CN107541011A - 一种高性能聚醚醚酮复合材料配方及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高性能聚醚醚酮复合材料配方及其制备方法，该配方由以下重量份的原料组成：聚醚醚酮50～65份、聚酰亚胺纤维5～20份、碳纤维5～20份、增塑剂3～7份、聚四氟乙烯3～10份、高温润滑剂1～2份、抗氧剂0.5～1份。本发明制备方法简单，易操作，制备的醚醚酮复合材料具有高强度、高韧性、高弯曲模量、易于加工的优点。

Description

一种高性能聚醚醚酮复合材料配方及其制备方法

技术领域

本发明属于特种工程塑料领域，具体涉及一种纤维共混增强聚醚醚酮复合材料配方及其制备方法。

背景技术

聚醚醚酮是一种特种高分子材料，其主链结构是由苯环、酮键和醚键所构成的高聚物，聚醚醚酮为黄灰色固体，密度为1.26～1.32g/cm³，热变形温度为135～160℃，其玻璃化转变温度为134℃，熔点为334℃，它的力学性能较好，在室温下的抗拉强度、抗弯强度、弯曲模量、冲击强度等均较高，伸长率也很大，均高于一般塑料，而用玻纤和碳纤增强后可大大提高力学性能。此外，聚醚醚酮还具有良好的耐磨性、耐化学品性、耐辐射性、阻燃性等多方面的优异性能。

聚醚醚酮具有加工性能好、高温流动性好和热分解温度高等特点，因此可采用各种加工方式，如：注射成型，挤出成型、模压成型、吹塑成型、熔融纺丝、旋转成型、粉末喷涂等多种方法成型加工，作为二次加工可以采用真空成型、压延、拉伸、复合、机械加工等加工手段。

聚醚醚酮制品适合用于各种工作条件苛刻的环境下，使得其在石油化工、电子电气、仪器仪表、机械汽车、医疗卫生、航天航空、军工核能等诸多领域具有广泛的应用。

纯聚醚醚酮材料价格非常昂贵，并且存在剪切性能差、耐高温性能在一些特定的环境下有一定缺陷。因此，纯的聚醚醚酮树脂已不能满足制造高精度、耐热、耐磨损、抗疲劳和抗冲击制品的应用需求。近年来国内外研究人员对聚醚醚酮的改性做了大量研究，主要方法有纤维增强聚醚醚酮，聚醚醚酮表面改性，颗粒填充聚醚醚酮，与聚合物共混等，这样不仅能降低制品的生产成本，还能改善制品的成型加工性能，而对于纤维增强改性的工艺中，普通聚醚醚酮纤维复合材料熔体流动性较差、加工难度较大、尺寸稳定性和耐磨性较差。因此，一种高强度、高韧性、高弯曲模量、易于加工的聚醚醚酮复合材料已受到领域内研究人员的广泛关注。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种高性能聚醚醚酮复合材料配方及其制备方法，利用聚酰亚胺纤维和碳纤维共混来增强聚醚醚酮复合材料的韧性、弯曲强度和热变形温度。

本发明的技术方案如下：

一种高性能聚醚醚酮复合材料配方，该配方由以下重量份的原料组成：聚醚醚酮50～65份、聚酰亚胺纤维5～20份、碳纤维5～20份、增塑剂3～7份、聚四氟乙烯3～10份、高温润滑剂1～2份、抗氧剂0.5～1份。

作为优选：聚醚醚酮:聚酰亚胺纤维:碳纤维:增塑剂:聚四氟乙烯:高温润滑剂:抗氧剂的重量比为60:15:10:4:8:2:1。

其中，所述的增塑剂选自：邻苯二甲酸二环己酯、苯甲酸三甘油酯中的一种或两种。

所述的高温润滑剂为石墨。

所述的抗氧剂选自：抗氧剂264、抗氧剂300、抗氧剂1010中的一种或多种。

所述聚醚醚酮、聚四氟乙烯均为市场上的成熟产品，粒径均匀即可。

所述聚酰亚胺纤维和碳纤维为卷装纤维。

一种高性能聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取聚醚醚酮50～65份、聚酰亚胺纤维5～20份、碳纤维5～20份、增塑剂3～7份、聚四氟乙烯3～10份、高温润滑剂1～2份、抗氧剂0.5～1份；

(2)在真空度60～70kpa、温度140～150℃的真空环境中，将聚醚醚酮和聚四氟乙烯干燥10h，在真空度60～70kpa、温度100～105℃的真空环境中，将卷装的聚酰亚胺纤维和碳纤维干燥10h，干燥后物料的含水率均低于30ppm；

(3)将干燥好的聚醚醚酮和聚四氟乙烯放入高速混合机中，并向高速混合机中加入增塑剂、高温润滑剂和抗氧剂，在室温下高速混合20min；控制转速为1000～1200r/min；

(4)将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，卷装聚酰亚胺纤维和碳纤维分别从挤出机侧喂料口的混料段匀速加入，螺杆转速为180～200r/min，采用熔融共混挤出的方式进行挤出，挤出温度为350～380℃，经风冷、造粒、均化、包装得到高性能聚醚醚酮复合材料。

本发明的有益效果在于：1、本发明以纤维共混而制得聚醚醚酮复合材料，该材料不仅保存有聚醚醚酮原有特性，而且还充分结合了聚酰亚胺纤维的耐高低温特性和阻燃性；碳纤维的耐腐蚀和高模量性；聚四氟乙烯的耐腐蚀性、高润滑性、电绝缘性，通过以上材料的复合克服了现有工程塑料单一品种性能上的不足，发挥了各种材料的性能优势，同时本发明相较于单独使用聚醚醚酮与聚酰亚胺纤维或碳纤维共混节约了成本，从而获得一种高性价比的混合材料。

具体实施方式

通过以下具体实施例对本发明进行详细描述，下述实施例只是对本发明作进一步的解释说明，但并不以任何方式对本发明作任何限制。任何对本发明所作的改动或变化都在本发明的权利要求范围之内。

实施例1

称取聚醚醚酮65份、聚酰亚胺纤维10份、碳纤维10份、增塑剂(苯甲酸三甘油酯)4份、聚四氟乙烯8份、高温润滑剂(石墨)2份、抗氧剂(抗氧剂1010)1份；

在真空度60～70kpa、温度140～150℃的真空环境中，将聚醚醚酮和聚四氟乙烯干燥10h，在真空度60～70kpa、温度100～105℃的真空环境中，将卷装的聚酰亚胺纤维和碳纤维干燥10h，干燥后物料的含水率均低于30ppm；

将干燥好的聚醚醚酮和聚四氟乙烯放入高速混合机中，并向高速混合机中加入苯甲酸三甘油酯、石墨高温润滑剂和抗氧剂1010，在室温下高速混合20min；控制转速为1000～1200r/min；

将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，卷装聚酰亚胺纤维和碳纤维分别从挤出机侧喂料口的混料段匀速加入，螺杆转速为180～200r/min，采用熔融共混挤出的方式进行挤出，挤出温度为350～380℃，经风冷、造粒、均化、包装得到高性能聚醚醚酮复合材料。

实施例2

称取聚醚醚酮60份、聚酰亚胺纤维5份、碳纤维20份、增塑剂(苯甲酸三甘油酯)4份、聚四氟乙烯8份、高温润滑剂(石墨高温润滑剂)2份、抗氧化剂(抗氧剂1010)1份；

在真空度60～70kpa、温度140～150℃的真空环境中，将聚醚醚酮和聚四氟乙烯干燥10h，在真空度60～70kpa、温度100～105℃的真空环境中，将卷装的聚酰亚胺纤维和碳纤维干燥10h，干燥后物料的含水率均低于30ppm。

将干燥好的聚醚醚酮和聚四氟乙烯放入高速混合机中，并向高速混合机中加入苯甲酸三甘油酯、石墨高温润滑剂和抗氧剂1010，在室温下高速混合20min，控制转速为1000～1200r/min；

将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，卷装聚酰亚胺纤维和碳纤维分别从挤出机侧喂料口的混料段匀速加入，螺杆转速为180～200r/min，采用熔融共混挤出的方式进行挤出，挤出温度为350～380℃，经风冷、造粒、均化、包装得到高性能聚醚醚酮复合材料。

实施例3

称取聚醚醚酮55份、聚酰亚胺纤维20份、碳纤维10份、增塑剂(苯甲酸三甘油酯)4份、聚四氟乙烯8份、高温润滑剂(石墨高温润滑剂)2份、抗氧剂(抗氧剂1010)1份；

在真空度60～70kpa、温度140～150℃的真空环境中，将聚醚醚酮和聚四氟乙烯干燥10h，在真空度60～70kpa、温度100～105℃的真空环境中，将卷装的聚酰亚胺纤维和碳纤维干燥10h，干燥后物料的含水率均低于30ppm；

将干燥好的聚醚醚酮和聚四氟乙烯放入高速混合机中，并向高速混合机中加入苯甲酸三甘油酯、石墨高温润滑剂和抗氧剂1010，在室温下高速混合20min，控制转速为1000～1200r/min；

将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，卷装聚酰亚胺纤维和碳纤维分别从挤出机侧喂料口的混料段匀速加入，螺杆转速为180～200r/min，采用熔融共混挤出的方式进行挤出，挤出温度为350～380℃，经风冷、造粒、均化、包装得到高性能聚醚醚酮复合材料。

实施例4

称取聚醚醚酮60份、聚酰亚胺纤维20份、碳纤维5份、增塑剂(苯甲酸三甘油酯)4份、聚四氟乙烯8份、高温润滑剂(石墨高温润滑剂)2份、抗氧剂(抗氧剂1010)1份。

在真空度60～70kpa、温度140～150℃的真空环境中，将聚醚醚酮和聚四氟乙烯干燥10h，在真空度60～70kpa、温度100～105℃的真空环境中，将卷装的聚酰亚胺纤维和碳纤维干燥10h，干燥后物料的含水率均低于30ppm；

将干燥好的聚醚醚酮和聚四氟乙烯放入高速混合机中，并向高速混合机中加入苯甲酸三甘油酯、石墨高温润滑剂和抗氧剂1010，在室温下高速混合20min，控制转速为1000～1200r/min；

将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，卷装聚酰亚胺纤维和碳纤维分别从挤出机侧喂料口的混料段匀速加入，螺杆转速为180～200r/min，采用熔融共混挤出的方式进行挤出，挤出温度为350～380℃，经风冷、造粒、均化、包装得到高性能聚醚醚酮复合材料。

实施例5

称取聚醚醚酮60份、聚酰亚胺纤维10份、碳纤维15份、增塑剂(苯甲酸三甘油酯)4份、聚四氟乙烯8份、高温润滑剂(石墨高温润滑剂)2份、抗氧剂(抗氧剂1010)1份；

在真空度60～70kpa、温度140～150℃的真空环境中，将聚醚醚酮和聚四氟乙烯干燥10h，在真空度60～70kpa、温度100～105℃的真空环境中，将卷装的聚酰亚胺纤维和碳纤维干燥10h，干燥后物料的含水率均低于30ppm；

将干燥好的聚醚醚酮和聚四氟乙烯放入高速混合机中，并向高速混合机中加入苯甲酸三甘油酯、石墨高温润滑剂和抗氧剂1010，在室温下高速混合20min；控制转速为1000～1200r/min；

将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，卷装聚酰亚胺纤维和碳纤维分别从挤出机侧喂料口的混料段匀速加入，螺杆转速为180～200r/min，采用熔融共混挤出的方式进行挤出，挤出温度为350～380℃，经风冷、造粒、均化、包装得到高性能聚醚醚酮复合材料。

实施例6

称取聚醚醚酮60份、聚酰亚胺纤维15份、碳纤维10份、增塑剂(苯甲酸三甘油酯)4份、聚四氟乙烯8份、高温润滑剂(石墨高温润滑剂)2份、抗氧剂(抗氧剂1010)1份；

在真空度60～70kpa、温度140～150℃的真空环境中，将聚醚醚酮和聚四氟乙烯干燥10h，在真空度60～70kpa、温度100～105℃的真空环境中，将卷装的聚酰亚胺纤维和碳纤维干燥10h，干燥后物料的含水率均低于30ppm；

将干燥好的聚醚醚酮和聚四氟乙烯放入高速混合机中，并向高速混合机中加入苯甲酸三甘油酯、石墨高温润滑剂和抗氧剂1010，在室温下高速混合20min，控制转速为1000～1200r/min；

将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，卷装聚酰亚胺纤维和碳纤维分别从挤出机侧喂料口的混料段匀速加入，螺杆转速为180～200r/min，采用熔融共混挤出的方式进行挤出，挤出温度为350～380℃，经风冷、造粒、均化、包装得到高性能聚醚醚酮复合材料。

测得具体参数见表1

表1一种高性能聚醚醚酮复合材料的性能测试表

Claims (6)

1.一种高性能聚醚醚酮复合材料配方，其特征在于：该配方由以下重量份的原料组成：聚醚醚酮50～65份、聚酰亚胺纤维5～20份、碳纤维5～20份、增塑剂3～7份、聚四氟乙烯3～10份、高温润滑剂1～2份、抗氧剂0.5～1份。

2.根据权利要求1所述的一种高性能聚醚醚酮复合材料配方，其特征在于：该配方由以下重量份的原料组成：聚醚醚酮:聚酰亚胺纤维:碳纤维:增塑剂:聚四氟乙烯:高温润滑剂:抗氧剂的重量比为60:15:10:4:8:2:1。

3.根据权利要求1所述的一种高性能聚醚醚酮复合材料配方，其特征在于：所述的增塑剂选自邻苯二甲酸二环己酯、苯甲酸三甘油酯中的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的一种高性能聚醚醚酮复合材料配方，其特征在于：所述的高温润滑剂为石墨。

5.根据权利要求1所述的一种高性能聚醚醚酮复合材料配方，其特征在于：所述的抗氧剂选自抗氧剂264、抗氧剂300、抗氧剂1010中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种高性能聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)称取聚醚醚酮50～65份、聚酰亚胺纤维5～20份、碳纤维5～20份、增塑剂3～7份、聚四氟乙烯3～10份、高温润滑剂1～2份、抗氧剂0.5～1份；

(2)在真空度60～70kpa、温度140～150℃的真空环境中，将聚醚醚酮和聚四氟乙烯干燥10h，在真空度60～70kpa、温度100～105℃的真空环境中，将卷装的聚酰亚胺纤维和碳纤维干燥10h，干燥后物料的含水率均低于30ppm；

(3)将干燥好的聚醚醚酮和聚四氟乙烯放入高速混合机中，并向高速混合机中加入增塑剂、高温润滑剂和抗氧剂，在室温下高速混合20min；控制转速为1000～1200r/min；

(4)将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，卷装聚酰亚胺纤维和碳纤维分别从挤出机侧喂料口的混料段匀速加入，螺杆转速为180～200r/min，采用熔融共混挤出的方式进行挤出，挤出温度为350～380℃，经风冷、造粒、均化、包装得到高性能聚醚醚酮复合材料。