CN106398111A - 一种peek/玻璃纤维/高岭土复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及于塑料改性技术领域，提供了一种PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料及其制备方法，该PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料按重量百分含量包括：PEEK 45％～60％，相容剂5％～10％，硅烷偶联剂0.4％～1.0％，高岭土20％～30％，抗氧剂0.2％～0.8％，热稳定剂0.2％～0.8％，润滑剂0.1％～0.5％，玻璃纤维10％～20％。本发明采用玻璃纤维、高岭土填充对PEEK进行改性，PEEK与高岭土、PEEK与玻璃纤维相界面结合力，改善了PEEK复合材料的力学性能、耐化学腐蚀性、耐热性，提高了PEEK抗翘曲性、抗冲击性，降低PEEK生产成本。本发明采用平行同向双螺杆挤出机制备，具有操作简单、成本低廉、生产效益高，适合工业化生产。

Description

一种PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于塑料改性技术领域，尤其涉及一种PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料及其制备方法。
背景技术
聚醚醚酮(PEEK)主链含有大量的酮键、醚键，赋予PEEK优良的刚性和柔性，良的柔性，尤其是对交变应力具有良好的抗疲劳性。PEEK分子结构使其具有优异的耐化学腐蚀、耐磨性、尺寸稳定性以及高机械强度，耐高温性能超过PPS、PTFE、PI等特种塑料，广泛用于机械、石油、化工、核电、轨道交通、电子和医学等领域。PEEK树脂存在流动性差，以及原材料价格昂贵，限制了PEEK在民用企业中的应用。
目前，市面上的PEEK主要以填充、共混、增强等改性方法提高PEEK制品的精度、耐热、耐摩擦、抗冲击、抗疲劳。例如PEEK与PEK合金材料可提高力学性能，阻燃达到5VA，改善了PEEK合金材料的注塑成型工艺，但其生产成本没有明显降低。碳纤维可提高PEEK复合材料硬度、刚性、尺寸稳定性，中国专利号CN103073841A公开的玻璃纤维增强PEEK，增强材料耐老化、耐蠕变、耐化学性显著提高，但纤维增强导致PEEK增强材料各向收缩率差异，注塑制件存在翘曲的风险，碳纤维相对于玻璃纤维增强材料的抗翘曲能力强、比重小，但碳纤维增强PEEK的成本远高于玻璃纤维。矿物可提高PEEK复合材料的抗翘曲能力，提高材料的耐热性、耐化学性、流动性，但矿物填充导致PEEK力学性能显著降低。中国专利号CN 104403265A公开的PEEK/粉煤灰空心微珠/玻璃纤维复合材料制备方法，该复合材料具有力学性能优良，尺寸稳定性佳，但粉煤灰筛选获得的空心微珠粒径分布较宽，粒径和比例不均匀，存在不规则杂质，甚至粗颗粒，降低复合材料的硬度，甚至造成模具损伤。
针对PEEK复合材料研究现状，相对于粉煤灰空心微珠，高岭土具有粒径分布均匀，外观规整，填充改性的PEEK具有优良的耐热性、耐磨性、抗冲击性和抗翘曲性，而适量的玻璃纤维可弥补矿物填充引起的力学性能损毁，也保证了复合材料注塑所需的流动要求，注塑产品的抗翘曲能力。因此，从根本上解决了PEEK的流动性差和生产成本高等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料及其制备方法，旨在解决现有的PEEK的流动性差和生产成本高等问题。
本发明目的是采用玻璃纤维、高岭土对高性能PEEK材料进行改性，PEEK与高岭土、PEEK与玻璃纤维相界面间的界面作用力，改善了PEEK复合材料的力学性能、耐化学腐蚀性、耐热性，提高其抗翘曲性、抗冲击性，降低PEEK生产成本。
本发明是这样实现的，一方面，提供了一种力学性能、耐化学腐蚀性、耐热性、抗翘曲性及抗冲击性较强且PEEK生产成本较低的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料，按重量百分比由以下组分组成：
进一步地，所述相容剂为接枝率为0.5％～1.0％的POE-g-GMA、SEBS-g-GMA或丙烯酸正丁酯-缩水甘油酯。
进一步地，所述高岭土和所述玻璃纤维均经过偶联剂活化处理的填料和纤维，增强与所述PEEK相界面间结合力。
进一步地，所述抗氧剂为β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、((N，N(3，5)-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰)已二胺或亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯中一种或几种混合物。
进一步地，所述热稳定剂为N-苯烯接枝马来酰亚胺、有机铜盐、受阻酚类或磷酸酯类中一种或几种混合物。
进一步地，所述润滑剂为聚硅氧烷、长链不饱和脂肪酸盐、N.N-亚乙基双硬脂酸酰胺或乙烯硬脂酰胺中一种或几种混合物。
相应地，本发明还提供一种PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料制备方法，包括步骤：
(1)称取配方组分
按照权利要求1所述的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料配方分别称取PEEK、相容剂、硅烷偶联剂、高岭土、抗氧剂、热稳定剂、润滑剂及玻璃纤维；
(2)制备混合物
将步骤(1)中称取的所述PPEEK、相容剂、硅烷偶联剂、高岭土、抗氧剂、热稳定剂、润滑剂及玻璃纤维加入高混机中高速混合2-10分钟，得到混合物；
(3)熔融挤出
将步骤(2)中得到的混合物由主喂料系统加入啮合同向双螺杆挤出机中，将玻璃纤维通过排气口加入，经熔融反应、挤出、冷却、切粒、干燥、获得注塑原料成品。双螺杆挤出机的工艺参数如下：一区温度200～240℃；二区温度280～320℃；三区、四区、五区温度均为300～340℃；六区、七区、八区、九区温度均为305～345℃；模头温度330～360℃；机头模压为10～13MPa；双螺杆长径比为25～40；塑料在挤出机中停留时间为2～3min。
本发明的有益效果是：本发明PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料以PEEK为主料，采用玻璃纤维、高岭土填充对PEEK进行改性，PEEK与高岭土、PEEK与玻璃纤维相界面结合力，改善了PEEK复合材料的力学性能、耐化学腐蚀性、耐热性，提高了PEEK抗翘曲性、抗冲击性，降低PEEK生产成本。
另外，本发明采用平行同向双螺杆挤出机制备，具有操作简单、成本低廉、生产效益高，适合工业化生产。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明目的是采用玻璃纤维、高岭土对高性能PEEK材料进行改性，PEEK与高岭土、PEEK与玻璃纤维相界面间的界面作用力，改善了PEEK复合材料的力学性能、耐化学腐蚀性、耐热性，提高其抗翘曲性、抗冲击性，降低PEEK生产成本。
本发明实施例提供一种力学性能、耐化学腐蚀性、耐热性、抗翘曲性及抗冲击性较强且PEEK生产成本较低的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料，按重量百分比由以下组分组成：
进一步地，所述相容剂为接枝率为0.5％～1.0％的POE-g-GMA、SEBS-g-GMA或丙烯酸正丁酯-缩水甘油酯，以增强PEEK与玻璃纤维相界面相容性，提高PEEK与玻璃纤维相界面的结合效果，实现体系中各组分的均匀混合。
进一步地，所述高岭土和所述玻璃纤维均经过偶联剂活化处理的填料和纤维，增强与所述PEEK相界面间结合力。
进一步地，所述抗氧剂为β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、((N，N(3，5)-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰)已二胺或亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯中一种或几种混合物。
进一步地，所述热稳定剂为N-苯烯接枝马来酰亚胺、有机铜盐、受阻酚类或磷酸酯类中一种或几种混合物。
进一步地，所述润滑剂为聚硅氧烷、长链不饱和脂肪酸盐、N.N-亚乙基双硬脂酸酰胺或乙烯硬脂酰胺中一种或几种混合物。
本发明PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料以PEEK为主料，采用玻璃纤维、高岭土填充对PEEK进行改性，PEEK与高岭土、PEEK与玻璃纤维相界面结合力，改善了PEEK复合材料的力学性能、耐化学腐蚀性、耐热性，提高了PEEK抗翘曲性、抗冲击性，降低PEEK生产成本。
相应地，本发明还提供一种PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料制备方法，包括步骤：
(1)称取配方组分
按照权利要求1所述的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料配方分别称取PEEK、相容剂、硅烷偶联剂、高岭土、抗氧剂、热稳定剂、润滑剂及玻璃纤维；
(2)制备混合物
将步骤(1)中称取的所述PPEEK、相容剂、硅烷偶联剂、高岭土、抗氧剂、热稳定剂、润滑剂及玻璃纤维加入高混机中高速混合2-10分钟，得到混合物；
(3)熔融挤出
将步骤(2)中得到的混合物由主喂料系统加入啮合同向双螺杆挤出机中，将玻璃纤维通过排气口加入，经熔融反应、挤出、冷却、切粒、干燥、获得注塑原料成品。双螺杆挤出机的工艺参数如下：一区温度200～240℃；二区温度280～320℃；三区、四区、五区温度均为300～340℃；六区、七区、八区、九区温度均为305～345℃；模头温度330～360℃；机头模压为10～13MPa；双螺杆长径比为25～40；塑料在挤出机中停留时间为2～3min。
上述PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料制备方法采用平行同向双螺杆挤出机制备，只需按配方将各组分混合并在适当的温度下熔融挤出即可得到产品，在熔融挤出过程中只需控制熔融挤出的温度和时间即可，具有操作简单、成本低廉、生产效益高，适合工业化生产。
下面结合具体的实施例对本发明做一详细的阐述。
实施例1
该实施例的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料，按重量百分比由以下组分组成：PEEK 53.6％、相容剂7％、硅烷偶联剂0.4％、高岭土25％、抗氧剂0.3％，热稳定剂0.5％、润滑剂0.2及及玻璃纤维13％。
其制备方法如下：
(1)称取配方组分
按照上述的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料配方分别称取PEEK、相容剂、硅烷偶联剂、高岭土、抗氧剂、热稳定剂、润滑剂及玻璃纤维；
(2)制备混合物
将步骤(1)中称取的所述PPEEK、相容剂、硅烷偶联剂、高岭土、抗氧剂、热稳定剂、润滑剂及玻璃纤维加入高混机中高速混合2-10分钟，得到混合物；
(3)熔融挤出
将步骤(2)中得到的混合物由主喂料系统加入啮合同向双螺杆挤出机中，将玻璃纤维通过排气口加入，经熔融反应、挤出、冷却、切粒、干燥、获得注塑原料成品。双螺杆挤出机的工艺参数如下：一区温度200～240℃；二区温度280～320℃；三区、四区、五区温度均为300～340℃；六区、七区、八区、九区温度均为305～345℃；模头温度330～360℃；机头模压为10～13MPa；双螺杆长径比为25～40；塑料在挤出机中停留时间为2～3min。
实施例2
该实施例的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料，按重量百分比由以下组分组成：PEEK 48.6％、相容剂9％、硅烷偶联剂0.4％、高岭土28％、抗氧剂0.3％，热稳定剂0.5％、润滑剂0.2％及玻璃纤维13％。
其制备方法与实施例1相同。
实施例3
该实施例的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料，按重量百分比由以下组分组成：PEEK 57.1％、相容剂8％、硅烷偶联剂0.5％、高岭土22％、抗氧剂0.3％，热稳定剂0.5％、润滑剂0.3％及玻璃纤维11％。
其制备方法与实施例1相同。
实施例4
该实施例的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料，按重量百分比由以下组分组成：PEEK 45.2％、相容剂7％、硅烷偶联剂0.6％、高岭土28％、抗氧剂0.4％，热稳定剂0.4％、润滑剂0.4％及玻璃纤维18％。
其制备方法与实施例1相同。
实施例5
该实施例的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料，按重量百分比由以下组分组成：PEEK 55.1％、相容剂3％、硅烷偶联剂0.8％、高岭土22％、抗氧剂0.3％，热稳定剂0.3％、润滑剂0.3％及玻璃纤维18％。
其制备方法与实施例1相同。
本发明的有益效果是：本发明PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料以PEEK为主料，采用玻璃纤维、高岭土填充对PEEK进行改性，PEEK与高岭土、PEEK与玻璃纤维相界面结合力，改善了PEEK复合材料的力学性能、耐化学腐蚀性、耐热性，提高了PEEK抗翘曲性、抗冲击性，降低PEEK生产成本。
另外，本发明采用平行同向双螺杆挤出机制备，具有操作简单、成本低廉、生产效益高，适合工业化生产。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：
2.根据权利要求书1所述的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料，其特征在于，所述相容剂为接枝率为0.5％～1.0％的POE-g-GMA、SEBS-g-GMA或丙烯酸正丁酯-缩水甘油酯。
3.根据权利要求书1所述的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料，其特征在于，所述高岭土和所述玻璃纤维均经过偶联剂活化处理的填料和纤维，增强与所述PEEK相界面间结合力。
4.根据权利要求书1所述的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、((N，N(3，5)-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰)已二胺或亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯中一种或几种混合物。
5.根据权利要求书1所述的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料，其特征在于，所述热稳定剂为N-苯烯接枝马来酰亚胺、有机铜盐、受阻酚类或磷酸酯类中一种或几种混合物。
6.根据权利要求书1所述的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料，其特征在于，所述润滑剂为聚硅氧烷、长链不饱和脂肪酸盐、N.N-亚乙基双硬脂酸酰胺或乙烯硬脂酰胺中一种或几种混合物。
7.根据权利要求1-6任一项所述的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料制备方法，其特征在于，包括步骤：
(1)称取配方组分
按照权利要求1所述的PEEK/玻璃纤维/高岭土复合材料配方分别称取PEEK、相容剂、硅烷偶联剂、高岭土、抗氧剂、热稳定剂、润滑剂及玻璃纤维；
(2)制备混合物
将步骤(1)中称取的所述PPEEK、相容剂、硅烷偶联剂、高岭土、抗氧剂、热稳定剂、润滑剂及玻璃纤维加入高混机中高速混合2-10分钟，得到混合物；
(3)熔融挤出
将步骤(2)中得到的混合物由主喂料系统加入啮合同向双螺杆挤出机中，将玻璃纤维通过排气口加入，经熔融反应、挤出、冷却、切粒、干燥、获得注塑原料成品。双螺杆挤出机的工艺参数如下：一区温度200～240℃；二区温度280～320℃；三区、四区、五区温度均为300～340℃；六区、七区、八区、九区温度均为305～345℃；模头温度330～360℃；机头模压为10～13MPa；双螺杆长径比为25～40；塑料在挤出机中停留时间为2～3min。
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