CN110157016B - 一种聚醚醚酮水性分散液的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料制备领域，具体关于一种聚醚醚酮水性分散液的制备方法；本发明制备了一种聚醚醚酮水性分散液，该种分散液中添加了含碘表面改性剂，通过这种方式，可以有效增强碳纤维与聚醚醚酮基体的相互作用，可以有效解决碳纤维增强聚醚醚酮基热塑性复合材料成型面临的巨大难题。不但能制备性能更为优异的碳纤维/聚醚醚酮复合材料，并且还为将来实际生产中实现碳纤维/聚醚醚酮复合材料的自动化连续生产，具有重大意义。

Description

一种聚醚醚酮水性分散液的制备方法

技术领域

本发明涉及材料制备领域，尤其是一种聚醚醚酮水性分散液的制备方法。

背景技术

近些年来，由于具有高强度、高模量、密度低、耐高温等优势的高性能碳纤维增强聚合物材料发展迅猛。聚醚醚酮由于具有的稳定化学特性和突出的综合性能使其成为了理想的纤维增强热塑性复合材料的基体材料。

CN104191753A公开了一种连续碳纤维增强聚醚醚酮基体纤维金属层板的制备方法，属于复合材料制备领域。利用连续碳纤维和改性聚醚醚酮树脂溶液，制备连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料；依次对金属板进行脱脂处理、酸洗和阳极氧化处理；将处理好的金属板和连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料进行交替铺层并置入模具中进行热压固化成形后，自然冷却得到碳纤维增强聚醚醚酮纤维金属层板。该发明制备的纤维金属层板优点在于韧性更好，强度高，易加工，环保无污染。

CN106426968A公开了一种纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的加工装置及成型方法。该加工装置包括：挤出机、衣架式挤出机头、冷却定型模、板材矫直机、牵引装置和切割装置；挤出机与衣架式挤出机头相连，冷却定型模与衣架式挤出机头相连，从冷却定型模挤出的板材经过板材矫直机，依次进入牵引装置和切割装置。采用该发明可以制备厚度较大、表面光洁的纤维增强聚醚醚酮复合材料板材，所制备的纤维增强聚醚醚酮板材具有较高的结晶度、耐热性、强度高和尺寸稳定性。该发明可通过调整冷却定型模高度和宽度或更换冷却定型模制备纤维增强聚醚醚酮复合材料不同厚度的板材。该发明生产的纤维增强聚醚醚酮复合材料板材可广泛应用于航空航天、电子电气、汽车、化工及机械等领域。

CN109504030A公开了一种碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，包括碳纤维和树脂基体，其原料中树脂基体按重量份包括以下组分：聚醚醚酮100份，聚酰胺酰亚胺10-30份，所述聚醚醚酮包含400℃、1000/s下的粘度分别为100Pa·s以下的A组分、100-250Pa·s的B组分和250Pa·s以上的C组分，所述A组分占聚醚醚酮总质量的50-85％，所述B组分占聚醚醚酮总质量的5-40％，C组分占聚醚醚酮总质量的1-15％，聚酰胺酰亚胺的吸水率大于0.25％，碳纤维的表面具有树脂包覆层。该碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，具有良好的刚性和韧性，且还具有高耐热性、耐溶剂性的优点，可以广泛地用于汽车、飞机、风力发电等领域，替代金属材料，达到减重、改善最终制品性能的目的。

但是由于聚醚醚酮的熔融粘度大，对密集的碳纤维丝束浸渍困难的劣势使其应用价值受得了影响。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种聚醚醚酮水性分散液的制备方法。

一种聚醚醚酮水性分散液的制备方法，其具体方案如下：

按照质量份数，将40-60份的二甲基甲酰胺加入到反应釜中，然后在搅拌下将25-45份的聚醚醚酮超细粉加入到反应釜中，搅拌10-20min后将5-10份的含碘表面改性剂加入到反应釜，控温50-70℃，搅拌30-60min；将0.1-0.5份的增稠剂和0.8-4.6份的聚乙二醇600溶解到120-150份的纯水中，然后加入到反应釜中，搅拌混合均匀后转移到高速分散机中分散30-60min，即可的得到所述的一种聚醚醚酮水性分散液。

所述的增稠剂为黄原胶或聚乙烯醇吡咯烷酮或羟丙基纤维素。

所述的聚醚醚酮超细粉的D90不大于25μm。

所述的含碘表面改性剂，按照以下方案制备：

按照质量份数，5-15份的聚丙烯酰胺与10-20份的乙醇混合均匀后加入到120-150份的水中，搅拌溶解均匀后将0.1-3份的N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺，0.1-2份丙烯酸铁，0.01-1份1-碘-2-三甲基硅基乙炔，和0.05-1份的磷酸钠加入到反应釜中，搅拌混合20-30min，调PH值至8-10，停止搅拌，使用高纯氮气在反应体系中鼓泡15-30min；完成后快速升温到40-60℃，并加入0.5-3份的过氧化环己酮二丁酯，搅拌反应60-120min，然后将0.1-2份的1-甲氧基-2-甲基环氧丙烷,0.01-0.2份三丁基甲基铵双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐加入到反应釜中，升温到70-80℃，搅拌反应120-180min，即可得到所述的含碘表面改性剂。

所述的一种聚醚醚酮水性分散液的按照以下方法使用：

将清洁干净的连续碳纤维以0.5-1.5m/min的速度经过所述的聚醚醚酮水性分散液，然后经刮胶、定型后得到规整的包覆有聚醚醚酮水性分散液的连续碳纤维带，然后将得到的连续碳纤维带加入铜箔作为离型纸，经离型纸隔离后缠绕在卷绕装置上，得到连续碳纤维预浸带缠绕卷然后将得到连续碳纤维预浸带缠绕卷在180-240℃温度下干燥，然后在1-15Mpa的压力、350-450℃下压制成纤维预浸带即可。

本发明的产品具有以下效果：本发明制备了一种聚醚醚酮水性分散液，该种分散液中引入添加了含碘表面改性剂，其中N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺，丙烯酸铁可生成金属铁配合物，存在于连续碳纤维带表面，提高了材料拉伸强度，1-碘-2-三甲基硅基引入碘元素，三丁基甲基铵双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐为季铵盐离子液体，可以提高各组分的相容性，本发明含碘表面改性剂有效增强碳纤维与聚醚醚酮基体的相互作用，可以有效解决碳纤维增强聚醚醚酮基热塑性复合材料成型面临的巨大难题。不但能制备性能更为优异的碳纤维/聚醚醚酮复合材料，并且还为将来实际生产中实现碳纤维/聚醚醚酮复合材料的自动化连续生产，具有重大意义。

附图说明

图1为实施例3做出的聚醚醚酮水性分散液的SU8000系列场发射扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

下面通过具体实施例对该发明作进一步说明：

实验采用微机控制电子万能试验机对采用不同方式处理的碳纤维/聚醚醚酮复合材料试样进行拉伸测试，设定拉伸速率为5mm/min，每组样品测试3次，将断裂伸长率大于5%的试样数据去除，取剩余数据的平均值。在氮气条件下，使用热重分析仪测试材料的热稳定性。

实施例1

一种聚醚醚酮水性分散液的制备方法，其具体方案如下：

按照质量份数，将40份的二甲基甲酰胺加入到反应釜中，然后在搅拌下将25份的聚醚醚酮超细粉加入到反应釜中，搅拌10min后将5份的含碘表面改性剂加入到反应釜，控温50℃，搅拌30min；将0.1份的增稠剂和0.8份的聚乙二醇600溶解到120份的纯水中，然后加入到反应釜中，搅拌混合均匀后转移到高速分散机中分散30min，即可的得到所述的一种聚醚醚酮水性分散液。

所述的增稠剂为黄原胶。

所述的聚醚醚酮超细粉的D90不大于25μm。

所述的含碘表面改性剂，按照以下方案制备：

按照质量份数，11份的聚丙烯酰胺与13份的乙醇混合均匀后加入到135份的水中，搅拌溶解均匀后将0.5份的N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺，0.7份丙烯酸铁，0.03份1-碘-2-三甲基硅基乙炔，和0.3份的磷酸钠加入到反应釜中，搅拌混合25min，调PH值至9，停止搅拌，使用高纯氮气在反应体系中鼓泡19min；完成后快速升温到48℃，并加入1份的过氧化环己酮二丁酯，搅拌反应70min，然后将1份的1-甲氧基-2-甲基环氧丙烷,0.02份三丁基甲基铵双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐加入到反应釜中，升温到75℃，搅拌反应150min，即可得到所述的含碘表面改性剂。

所述的一种聚醚醚酮水性分散液的按照以下方法使用：

将清洁干净的连续碳纤维以0.5m/min的速度经过所述的聚醚醚酮水性分散液，然后经刮胶、定型后得到规整的包覆有聚醚醚酮水性分散液的连续碳纤维带，然后将得到的连续碳纤维带加入铜箔作为离型纸，经离型纸隔离后缠绕在卷绕装置上，得到连续碳纤维预浸带缠绕卷然后将得到连续碳纤维预浸带缠绕卷在180℃温度下干燥，然后在1Mpa的压力、450℃下压制成纤维预浸带即可

本实验制备的碳纤维/聚醚醚酮复合材料的拉伸强度为1.53GPa，断裂伸长率为0.57%，材料的5%分解温度为564℃。

实施例2

一种聚醚醚酮水性分散液的制备方法，其具体方案如下：

按照质量份数，将50份的二甲基甲酰胺加入到反应釜中，然后在搅拌下将35份的聚醚醚酮超细粉加入到反应釜中，搅拌15min后将8份的含碘表面改性剂加入到反应釜，控温60℃，搅拌40min；将0.3份的增稠剂和2.6份的聚乙二醇600溶解到130份的纯水中，然后加入到反应釜中，搅拌混合均匀后转移到高速分散机中分散40min，即可的得到所述的一种聚醚醚酮水性分散液。

所述的增稠剂为聚乙烯醇吡咯烷酮。

所述的聚醚醚酮超细粉的D90不大于25μm。

所述的含碘表面改性剂，按照以下方案制备：

按照质量份数，5份的聚丙烯酰胺与10份的乙醇混合均匀后加入到120份的水中，搅拌溶解均匀后将0.1份的N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺，0.1份丙烯酸铁，0.01份1-碘-2-三甲基硅基乙炔，和0.05份的磷酸钠加入到反应釜中，搅拌混合20min，调PH值至8，停止搅拌，使用高纯氮气在反应体系中鼓泡15min；完成后快速升温到40℃，并加入0.5份的过氧化环己酮二丁酯，搅拌反应60min，然后将0.1份的1-甲氧基-2-甲基环氧丙烷,0.01份三丁基甲基铵双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐加入到反应釜中，升温到70℃，搅拌反应120min，即可得到所述的含碘表面改性剂。

所述的一种聚醚醚酮水性分散液的按照以下方法使用：

将清洁干净的连续碳纤维以1m/min的速度经过所述的聚醚醚酮水性分散液，然后经刮胶、定型后得到规整的包覆有聚醚醚酮水性分散液的连续碳纤维带，然后将得到的连续碳纤维带加入铜箔作为离型纸，经离型纸隔离后缠绕在卷绕装置上，得到连续碳纤维预浸带缠绕卷然后将得到连续碳纤维预浸带缠绕卷在220℃温度下干燥，然后在8Mpa的压力、380℃下压制成纤维预浸带即可

本实验制备的碳纤维/聚醚醚酮复合材料的拉伸强度为1.50GPa，断裂伸长率为0.42%，材料的5%分解温度为563℃。

实施例3

一种聚醚醚酮水性分散液的制备方法，其具体方案如下：

按照质量份数，将60份的二甲基甲酰胺加入到反应釜中，然后在搅拌下将45份的聚醚醚酮超细粉加入到反应釜中，搅拌20min后将10份的含碘表面改性剂加入到反应釜，控温70℃，搅拌60min；将0.5份的增稠剂和4.6份的聚乙二醇600溶解到150份的纯水中，然后加入到反应釜中，搅拌混合均匀后转移到高速分散机中分散60min，即可的得到所述的一种聚醚醚酮水性分散液。

所述的增稠剂为羟丙基纤维素。

所述的聚醚醚酮超细粉的D90不大于25μm。

所述的含碘表面改性剂，按照以下方案制备：

按照质量份数，15份的聚丙烯酰胺与20份的乙醇混合均匀后加入到150份的水中，搅拌溶解均匀后将3份的N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺，2份丙烯酸铁，1份1-碘-2-三甲基硅基乙炔，和1份的磷酸钠加入到反应釜中，搅拌混合30min，调PH值至10，停止搅拌，使用高纯氮气在反应体系中鼓泡30min；完成后快速升温到60℃，并加入3份的过氧化环己酮二丁酯，搅拌反应120min，然后将2份的1-甲氧基-2-甲基环氧丙烷, 0.2份三丁基甲基铵双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐加入到反应釜中，升温到80℃，搅拌反应180min，即可得到所述的含碘表面改性剂。

所述的一种聚醚醚酮水性分散液的按照以下方法使用：

将清洁干净的连续碳纤维以1.5m/min的速度经过所述的聚醚醚酮水性分散液，然后经刮胶、定型后得到规整的包覆有聚醚醚酮水性分散液的连续碳纤维带，然后将得到的连续碳纤维带加入铜箔作为离型纸，经离型纸隔离后缠绕在卷绕装置上，得到连续碳纤维预浸带缠绕卷然后将得到连续碳纤维预浸带缠绕卷在240℃温度下干燥，然后在15Mpa的压力、350℃下压制成纤维预浸带即可

本实验制备的碳纤维/聚醚醚酮复合材料的拉伸强度为1.82GPa，断裂伸长率为0.69%，材料的5%分解温度为566℃。

实施例4

一种聚醚醚酮水性分散液的制备方法，其具体方案如下：

按照质量份数，将40份的二甲基甲酰胺加入到反应釜中，然后在搅拌下将25份的聚醚醚酮超细粉加入到反应釜中，搅拌10min后将5份的含碘表面改性剂加入到反应釜，控温50℃，搅拌30min；将0.1份的增稠剂和0.8份的聚乙二醇600溶解到120份的纯水中，然后加入到反应釜中，搅拌混合均匀后转移到高速分散机中分散30min，即可的得到所述的一种聚醚醚酮水性分散液。

所述的增稠剂为黄原胶。

所述的聚醚醚酮超细粉的D90不大于25μm。

所述的含碘表面改性剂，按照以下方案制备：

按照质量份数，5份的聚丙烯酰胺与20份的乙醇混合均匀后加入到120份的水中，搅拌溶解均匀后将3份的N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺，0.1份丙烯酸铁，0.01份1-碘-2-三甲基硅基乙炔，和1份的磷酸钠加入到反应釜中，搅拌混合20min，调PH值至10，停止搅拌，使用高纯氮气在反应体系中鼓泡15min；完成后快速升温到60℃，并加入0.5份的过氧化环己酮二丁酯，搅拌反应120min，然后将0.1份的1-甲氧基-2-甲基环氧丙烷,0.03份三丁基甲基铵双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐加入到反应釜中，升温到80℃，搅拌反应120min，即可得到所述的含碘表面改性剂。

所述的一种聚醚醚酮水性分散液的按照以下方法使用：

将清洁干净的连续碳纤维以1.5m/min的速度经过所述的聚醚醚酮水性分散液，然后经刮胶、定型后得到规整的包覆有聚醚醚酮水性分散液的连续碳纤维带，然后将得到的连续碳纤维带加入铜箔作为离型纸，经离型纸隔离后缠绕在卷绕装置上，得到连续碳纤维预浸带缠绕卷然后将得到连续碳纤维预浸带缠绕卷在240℃温度下干燥，然后在15Mpa的压力、350℃下压制成纤维预浸带即可。

本实验制备的碳纤维/聚醚醚酮复合材料的拉伸强度为1.59GPa，断裂伸长率为0.52%，材料的5%分解温度为567℃。

对比例1

不加增稠剂，其它同实施例1。

本实验制备的碳纤维/聚醚醚酮复合材料的拉伸强度为1.21GPa，材料的5%分解温度为558℃。

对比例2

不加聚乙二醇600，其它同实施例1。

本实验制备的碳纤维/聚醚醚酮复合材料的拉伸强度为1.08GPa，材料的5%分解温度为559℃。

对比例3

不加含碘表面改性剂，其它同实施例1。

本实验制备的碳纤维/聚醚醚酮复合材料的拉伸强度为0.91GPa，材料的5%分解温度为553℃。

对比例5

不加1-碘-2-三甲基硅基乙炔，其它同实施例1。

本实验制备的碳纤维/聚醚醚酮复合材料的拉伸强度为1.17GPa，材料的5%分解温度为556℃。

对比例6

不加丙烯酸铁，其它同实施例1。

本实验制备的碳纤维/聚醚醚酮复合材料的拉伸强度为1.13GPa，材料的5%分解温度为558℃。

对比例6

不加三丁基甲基铵双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐，其它同实施例1。

本实验制备的碳纤维/聚醚醚酮复合材料的拉伸强度为1.30GPa，材料的5%分解温度为557℃。

Claims (5)

1.一种聚醚醚酮水性分散液的制备方法，其具体方案如下：

按照质量份数，将40-60份的二甲基甲酰胺加入到反应釜中，然后在搅拌下将25-45份的聚醚醚酮超细粉加入到反应釜中，搅拌10-20min后将5-10份的含碘表面改性剂加入到反应釜，控温50-70℃，搅拌30-60min；将0.1-0.5份的增稠剂和0.8-4.6份的聚乙二醇600溶解到120-150份的纯水中，然后加入到反应釜中，搅拌混合均匀后转移到高速分散机中分散30-60min，即可的得到所述的一种聚醚醚酮水性分散液；

所述的含碘表面改性剂，按照以下方案制备：

按照质量份数，5-15份的聚丙烯酰胺与10-20份的乙醇混合均匀后加入到120-150份的水中，搅拌溶解均匀后将0.1-3份的N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺，0.1-2份丙烯酸铁，0.01-1份1-碘-2-三甲基硅基乙炔，和0.05-1份的磷酸钠加入到反应釜中，搅拌混合20-30min，调PH值至8-10，停止搅拌，使用高纯氮气在反应体系中鼓泡15-30min；完成后快速升温到40-60℃，并加入0.5-3份的过氧化环己酮二丁酯，搅拌反应60-120min，然后将0.1-2份的1-甲氧基-2-甲基环氧丙烷,0.01-0.2份三丁基甲基铵双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐加入到反应釜中，升温到70-80℃，搅拌反应120-180min，即可得到所述的含碘表面改性剂，

所述的聚醚醚酮超细粉的D90不大于25μm。

2.根据权利要求1所述的一种聚醚醚酮水性分散液的制备方法，其特征在于：所述的增稠剂为黄原胶或聚乙烯醇吡咯烷酮或羟丙基纤维素。

3.根据权利要求1所述的一种聚醚醚酮水性分散液的制备方法，其特征在于：所述的一种聚醚醚酮水性分散液的按照以下方法使用：

将清洁干净的连续碳纤维以0.5-1.5m/min的速度经过所述的聚醚醚酮水性分散液，然后经刮胶、定型后得到规整的包覆有聚醚醚酮水性分散液的连续碳纤维带，然后将得到的连续碳纤维带加入铜箔作为离型纸，经离型纸隔离后缠绕在卷绕装置上，得到连续碳纤维预浸带缠绕卷然后将得到连续碳纤维预浸带缠绕卷在180-240℃温度下干燥，然后在1 -15Mpa的压力、350-450℃下压制成纤维预浸带即可。

4.根据权利要求1所述的一种聚醚醚酮水性分散液的制备方法，其特征在于：

所述的含碘表面改性剂，按照以下方案制备：

按照质量份数，11份的聚丙烯酰胺与13份的乙醇混合均匀后加入到135份的水中，搅拌溶解均匀后将0.5份的N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺，0.7份丙烯酸铁，0.03份1-碘-2-三甲基硅基乙炔，和0.3份的磷酸钠加入到反应釜中，搅拌混合25min，调PH值至9，停止搅拌，使用高纯氮气在反应体系中鼓泡19min；完成后快速升温到48℃，并加入1份的过氧化环己酮二丁酯，搅拌反应70min，然后将1份的1-甲氧基-2-甲基环氧丙烷,0.02份三丁基甲基铵双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐加入到反应釜中，升温到75℃，搅拌反应150min，即可得到所述的含碘表面改性剂。

5.根据权利要求1所述的一种聚醚醚酮水性分散液的制备方法，其特征在于：

所述的含碘表面改性剂，按照以下方案制备：

按照质量份数，5份的聚丙烯酰胺与10份的乙醇混合均匀后加入到120份的水中，搅拌溶解均匀后将0.1份的N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺，0.1份丙烯酸铁，0.01份1-碘-2-三甲基硅基乙炔，和0.05份的磷酸钠加入到反应釜中，搅拌混合20min，调PH值至8，停止搅拌，使用高纯氮气在反应体系中鼓泡15min；完成后快速升温到40℃，并加入0.5份的过氧化环己酮二丁酯，搅拌反应60min，然后将0.1份的1-甲氧基-2-甲基环氧丙烷,0.01份三丁基甲基铵双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐加入到反应釜中，升温到70℃，搅拌反应120min，即可得到所述的含碘表面改性剂。

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