复合材料的性能从源头上选择专用的纺丝级聚醚醚酮树脂专用料，并通过熔融纺丝的方法制备相应细度的聚醚醚酮纤维，可以使复合材料的性能达到最优；采用纤维混杂的方式使聚醚醚酮纤维均匀地包覆在每束碳纤维外表面，可有效减少增强纤维束之间或增强层之间浸渍距离，进而可显著提高浸渍效果，从而有效克服聚醚醚酮熔体浸渍碳纤维困难的问题，同时，聚醚醚酮纤维对碳纤维的包覆可以对碳纤维起到保护作用，有效减少纤维织造过程中对碳纤维的损伤，从而制备出综合性能优异的连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料；制备成型过程相对于三维编织成型方式更简单，成本更低，整个过程都没有溶剂的参与，对环境无污染，制备的复合材料强度更高。
附图说明
图1是连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料平纹织物预制件平面结构示意图；其中，纬向纤维1(由聚醚醚酮复丝构成)，经向纤维2(由聚醚醚酮复丝4通过花式捻线机均匀包缠在连续碳纤维3上构成)；
图2是连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料最终成型试样的断面扫描电镜图像(对应实施例4)，从扫描电镜照片可以看出聚醚醚酮树脂可以均匀地浸润碳纤维。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法作进一步描述，所述的实施例只是对本发明的权利要求的具体描述，权利要求包括但不限于所述的实施例内容。
实施例1：
选取熔融指数为12g/10min纺丝级聚醚醚酮树脂专用料(长春吉大特塑工程研究有限公司生产)通过熔融纺丝的方法制得细度为150tex的聚醚醚酮纤维(纺丝工艺条件控制：纺丝挤出机各加温区的温度范围，一区100℃，二区为370℃，三区为400℃，四区为410℃，五区415℃，六区430℃，七区425℃，八区420℃，纺丝速度为150m/min，丝条拉伸比为1.5：1，后拉伸温度为230℃)，按照碳纤维体积含量45％将此聚醚醚酮纤维通过花式捻线机(天津工业大学提供)均匀包缠在3K的聚丙烯腈基碳纤维(日本TohoTenax公司生产，细度为200tex)外面制得混杂纤维束，其捻度为220捻/m，混杂纤维束的线密度为350tex。将制备得到的混杂纤维束作为经向纤维，聚醚醚酮纤维作为纬向纤维，编织得到平纹织物，其中经密为10根/cm，纬密为3根/cm。将平纹织物层叠后平铺于模具中，在热压机(型号为RY-20，武汉启恩科技)上热压，热压温度为410℃，预热压力为0.5MPa，预热时间为30min，热压压力为7MPa，排气5次，热压保温时间为40min，冷却速度为5℃/min，冷却至200℃恒温40min，再以10℃/min的冷却速度冷却至120℃，脱模得到单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
实施例2：
选取熔融指数为22g/10min纺丝级聚醚醚酮树脂专用料(长春吉大特塑工程研究有限公司生产)通过熔融纺丝的方法制得细度为44tex的聚醚醚酮纤维(纺丝工艺条件控制：纺丝挤出机各加温区的温度范围，一区100℃，二区为370℃，三区为400℃，四区为410℃，五区415℃，六区420℃，七区415℃，八区410℃，纺丝速度为150m/min，丝条拉伸比为2.1：1，后拉伸温度为220℃)，按照碳纤维体积含量55％将此聚醚醚酮纤维通过花式捻线机(天津工业大学提供)均匀包缠在3K的聚丙烯腈基碳纤维(日本TohoTenax公司生产，细度为200tex)外面制得混杂纤维束，其捻度为220捻/m，混杂纤维束的线密度为300tex。将制备得到的混杂纤维束作为经向纤维，聚醚醚酮纤维作为纬向纤维，编织得到平纹织物，其中经密为10根/cm，纬密为3根/cm。将平纹织物层叠后平铺于模具中，在热压机(型号为RY-20，武汉启恩科技)上热压，热压温度为410℃，预热压力为0.5MPa，预热时间为30min，热压压力为6MPa，排气5次，热压保温时间为40min，冷却速度为5℃/min，冷却至200℃恒温40min，再以10℃/min的冷却速度冷却至120℃，脱模得到单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
实施例3：
如实施例1所述，只是选取熔融指数为44g/10min纺丝级聚醚醚酮树脂专用料(长春吉大特塑工程研究有限公司生产)通过熔融纺丝的方法制得细度为29tex的聚醚醚酮纤维(纺丝工艺条件控制：纺丝挤出机各加温区的温度范围，一区100℃，二区为360℃，三区为400℃，四区为410℃，五区415℃，六区420℃，七区415℃，八区410℃，纺丝速度为160m/min，丝条拉伸比为2.5：1，后拉伸温度为210℃)，按照碳纤维体积含量55％将此聚醚醚酮纤维通过花式捻线机(天津工业大学提供)均匀包缠在3K的聚丙烯腈基碳纤维(日本TohoTenax公司生产，细度为200tex)外面制得混杂纤维束，其捻度为220捻/m，混杂纤维束的线密度为300tex。将制备得到的混杂纤维束作为经向纤维，聚醚醚酮纤维作为纬向纤维，编织得到平纹布，其中经密为10根/cm，纬密为3根/cm。将平纹织物层叠后平铺于模具中，在热压机(型号为RY-20，武汉启恩科技)上热压，热压温度为400℃，预热压力为0.6MPa，预热时间为30min，热压压力为6MPa，排气5次，热压保温时间为50min，冷却速度为5℃/min，冷却至220℃恒温40min，再以10℃/min的冷却速度冷却至100℃，脱模得到单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
实施例4：
如实施例1所述，只是选取熔融指数为75g/10min纺丝级聚醚醚酮树脂专用料(长春吉大特塑工程研究有限公司生产)通过熔融纺丝的方法制得细度为16.7tex的聚醚醚酮纤维(纺丝工艺条件控制：纺丝挤出机各加温区的温度范围，一区100℃，二区为360℃，三区为400℃，四区为405℃，五区410℃，六区415℃，七区410℃，八区405℃，纺丝速度为160m/min，丝条拉伸比为3.6：1，后拉伸温度为190℃)，按照碳纤维体积含量55％将此聚醚醚酮纤维通过花式捻线机(天津工业大学提供)均匀包缠在3K的聚丙烯腈基碳纤维(日本TohoTenax公司生产，细度为200tex)外面制得混杂纤维束，其捻度为220捻/m，混杂纤维束的线密度为300tex。将制备得到的混杂纤维束作为经向纤维，聚醚醚酮纤维作为纬向纤维，编织得到平纹布，其中经密为10根/cm，纬密为3根/cm。将平纹织物层叠后平铺于模具中，在热压机(型号为RY-20，武汉启恩科技)上热压，热压温度为390℃，预热压力为0.6MPa，预热时间为30min，热压压力为5MPa，排气5次，热压保温时间为40min，冷却速度为4℃/min，冷却至210℃恒温60min，再以10℃/min的冷却速度冷却至130℃，脱模得到单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
实施例5：
如实施例1所述，只是选取熔融指数为88g/10min纺丝级聚醚醚酮树脂专用料(长春吉大特塑工程研究有限公司生产)通过熔融纺丝的方法制得细度为10tex的聚醚醚酮纤维(纺丝工艺条件控制：纺丝挤出机各加温区的温度范围，一区100℃，二区为330℃，三区为400℃，四区为405℃，五区410℃，六区415℃，七区405℃，八区400℃，纺丝速度为500m/min，丝条拉伸比为4.5：1，后拉伸温度为200℃)，按照碳纤维体积含量60％将此聚醚醚酮纤维通过花式捻线机(天津工业大学提供)均匀包缠在3K的聚丙烯腈基碳纤维(日本TohoTenax公司生产，细度为200tex)外面制得混杂纤维束，其捻度为220捻/m，混杂纤维束的线密度为290tex。将制备得到的混杂纤维束作为经向纤维，聚醚醚酮纤维作为纬向纤维，编织得到平纹布，其中经密为10根/cm，纬密为3根/cm。将平纹织物层叠后平铺于模具中，在热压机(型号为RY-20，武汉启恩科技)上热压，热压温度为390℃，预热压力为0.5MPa，预热时间为30min，热压压力为4.5MPa，排气5次，热压保温时间为40min，冷却速度为4℃/min，冷却至210℃恒温60min，再以10℃/min的冷却速度冷却至130℃，脱模得到单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
实施例6：
如实施例2所述，只是在选取的熔融指数为22g/10min纺丝级聚醚醚酮树脂专用料(长春吉大特塑工程研究有限公司生产)中添加了1％的高温润滑剂，通过熔融纺丝的方法制得细度为44tex的聚醚醚酮纤维(纺丝工艺条件控制：纺丝挤出机各加温区的温度范围，一区100℃，二区为370℃，三区为400℃，四区为410℃，五区415℃，六区420℃，七区415℃，八区410℃，纺丝速度为150m/min，丝条拉伸比为1.9：1，后拉伸温度为210℃)，按照碳纤维体积含量55％将此聚醚醚酮纤维通过花式捻线机(天津工业大学提供)均匀包缠在3K的聚丙烯腈基碳纤维(日本TohoTenax公司生产，细度为200tex)外面制得混杂纤维束，其捻度为220捻/m，混杂纤维束的线密度为300tex。将制备得到的混杂纤维束作为经向纤维，聚醚醚酮纤维作为纬向纤维，编织得到平纹布，其中经密为10根/cm，纬密为3根/cm。将平纹织物层叠后平铺于模具中，在热压机(型号为RY-20，武汉启恩科技)上热压，热压温度为410℃，预热压力为0.5MPa，预热时间为30min，热压压力为5MPa，排气5次，热压保温时间为40min，冷却速度为5℃/min，冷却至200℃恒温40min，再以10℃/min的冷却速度冷却至120℃，脱模得到单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
实施例7：
如实施例2所述，只是在选取的熔融指数为44g/10min纺丝级聚醚醚酮树脂专用料(长春吉大特塑工程研究有限公司生产)添加了1％的高温润滑剂，通过熔融纺丝的方法制得细度为29tex的聚醚醚酮纤维(纺丝工艺条件控制：纺丝挤出机各加温区的温度范围，一区100℃，二区为360℃，三区为400℃，四区为410℃，五区415℃，六区420℃，七区415℃，八区405℃，纺丝速度为160m/min，丝条拉伸比为2.3：1，后拉伸温度为200℃)，按照碳纤维体积含量55％将此聚醚醚酮纤维通过花式捻线机(天津工业大学提供)均匀包缠在3K的聚丙烯腈基碳纤维(日本TohoTenax公司生产，细度为200tex)外面制得混杂纤维束，其捻度为220捻/m，混杂纤维束的线密度为300tex。将制备得到的混杂纤维束作为经向纤维，聚醚醚酮纤维作为纬向纤维，编织得到平纹布，其中经密为10根/cm，纬密为3根/cm。将平纹织物层叠后平铺于模具中，在热压机(型号为RY-20，武汉启恩科技)上热压，热压温度为400℃，预热压力为0.6MPa，预热时间为30min，热压压力为5MPa，排气5次，热压保温时间为50min，冷却速度为5℃/min，冷却至220℃恒温40min，再以10℃/min的冷却速度冷却至100℃，脱模得到单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
实施例8：
如实施例3所述，只是在选取的熔融指数为75g/10min纺丝级聚醚醚酮树脂专用料(长春吉大特塑工程研究有限公司生产)添加了1％的高温润滑剂，通过熔融纺丝的方法制得细度为16.7tex的聚醚醚酮纤维(纺丝工艺条件控制：纺丝挤出机各加温区的温度范围，一区100℃，二区为360℃，三区为400℃，四区为405℃，五区410℃，六区415℃，七区410℃，八区405℃，纺丝速度为160m/min，丝条拉伸比为3.3：1，后拉伸温度为190℃)，按照碳纤维体积含量55％将此聚醚醚酮纤维通过花式捻线机(天津工业大学提供)均匀包缠在3K的聚丙烯腈基碳纤维(日本TohoTenax公司生产，细度为200tex)外面制得混杂纤维束，其捻度为220捻/m，混杂纤维束的线密度为300tex。将制备得到的混杂纤维束作为经向纤维，聚醚醚酮纤维作为纬向纤维，编织得到平纹布，其中经密为10根/cm，纬密为3根/cm。将平纹织物层叠后平铺于模具中，在热压机(型号为RY-20，武汉启恩科技)上热压，热压温度为390℃，预热压力为0.6MPa，预热时间为30min，热压压力为6MPa，排气5次，热压保温时间为40min，冷却速度为4℃/min，冷却至210℃恒温60min，再以10℃/min的冷却速度冷却至130℃，脱模得到单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
实施例9：
如实施例1所述，只是在选取的熔融指数为22g/10min纺丝级聚醚醚酮树脂专用料(长春吉大特塑工程研究有限公司生产)添加了5％的聚芳醚酮液晶聚合物，通过熔融纺丝的方法制得细度为44tex的聚醚醚酮纤维(纺丝工艺条件控制：纺丝挤出机各加温区的温度范围，一区100℃，二区为370℃，三区为400℃，四区为405℃，五区410℃，六区415℃，七区410℃，八区405℃，纺丝速度为150m/min，丝条拉伸比为2.0：1，后拉伸温度为210℃)，按照碳纤维体积含量55％将此聚醚醚酮纤维通过花式捻线机(天津工业大学提供)均匀包缠在3K的聚丙烯腈基碳纤维(日本TohoTenax公司生产，细度为200tex)外面制得混杂纤维束，其捻度为220捻/m，混杂纤维束的线密度为300tex。将制备得到的混杂纤维束作为经向纤维，聚醚醚酮纤维作为纬向纤维，编织得到平纹布，其中经密为10根/cm，纬密为3根/cm。将平纹织物层叠后平铺于模具中，在热压机(型号为RY-20，武汉启恩科技)上热压，热压温度为400℃，预热压力为0.5MPa，预热时间为30min，热压压力为6MPa，排气5次，热压保温时间为40min，冷却速度为5℃/min，冷却至200℃恒温40min，再以10℃/min的冷却速度冷却至120℃，脱模得到单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
实施例10：
如实施例2所述，只是在选取的熔融指数为44g/10min纺丝级聚醚醚酮树脂专用料(长春吉大特塑工程研究有限公司生产)添加了5％的聚芳醚酮液晶聚合物，通过熔融纺丝的方法制得细度为29tex的聚醚醚酮纤维(纺丝工艺条件控制：纺丝挤出机各加温区的温度范围，一区100℃，二区为360℃，三区为400℃，四区为410℃，五区415℃，六区420℃，七区415℃，八区410℃，纺丝速度为160m/min，丝条拉伸比为2.3：1，后拉伸温度为210℃)，按照碳纤维体积含量55％将此聚醚醚酮纤维通过花式捻线机(天津工业大学提供)均匀包缠在3K的聚丙烯腈基碳纤维(日本TohoTenax公司生产，细度为200tex)外面制得混杂纤维束，其捻度为220捻/m，混杂纤维束的线密度为300tex。将制备得到的混杂纤维束作为经向纤维，聚醚醚酮纤维作为纬向纤维，编织得到平纹布，其中经密为10根/cm，纬密为3根/cm。将平纹织物层叠后平铺于模具中，在热压机(型号为RY-20，武汉启恩科技)上热压，热压温度为400℃，预热压力为0.5MPa，预热时间为30min，热压压力为5MPa，排气5次，热压保温时间为40min，冷却速度为5℃/min，冷却至200℃恒温40min，再以10℃/min的冷却速度冷却至100℃，脱模得到单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
实施例11：
如实施例3所述，只是在选取的熔融指数为75g/10min纺丝级聚醚醚酮树脂专用料(长春吉大特塑工程研究有限公司生产)添加了5％的聚芳醚酮液晶聚合物，通过熔融纺丝的方法制得细度为16.7tex的聚醚醚酮纤维(纺丝工艺条件控制：纺丝挤出机各加温区的温度范围，一区100℃，二区为360℃，三区为400℃，四区为405℃，五区410℃，六区415℃，七区410℃，八区405℃，纺丝速度为160m/min，丝条拉伸比为3.4：1，后拉伸温度为190℃)，按照碳纤维体积含量55％将此聚醚醚酮纤维通过花式捻线机(天津工业大学提供)均匀包缠在3K的聚丙烯腈基碳纤维(日本TohoTenax公司生产，细度为200tex)外面制得混杂纤维束，其捻度为220捻/m，混杂纤维束的线密度为300tex。将制备得到的混杂纤维束作为经向纤维，聚醚醚酮纤维作为纬向纤维，编织得到平纹布，其中经密为10根/cm，纬密为3根/cm。将平纹织物层叠后平铺于模具中，在热压机(型号为RY-20，武汉启恩科技)上热压，热压温度为390℃，预热压力为0.6MPa，预热时间为30min，热压压力为5MPa，排气5次，热压保温时间为40min，冷却速度为4℃/min，冷却至210℃恒温60min，再以10℃/min的冷却速度冷却至100℃，脱模得到单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。经上述工艺制备得到的连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料具有较优异的综合力学性能，其具体性能测试数值见附表1。
表1：不同实施例样品弯曲模量和弯曲强度数据
| 实施例 | 弯曲模量(GPa) | 弯曲强度(MPa) |
| 实施例1 | 49 | 550 |
| 实施例2 | 59 | 665 |
| 实施例3 | 57 | 703 |
| 实施例4 | 61 | 789 |
| 实施例5 | 51 | 750 |
| 实施例6 | 56 | 714 |
| 实施例7 | 52 | 737 |
| 实施例8 | 59 | 801 |
| 实施例9 | 62 | 702 |
| 实施例10 | 60 | 720 |
| 实施例11 | 65 | 805 |
Claims (7)
1.一种单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)采用纺丝级聚醚醚酮专用料通过熔融纺丝方法制备线密度为10～150tex的聚醚醚酮复丝；
(2)将制得的聚醚醚酮复丝通过花式捻线机均匀包缠在连续碳纤维上，制备得到混杂纤维束；
(3)将混杂纤维束作为经向纤维，聚醚醚酮复丝作为纬向纤维，通过平纹编织的方式编织为平纹织物；
(4)将编织得到的平纹织物层叠后在热压机上热压，排气，冷却，脱模得到单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料；
步骤(1)所述的纺丝级聚醚醚酮专用料的熔融指数为12～88g/10min，测试条件为温度为400℃，载荷为5kg，测试样品装入料筒预热5min；按各组份和100wt％计算，含90.0～100.0wt％聚醚醚酮树脂，0～3.0wt％的高温润滑剂和0～10.0wt％结构式如(I)所示的聚芳醚酮液晶聚合物，
y＝0.2～0.8，n为正整数，表示聚合度；且高温润滑剂为德国Wacker公司生产的颗粒状或粉末状GENIOPLASTPelletS润滑剂。
2.如权利要求1所述的一种单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的熔融纺丝是将干燥处理后的纺丝级聚醚醚酮专用料在纺丝挤出机料筒内熔融后进入熔体计量泵，再经过滤系统的过滤网、多孔喷丝板后形成多根聚醚醚酮单丝，多根聚醚醚酮单丝经上油装置进入集束装置，集束后得到的聚醚醚酮复丝经导向辊、牵伸盘进行热拉伸定型，再将经热拉伸定型的聚醚醚酮复丝缠绕在纤维卷绕装置上，从而得到聚醚醚酮复丝纤维；纺丝挤出机采用八区加热，纺丝速度为150～1200m/min，热位伸的温度为190～260℃，拉伸比为1.5～4.5：1。
3.如权利要求1所述的一种单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的碳纤维为聚丙烯腈基、粘胶基或沥青基碳纤维，碳纤维型号为1-24K。
4.如权利要求1所述的一种单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的包缠工艺的捻度为100～2000捻/m，得到的混杂纤维束的线密度为80～2000tex；混杂纤维束中连续碳纤维体积含量为30～70％。
5.如权利要求1所述的一种单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述平纹织物的经密为5～250根/cm，纬密为2～20根/cm。
6.如权利要求1所述的一种单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的热压机为平板硫化机，热压成型步骤是将热压模具放入热压机的上下热压板之间，加热升温至380～440℃，将平纹织物置入模具中在压力为0.5～1.0MPa下预热20～60min，然后将热压压力升高到2～25MPa保温30～60min，排气5～20次；再以3～500℃/min的冷却速度降温至200～220℃恒温30～60min，继续以3～50℃/min的冷却速度降温至100～130℃脱模，得到单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
7.一种单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，其特征在于：由权利要求1～6任何一项方法制备得到。
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