CN114921053A - 一种尼龙增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种尼龙增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种尼龙增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法，一种尼龙增强聚醚醚酮复合材料，包括以下重量份的原材料：包括聚醚醚酮50‑65份，尼龙66短纤维35‑45份，纳米二氧化钛粉末0.5‑5份，聚二甲硅氧烷1‑2份和抗氧剂0.5‑1份。本发明属复合材料技术领域，本发明是一种结合纳米材料填充，得到利用短纤维增强peek耐磨损性能更好的尼龙增强聚醚醚酮复合材料。

Description

一种尼龙增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体是指一种尼龙增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法。
背景技术
聚醚醚酮，简称PEEK，它是分子主链中含有链节的线性芳香族高分子化合物。其构成单位为氧-对亚苯基-氧-羰-对亚苯基，是半结晶性、热塑性塑料。聚醚醚酮(PEEK)是一种性能优异的特种工程塑料，与其他特种工程塑料相比具有更多显著优势，耐正高温260度、机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐剥离性、耐磨性、不耐强硝酸、浓硫酸、抗辐射、超强的机械性能可用于高端的机械、核工程和航空等科技。
然而，单一的聚醚醚酮树脂难以满足不同领域的使用要求，近年来，PEEK的改性尤其是提高树脂的综合性能成为国内外研究的热点之一。现有的聚醚醚酮复合材料的综合性能和纯树脂相比都有较大的提高，但是综合性能依然不是很好。而且peek材料由于硬度非常高，抗击打能力非常强，导致加工术处理也比较复杂，加工成本高，导致peek价格比较高。
发明内容
为解决上述现有难题，本发明通过选择合适的尼龙66短纤维与聚醚醚酮配比进行共混，结合纳米材料填充，得到利用短纤维增强peek耐磨损性能更好的尼龙增强聚醚醚酮复合材料。
本发明采用的技术方案如下：一种尼龙增强聚醚醚酮复合材料，包括以下重量份的原材料：包括聚醚醚酮50-65份，尼龙66短纤维35-45份，纳米二氧化钛粉末0.5-5份，聚二甲硅氧烷1-2份和抗氧剂0.5-1份。
进一步地，一种尼龙增强聚醚醚酮复合材料，包括以下重量份的原材料：包括聚醚醚酮55-60份，尼龙66短纤维36-44份，纳米二氧化钛粉末1-4份，聚二甲硅氧烷1.2-1.8份和抗氧剂0.6-0.8份。
进一步地，一种尼龙增强聚醚醚酮复合材料，包括以下重量份的原材料：包括聚醚醚酮57份，尼龙66短纤维40份，纳米二氧化钛粉末3份，聚二甲硅氧烷1.5份和抗氧剂0.7份。
进一步地，所述尼龙66短纤维为8-10mm的短纤维。
进一步地，所述纳米二氧化钛粉末平均粒径10-50nm。
进一步地，所述聚醚醚酮粒径为15-20μm。
进一步地，所述抗氧剂为二苯胺和对苯二胺中任一种。
本发明还公开了一种尼龙增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)烘干原材料：取上述重量份的所述复合材料的原料，将尼龙66短纤维在100-120℃温度下干燥4-5h；；
2)对无机纳米材料进行改性：通过物理包覆或者化学改性对纳米二氧化钛表面进行改性处理；
3)将改性后的纳米二氧化钛和上述重量份的聚醚醚酮粉末混合在酒精中，经过超声波分散均匀后取出，在105-110℃下保温6-7小时，去除酒精和湿气；
4)称取上述重量份抗氧剂、聚二甲硅氧烷和经过步骤3)制得的纳米二氧化碳和聚醚醚酮混合物以及经过步骤1)得到的干燥后的尼龙66短纤维机械混合均匀；
将步骤4)得到的混合后的原料放入模具内，采用模压成型法注射成型，在300-330℃退火1.5h并在240—265℃保温50h制得所述尼龙增强聚醚醚酮复合材料。
进一步地，所述步骤4)中机械混合选用高速混合机，控制高速混合机转速为900-1000r/min混合20-30min。
采用上述方案本发明取得有益效果如下：本发明一种尼龙增强聚醚醚酮复合材料，利用纳米材料填充peek，以及利用价格低廉的尼龙66与peek复合，增强peek的耐磨性能；对于PEEK复合材料，注射成型生产PEEK/短纤维复合材料时，使得PEEK和短纤维具有显著的各向异性的力学性能，因此经短纤维增强的PEEK其强度和模量明显提高，对疲劳裂纹的阻抗亦明显提高；采用中等冷却速度，较之采用自然冷却和快速强制冷却，对复合材料的强度、模量都有不同程度的提高。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明尼龙增强聚醚醚酮复合材料，包括聚醚醚酮57份，尼龙66短纤维40份，纳米二氧化钛粉末3份，聚二甲硅氧烷1.5份和抗氧剂0.7份。
其中，所述尼龙66短纤维为8-10mm的短纤维；所述纳米二氧化钛粉末平均粒径10-50nm；所述聚醚醚酮粒径为15-20um；所述抗氧剂为二苯胺和对苯二胺中任一种。
本发明尼龙增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)烘干原材料：取上述重量份的所述复合材料的原料，将尼龙66短纤维在100-120℃温度下干燥4-5h；；
2)对无机纳米材料进行改性：通过物理包覆或者化学改性对纳米二氧化钛表面进行改性处理；
3)将改性后的纳米二氧化钛和上述重量份的聚醚醚酮粉末混合在酒精中，经过超声波分散均匀后取出，在105-110℃下保温6-7小时，去除酒精和湿气；
4)称取上述重量份抗氧剂、聚二甲硅氧烷和经过步骤3)制得的纳米二氧化碳和聚醚醚酮混合物以及经过步骤1)得到的干燥后的尼龙66短纤维机械混合均匀；
5)将步骤4)得到的混合后的原料放入模具内，采用模压成型法注射成型，在300-330℃退火1.5h并在240—265℃保温50h制得所述尼龙增强聚醚醚酮复合材料。
优选的，所述步骤4)中机械混合选用高速混合机，控制高速混合机转速为900-1000r/min混合20-30min。
实施例2
本发明尼龙增强聚醚醚酮复合材料，包括聚醚醚酮58份，尼龙66短纤维42份，纳米二氧化钛粉末3份，聚二甲硅氧烷1.5份和抗氧剂0.7份。
其中，所述尼龙66短纤维为8-10mm的短纤维；所述纳米二氧化钛粉末平均粒径10-50nm；所述聚醚醚酮粒径为15-20um；所述抗氧剂为二苯胺和对苯二胺混合物。
本发明尼龙增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)烘干原材料：取上述重量份的所述复合材料的原料，将尼龙66短纤维在110℃温度下干燥4.5h；；
2)对无机纳米材料进行改性：通过物理包覆对纳米二氧化钛表面进行改性处理；
3)将改性后的纳米二氧化钛和上述重量份的聚醚醚酮粉末混合在酒精中，经过超声波分散均匀后取出，在105-110℃下保温6-7小时，去除酒精和湿气；
4)称取上述重量份抗氧剂、聚二甲硅氧烷和经过步骤3)制得的纳米二氧化碳和聚醚醚酮混合物以及经过步骤1)得到的干燥后的尼龙66短纤维机械混合均匀；
5)将步骤4)得到的混合后的原料放入模具内，采用模压成型法注射成型，在300-330℃退火1.5h并在240—265℃保温50h制得所述尼龙增强聚醚醚酮复合材料。
优选的，所述步骤4)中机械混合选用高速混合机，控制高速混合机转速为900-1000r/min混合20-30min。
实施例3
本发明尼龙增强聚醚醚酮复合材料，包括聚醚醚酮57份，尼龙66短纤维42份，纳米二氧化钛粉末2份，聚二甲硅氧烷1.5份和抗氧剂0.7份。
其中，所述尼龙66短纤维为8-10mm的短纤维；所述纳米二氧化钛粉末平均粒径10-50nm；所述聚醚醚酮粒径为15-20um；所述抗氧剂为二苯胺。
本发明尼龙增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)烘干原材料：取上述重量份的所述复合材料的原料，将尼龙66短纤维在100-120℃温度下干燥4-5h；；
2)对无机纳米材料进行改性：通过物理包覆或者化学改性对纳米二氧化钛表面进行改性处理；
3)将改性后的纳米二氧化钛和上述重量份的聚醚醚酮粉末混合在酒精中，经过超声波分散均匀后取出，在105-110℃下保温6.5小时，去除酒精和湿气；
4)称取上述重量份抗氧剂、聚二甲硅氧烷和经过步骤3)制得的纳米二氧化碳和聚醚醚酮混合物以及经过步骤1)得到的干燥后的尼龙66短纤维机械混合均匀；
5)将步骤4)得到的混合后的原料放入模具内，采用模压成型法注射成型，在300-330℃退火1.5h并在240—265℃保温50h制得所述尼龙增强聚醚醚酮复合材料。
优选的，所述步骤4)中机械混合选用高速混合机，控制高速混合机转速为900-1000r/min混合20-30min。
实施例4
本发明尼龙增强聚醚醚酮复合材料，包括聚醚醚酮55份，尼龙66短纤维41份，纳米二氧化钛粉末2.5份，聚二甲硅氧烷1.6份和抗氧剂0.7份。
其中，所述尼龙66短纤维为8-10mm的短纤维；所述纳米二氧化钛粉末平均粒径10-50nm；所述聚醚醚酮粒径为15-20um；所述抗氧剂为二苯胺。
本发明尼龙增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)烘干原材料：取上述重量份的所述复合材料的原料，将尼龙66短纤维在120℃温度下干燥5h；；
2)对无机纳米材料进行改性：通过物理包覆或者化学改性对纳米二氧化钛表面进行改性处理；
3)将改性后的纳米二氧化钛和上述重量份的聚醚醚酮粉末混合在酒精中，经过超声波分散均匀后取出，在105-110℃下保温7小时，去除酒精和湿气；
4)称取上述重量份抗氧剂、聚二甲硅氧烷和经过步骤3)制得的纳米二氧化碳和聚醚醚酮混合物以及经过步骤1)得到的干燥后的尼龙66短纤维机械混合均匀；
5)将步骤4)得到的混合后的原料放入模具内，采用模压成型法注射成型，在300-330℃退火1.5h并在240—265℃保温50h制得所述尼龙增强聚醚醚酮复合材料。
优选的，所述步骤4)中机械混合选用高速混合机，控制高速混合机转速为900-1000r/min混合20-30min。
通过以上实施例制得的尼龙增强聚醚醚酮复合材料，尼龙66短纤维材料成本低廉，peek短纤维复合材料应用于汽车发动机部件、宇航器结构材料和阀门零件。对制得的尼龙增强聚醚醚酮复合材料进行分析，经短纤维增强的peek其强度和模量明显提高，对疲劳裂纹的阻抗也明显提高。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种尼龙增强聚醚醚酮复合材料，其特征在于：包括以下重量份的原材料：包括聚醚醚酮50-65份，尼龙66短纤维35-45份，纳米二氧化钛粉末0.5-5份，聚二甲硅氧烷1-2份和抗氧剂0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的一种尼龙增强聚醚醚酮复合材料，其特征在于：包括以下重量份的原材料：包括聚醚醚酮55-60份，尼龙66短纤维36-44份，纳米二氧化钛粉末1-4份，聚二甲硅氧烷1.2-1.8份和抗氧剂0.6-0.8份。
3.根据权利要求1所述的一种尼龙增强聚醚醚酮复合材料，其特征在于：包括以下重量份的原材料：包括聚醚醚酮57份，尼龙66短纤维40份，纳米二氧化钛粉末3份，聚二甲硅氧烷1.5份和抗氧剂0.7份。
4.根据权利要求1所述的一种尼龙增强聚醚醚酮复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为二苯胺和对苯二胺中任一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的尼龙增强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)烘干原材料：取上述重量份的所述复合材料的原料，将尼龙66短纤维在100-120℃温度下干燥4-5h；；
2)对无机纳米材料进行改性：通过物理包覆或者化学改性对纳米二氧化钛表面进行改性处理；
3)将改性后的纳米二氧化钛和上述重量份的聚醚醚酮粉末混合在酒精中，经过超声波分散均匀后取出，在105-110℃下保温6-7小时，去除酒精和湿气；
4)称取上述重量份抗氧剂、聚二甲硅氧烷和经过步骤3)制得的纳米二氧化碳和聚醚醚酮混合物以及经过步骤1)得到的干燥后的尼龙66短纤维机械混合均匀；
5)将步骤4)得到的混合后的原料放入模具内，采用模压成型法注射成型，在300-330℃退火1.5h，并在240—265℃保温50h制得所述尼龙增强聚醚醚酮复合材料。
6.根据权利要求5所述的尼龙增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中机械混合选用高速混合机，控制高速混合机转速为900-1000r/min混合20-30min。
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