CN1482175A - 高模量低膨胀热塑性复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高模量低膨胀热塑性复合材料及其制备方法。本发明采用高分子聚合物为基体材料，用连续碳纤维做增强材料，短碳纤维做补强和低翘曲材料，纳米粒子作为晶体调整材料，硅酮低聚物为加工助剂，经双螺杆挤出机塑化、混合、挤出、造粒制备一种高分子复合材料，这种复合材料具有高模量、低膨胀的特征。
Description
技术领域
本发明涉及一种高模量低膨胀热塑性复合材料。
本发明还涉及上述复合材料的制备方法。
背景技术
高模量低膨胀材料在环境温度变化时具有高尺寸稳定性，是各种精密装置、设备关键部件的重要材料。金属合金、玻璃、陶瓷是主要的高模量低膨胀材料。铸铁(USP 6110305)在室温～100℃线性热膨胀系数为8×10-6/℃；硼硅酸盐玻璃(CN 96190542)在20～300℃线性热膨胀系数为3.9～4.5×10-6/K；玻璃陶瓷(CN 01120896)线性热膨胀系数为0.6～3.5×10-6/℃；烧结陶瓷(CN 000808790)在25～800℃线性热膨胀系数可达0.5×10-6/℃；此外，石英玻璃、微晶玻璃、INVAR铝合金、铁镍合金、铬镍铁合金等材料也具有高模量低膨胀的特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种高模量低膨胀热塑性复合材料；
本发明的另一目的是提供上述材料的制备方法；
本发明提供的复合材料具有高模量、低膨胀的特征。
本发明中采用的所有原料都是工业化产品，具有来源充分、稳定的优点。生产工艺流程简单，设备投资小，容易实现规模化生产。
为实现上述目的，本发明提供的复合材料以高分子聚合物为基体材料，连续碳纤维做增强材料，短碳纤维做补强和低翘曲材料，纳米粒子作为晶体调整材料，硅酮低聚物为加工助剂，其具体重量组成为：聚醚醚酮(PEEK)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)45～60份，长度为0.5～1.0mm的碳纤维(LCF)15～40份，长度为0.1～0.2mm的短碳纤维(SCF)5～30份，纳米二氧化硅(SiO2)3～5份，硅酮低聚物为3～7份。
本发明提供的制备上述复合材料的方法为：将粉状聚合物放入高速混合机中，加入纳米微粒、短碳纤维和硅酮低聚物，先用低速750转/分，混合2～4分钟，然后再高速2500转/分，混合6～8分钟，得预混物，将该预混物在双螺杆挤出机中塑化、共混、挤出，同时在双螺杆挤出机的纤维加入口将连续碳纤维引入，双螺杆挤出机料筒温度为280～380℃，螺杆转速180～200转/分钟，挤出物经切粒得到长3～5毫米、直径2～3毫米的颗粒状复合材料，复合材料的拉伸强度为98.6～220MPa，弯曲模量为10.1～21GPa，线性热膨胀系数为4.7～18×10-6/℃。
具体实施方式
实施例1.
将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)45份，SCF5份，纳米SiO23份，硅酮低聚物7份(重量份数，以下相同)放入高速混合机中，先低速混合2分钟后，高速混合8分钟，将该预混料加入双螺杆挤出机中，料筒温度为：一段260±2℃，二段270±2℃，三段275±2℃，机头275±2℃，LCF从纤维加入口引入，螺杆转速180转/分，碳纤维加入量控制为40份，将挤出物切粒得碳纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料，其性能如下：拉伸强度130.5MPa，弯曲模量19.6GPa，线性热膨胀系数在20～60℃为4.7×10-6/℃。
实施例2.
将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)45份，SCF30份，纳米SiO23份，硅酮低聚物7份，放入高速混合机中，先低速混合2分钟后，高速混合8分钟，将该预混料加入双螺杆挤出机中，料筒温度为：一段260±2℃，二段270±2℃，三段275±2℃，机头275±2℃，LCF从纤维加入口引入，螺杆转速180转/分，碳纤维加入量为15份，将挤出物切粒得碳纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料，其性能如下：拉伸强度108.0MPa，弯曲模量14.8GPa，线性热膨胀系数在20～60℃为9.2×10-6/℃。
实施例3.
将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)60份，SCF7份，纳米SiO25份，硅酮低聚物3份，放入高速混合机中，先低速混合2分钟后，高速混合8分钟，将该预混料加入双螺杆挤出机中，料筒温度为：一段252±2℃，二段260±2℃，三段270±2℃，机头265±2℃，LCF从纤维加入口引入，螺杆转速180转/分，碳纤维加入量为25份，将挤出物切粒得碳纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料，其性能如下：拉伸强度105.5MPa，弯曲模量11.9GPa，线性热膨胀系数在20～60℃为15×10-6/℃。
实施例4.
将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)60份，SCF17份，纳米SiO25份，硅酮低聚物3份，放入高速混合机中，先低速混合2分钟后，高速混合8分钟，将该预混料加入双螺杆挤出机中，料筒温度为：一段252±2℃，二段260±2℃，三段270±2℃，机头265±2℃，LCF从纤维加入口引入，螺杆转速180转/分，碳纤维加入量为15份，将挤出物切粒得碳纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料，其性能如下：拉伸强度98.6 MPa，弯曲模量10.1GPa，线性热膨胀系数在20～60℃为18×10-6/℃。
实施例5.
将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)50份，SCF10份，纳米SiO24份，硅酮低聚物6份，放入高速混合机中，先低速混合2分钟后，高速混合8分钟，将该预混料加入双螺杆挤出机中，料筒温度为：一段258±2℃，二段265±2℃，三段275±2℃，机头275±2℃，LCF从纤维加入口引入，螺杆转速180转/分，碳纤维加入量为30份，将挤出物切粒得碳纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料，其性能如下：拉伸强度115.2MPa，弯曲模量15.1GPa，线性热膨胀系数在20～60℃为7.2×10-6/℃。
实施例6.
将聚醚醚酮(PEEK)45份，SCF5份，纳米SiO23份，硅酮低聚物7份，放入高速混合机中，先低速混合2分钟后，高速混合8分钟，将该预混料加入双螺杆挤出机中，料筒温度为：一段345±3℃，二段360±3℃，三段370±3℃，机头375±3℃，碳纤维从纤维加入口引入，螺杆转速200转/分，碳纤维加入量为40份，将挤出物切粒得碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，其性能如下：拉伸强度220.0MPa，弯曲模量21.0GPa，线性热膨胀系数在20～100℃为6.8×10-6/℃。
实施例7.
将聚醚醚酮(PEEK)45份，SCF30份，纳米SiO23份，硅酮低聚物7份，放入高速混合机中，先低速混合2分钟后，高速混合8分钟，将该预混料加入双螺杆挤出机中，料筒温度为：一段345±3℃，二段360±3℃，三段370±3℃，机头375±3℃，碳纤维从纤维加入口引入，螺杆转速200转/分，碳纤维加入量为15份，将挤出物切粒得碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，其性能如下：拉伸强度150.3MPa，弯曲模量18.1GPa，线性热膨胀系数在20～100℃为8.5×10-6/℃。
实施例8.
将聚醚醚酮(PEEK)60份，SCF5份，纳米SiO27份，硅酮低聚物3份，放入高速混合机中，先低速混合2分钟后，高速混合8分钟，将该预混料加入双螺杆挤出机中，料筒温度为：一段330±3℃，二段346±3℃，三段360±3℃，机头365±3℃，碳纤维从纤维加入口引入，螺杆转速200转/分，碳纤维加入量为25份，将挤出物切粒得碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，其性能如下：拉伸强度176.8MPa，弯曲模量13.5GPa，线性热膨胀系数在20～100℃为12.0×10-6/℃。
实施例9.
将聚醚醚酮(PEEK)60份，SCF15份，纳米SiO27份，硅酮低聚物3份，放入高速混合机中，先低速混合2分钟后，高速混合8分钟，将该预混料加入双螺杆挤出机中，料筒温度为：一段330±3℃，二段346±3℃，三段360±3℃，机头365±3℃，碳纤维从纤维加入口引入，螺杆转速200转/分，碳纤维加入量为15份，将挤出物切粒得碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，其性能如下：拉伸强度138.7MPa，弯曲模量11.7GPa，线性热膨胀系数在20～100℃为17×10-6/℃。
实施例10.
将聚醚醚酮(PEEK)50份，SCF10份，纳米SiO24份，硅酮低聚物6份，放入高速混合机中，先低速混合2分钟后，高速混合8分钟，将该预混料加入双螺杆挤出机中，料筒温度为：一段345±3℃，二段360±3℃，三段370±3℃，机头375±3℃，碳纤维从纤维加入口引入，螺杆转速200转/分，碳纤维加入量为30份，将挤出物切粒得碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，其性能如下：拉伸强度202.5MPa，弯曲模量19.5GPa，线性热膨胀系数在20～100℃在7.9×10-6/℃。
Claims (7)
1、一种高模量低膨胀热塑性复合材料，用高分子聚合物为基体材料，用连续碳纤维做增强材料，短碳纤维做补强和低翘曲材料，纳米粒子作为晶体调整材料，硅酮低聚物为加工助剂，其重量组成为：
聚醚醚酮或聚对苯二甲酸乙二醇酯45～60份；
长碳纤维15～40份；
短碳纤维5～30份；
纳米二氧化硅3～5份；
硅酮低聚物3～7份。
2、如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述长碳纤维的长度为0.5～1.0mm。
3、如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述短碳纤维的长度为0.1～0.2mm。
4、如权利要求1、2或3所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料的拉伸强度为98.6～220MPa，弯曲模量为10.1～21GPa，线性热膨胀系数为4.7～18×10-6/℃。
5、一种制备权利要求1所述复合材料的方法，主要过程为：
将粉状聚合物放入高速混合机中，加入纳米微粒、短碳纤维和硅酮低聚物，先用低速混合2～4分钟，然后再高速混合6～8分钟，得预混物，将该预混物在双螺杆挤出机中塑化、共混、挤出，同时在双螺杆挤出机的纤维加入口将连续碳纤维引入，双螺杆挤出机料筒温度为280～380℃，螺杆转速180～200转/分钟，挤出物经切粒得到长3～5毫米、直径2～3毫米的颗粒状复合材料。
6、如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述低速混合的转速为750转/分。
7、如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高速混合的转速为2500转/分。
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|---|---|---|---|---|
| CN101460819B (zh) * | 2006-03-21 | 2012-10-17 | 霍廷格-鲍德温测量技术设备公司 | 应变片和具有至少一个应变片的测量值接收机 |
| CN103131166A (zh) * | 2011-12-01 | 2013-06-05 | 合肥杰事杰新材料股份有限公司 | 一种低热膨胀系数热塑性树脂组合物、制备方法及其应用 |
| CN107540856A (zh) * | 2017-08-16 | 2018-01-05 | 宜宾天原集团股份有限公司 | 一种碳纤维复合聚醚醚酮增强材料的制备方法 |
| CN113954471A (zh) * | 2021-10-23 | 2022-01-21 | 佛山市达孚新材料有限公司 | 一种三层共挤高耐磨聚醚醚酮复合薄膜及其制备方法 |
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2003
- 2003-06-12 CN CNA031428169A patent/CN1482175A/zh active Pending
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