CN107573641A - 一种低成本高耐热peek复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低成本高耐热PEEK复合材料及制备方法，PEEK复合材料由玻璃纤维(GF)、聚醚醚酮（PEEK）和防玻纤外露剂（TAF）组成。PEEK复合材料的制备方法，包括以下步骤：一次干燥；高速混合；挤出造粒；二次干燥和注塑成型。本发明在低粘度PEEK原料中加入耐高温GF，使PEEK的耐热性能显著提高，配方中加入耐高温TAF，解决玻纤与PEEK树脂基体间界面结合力低以及玻纤在基体树脂中分散不均的问题。本发明降低了PEEK复合材料的成本。

Description

一种低成本高耐热PEEK复合材料

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体地说，涉及一种低成本高耐热PEEK复合材料及制备方法。

背景技术

PEEK 复合材料因其良好的综合性能，已经在航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和食品加工等领域得到广泛应用。目前，为了进一步改善PEEK的耐热性能，通常对 PEEK 进行改性，改性的方式有纤维增强、无机矿物填充等进行改性，不但可降低材料的成本，而且可以扩大PEEK 的使用范围，使其更能适合在高压高强度的环境中使用。

纤维改善PEEK材料耐热性能方面主要是玻纤增强 PEEK 复合材料，玻纤改性PEEK复合材料具有热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低等特点。在受外力的情况下，通过界面将载荷有效的传递到玻纤上，使复合材料的弯曲强度提高。同时玻纤也可以增强复合材料的抗热冲击和热摩擦等性能。

但是，纤维表面光滑、惰性、与基体的粘合力差，同时在基体树脂中分散不佳。因而单纯的纤维改善PEEK复合材料界面粘合强度低，材料性能不稳，当材料受外力作用时，纤维容易从基体中拔出，负荷不能有效的通过界面传递。严重影响了复合材料的综合性能，限制了材料的应用领域。

发明内容

（一）要解决的技术问题

针对以上技术问题，本发明的目的在于提供一种低成本高耐热PEEK复合材料及其制备方法，通过加入玻纤、TAF对PEEK进行改性，改善其耐热性能，降低复合材料的成本，使复合材料能更广泛的应用到汽车、航空航天、加工制造等领域。

（二）技术方案

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低成本高耐热PEEK复合材料，由玻纤(GF)、聚醚醚酮（PEEK）和TAF组成，其中各个组分的添加比例为：玻纤(GF)为10-40份、聚醚醚酮（PEEK）为60-90份、TAF为0.8-1.5份。

作为本发明优选的技术方案，所述的PEEK原料为低粘度PEEK，牌号为330G。

作为本发明优选的技术方案，所述的TAF为耐高温防玻纤外露剂。

作为本发明优选的技术方案，所述的低成本高耐热PEEK复合材料各个组成成分的最优配比为：玻纤为15份、PEEK为75份、TAF为0.8份。

本发明还提供了上述PEEK复合材料的制备方法，包括以下步骤：

一次干燥：采用干燥箱对PEEK粉末进行干燥；

高速混合：采用高速混合机将按配方量的TAF和PEEK粉末进行混料，使其混合均匀；

挤出造粒：使用双螺杆配混挤出机对混合后的物料进行挤出造粒，挤出机的参数设置为一区温度为350~400℃，二区温度为350~400℃，三区温度为350~400℃，四区温度为350~400℃，五区温度为350~400℃，机头温度为350~400℃，主机转速为180~400转/min，喂料速度为5~20 kg/h；将挤出的料条风冷至常温后，进行切粒，切出的颗粒为1~10mm长的圆柱形颗粒物料；

二次干燥：将切出的颗粒物料进行干燥处理，温度设置为60~150℃，干燥时间为0.5~10h；

（三）有益效果

（1）本发明在PEEK复合材料中，加入了防玻纤外露剂，能使GF更好的分散在PEEK树脂中，解决玻纤与基体间界面结合力低，分散不佳的问题；

（2）本发明在PEEK中加入CF，使PEEK复合材料具有热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低等特点，增加了材料耐热性能，同时也提高了复合材料力学性能；

（3）本发明在PEEK树脂中加入了玻纤，降低了所制备PEEK复合材料的成本，一定程度上解决了PEEK产品成本高、价格昂贵的因素，使其能更广泛的应用到汽车、航空航天、加工制造等领域。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明的PEEK复合材料由玻纤(GF)、聚醚醚酮（PEEK）和TAF组成，其中各个组分的添加比例为：玻纤为15份、PEEK为75份、TAF为0.8份。

本PEEK复合材料的制备方法，依次包括以下步骤：

一次干燥：采用干燥箱对PEEK粉末进行干燥，温度设置为150℃，干燥时间为2h；

高速混合：采用高速混合机将按配方量的TAF和PEEK粉末进行混料，使其混合均匀；

挤出造粒：使用双螺杆配混挤出机对混合后的物料进行挤出造粒，挤出机参数设置为一区温度为300℃，二区温度为355℃，三区温度为355℃，四区温度为355℃，五区温度为360℃，机头温度为360℃，主机转速为250转/min，喂料速度为9kg/h；切出的颗粒优选为3mm长的圆柱形颗粒物料；

二次干燥：将切出的颗粒物料进行干燥处理，温度设置为150℃，干燥时间为2h；

注塑成型：采用常规注塑方法，将二次干燥处理后的颗粒物料制成符合要求的形状，其中，注塑机参数设置为：注塑温度为380℃，注塑压力为90MPa，储料压力为110MPa，关模压力为33MPa，模具温度为180℃。

本实施例的PEEK复合材料不但增强了PEEK原料的弯曲性能，同时，复合材料的负荷变形温度比原料提高了近60℃，使其更能适合在高温的环境中使用。本配方中纤维加入量15%，降低所制备PEEK复合材料的成本，一定程度上解决了PEEK产品成本高、价格昂贵的因素，使其能更广泛的应用到汽车、航空航天、加工制造等领域。

其机械性能及耐热性能参见表一

表一、PEEK复合材料机械性能及耐热性能表

Claims (4)

1.一种低成本高耐热PEEK复合材料，其特征在于：由玻纤(GF)、聚醚醚酮（PEEK）和TAF组成，其中各个组分添加的质量比例为：玻纤(GF)为10-40份、聚醚醚酮（PEEK）为60-90份、TAF为0.8-1.5份。

2.根据权利要求1所述的一种低成本高耐热PEEK复合材料，其特征在于：所述的PEEK原料为低粘度PEEK，牌号为330G。

3.根据权利要求1所述的一种低成本高耐热PEEK复合材料，其特征在于：所述的TAF为耐高温防玻纤外露剂。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种低成本高耐热PEEK复合材料的制备方法，其具体步骤为：

1）一次干燥：采用干燥箱对PEEK粉末进行干燥，温度设置为60~150℃，干燥时间为0.5~10h；

2）高速混合：采用高速混合机将按配方量的TAF和PEEK粉末进行混料，使其混合均匀；

3）挤出造粒：使用双螺杆配混挤出机对混合后的物料进行挤出造粒，挤出机的参数设置为一区温度为350~400℃，二区温度为350~400℃，三区温度为350~400℃，四区温度为350~400℃，五区温度为350~400℃，机头温度为350~400℃，主机转速为180~400转/min，喂料速度为5~20 kg/h；将挤出的料条风冷至常温后，进行切粒，切出的颗粒为1~10mm长的圆柱形颗粒物料；

4）二次干燥：将切出的颗粒物料进行干燥处理，温度设置为60~150℃，干燥时间为0.5~10h。